JP2015122290A

JP2015122290A - 核分裂により中性子等の放射線を生成する装置及び生成法

Info

Publication number: JP2015122290A
Application number: JP2013273879A
Authority: JP
Inventors: 健太郎堀川; Kentaro Horikawa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2015-07-02

Abstract

【課題】電磁相互作用を利用し、核分裂により中性子等の放射線を生成する装置及び生成法を提供する。
【解決手段】円筒軸の外側に向かって放射状に配置された内空２を有する円筒形の容器１を設置し、内空２に放射性核３のイオン化合物あるいは錯体を入れる。容器１の円筒軸に沿って一定方向の磁界を発生し、この磁界を容器１の円筒軸の周りに一定方向に回転できるようにした磁界発生装置を配置し、ローレンツ力を働かせることにより放射性核３同士を接近させ、この接近により核分裂を誘導する。
【選択図】図１

Description

この発明は、電磁相互作用を利用し、核分裂により中性子等の放射線を生成する装置及び生成法に関するものである。

従来、核分裂による中性子やガンマ線などの放射線の生成には、放射性核をペレット状に固めた核燃料の核分裂を制御棒で制御する沸騰水型炉や加圧水型炉などの原子炉が用いられていた。

これは、次のような欠点があった。
まず、核分裂が安定して発生する定常状態に達するまでに時間がかかることが挙げられる。核燃料の核分裂を抑制している制御棒の引き抜きにより原子炉運転が開始されるが、原子炉内の圧力や温度が急激に変化しないように少しずつ引き抜く必要があり、定常状態に達するまで時間がかかってしまう。また、原子炉の停止に際しても起動時と同様に急激な変化を来さないように制御棒を挿入する必要があるため時間がかかってしまう。次に、需要に応じて原子炉出力を調整する負荷追従運転ができないことが挙げられる。エネルギー需要に応じて制御棒を出し入れし原子炉の出力を調整するが、核燃料を納める燃料棒が出力上昇時に破損する恐れがあるため出力調整は難しい。燃料棒の破損や冷却水漏れ等の事故により燃料棒の溶融が起ると、原子炉の制御を失うことになりかねない。一旦、こうした事態に陥ると原子炉施設や周囲に甚大な被害が生じる可能性がある。
本発明は、以上のような欠点をなくすためになされたものである。

円筒軸の外側に向かって放射状に配置された内空を有する円筒形の容器を設置する。この容器の円筒軸に沿って一定方向の磁界を発生し、この磁界を容器の円筒軸の周りに回転できるようにした磁界発生装置を円筒軸上に配置する。
本発明は、以上の構成よりなる核分裂により中性子等の放射線を生成する装置及び生成法である。

容器の内空にウラン２３５、プルトニウム２３９などの放射性核のイオン化物あるいは錯体を含有する溶液を入れる。この容器の円筒軸方向に沿って、内空全体を覆うように一定方向の磁界を発生させ、この磁界を容器の円筒軸の周りに一定方向に回転させる。この回転により内空内の放射性核には磁界からのローレンツ力が働き、円筒軸の内側または外側に移動する。外側に放射性核が移動するように磁界の向きを設定することにより、放射性核が互いに接近する。十分に接近させることで放射性核の核分裂により生じた中性子が周囲の放射性核の核分裂を誘発する連鎖反応を誘導することができる。この連鎖反応により中性子その他の放射線を得ることができる。本発明は、磁界の強さや磁界の回転速度を調節することにより核燃料の密度を容易に調節できるため、比較的短時間で中性子やγ線などの放射線を安定的に得る定常状態にすることが可能である。また、磁界の強さや磁界の回転速度の調節により需要に応じた制御が可能であるため負荷追従運転が可能である。さらに、構造上燃料棒がないため、燃料棒の溶融が発生せず、取り扱いも比較的容易である。

本発明の使用状況での横断面図である。本発明の使用状況での縦断面図である。容器を円筒軸の周りに回転させた状況での横断面図である。容器を円筒軸の周りに回転させた状況での縦断面図である。生成された放射線のエネルギーを水槽で熱エネルギーに変換できるようにした状況での縦断面図である。容器内の溶液を循環し、容器内の熱エネルギーを取り出せるようにした状況での縦断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。
図１及び図２に示すように、円筒軸の外側に向かって放射状に配置された内空（２）を有する円筒形の容器（１）を設置する。この容器の円筒軸に沿って内空全体を覆うように一定方向の磁界を発生し、この磁界を容器の円筒軸の周りに回転できるように回転装置（７）をつけた磁界発生装置（６）を円筒軸上に配置する。
本発明は、以上のような構造である。
本発明を使用するときは、容器の内空に流入出口（８）よりウラン２３５、プルトニウム２３９などの放射性核のイオン化物あるいは錯体を含有する溶液を入れる。この容器の円筒軸方向に沿って、内空全体を覆うように一定方向の磁界を発生させ、この磁界を容器の円筒軸の周りに一定方向に回転させる。この回転により内空内の放射性核には磁界からのローレンツ力が働き、円筒軸の内側または外側に移動する。外側に放射性核が移動するように磁界の向きを設定することにより、放射性核が互いに接近する。磁界の強度や磁界の回転速度を調節することにより放射性核の密度を調節し、放射性核の核分裂により生じた中性子が周囲の放射性核の核分裂を誘発する連鎖反応を誘導することができるようにする。この連鎖反応により中性子（４）やその他の放射線（５）を得る。

本発明の内空内の放射性核同士の接近を計る目的で、図３及び図４に示すように、容器（１）を円筒軸の周りに回転できるようにするための回転装置（９）を設ける。この装置を用いて容器を磁界の回転方向と反対方向に回転させることで、内空内の放射性核にさらに強いローレンツ力を働かせ、磁界の回転だけを実施した場合と比較して、放射性核同士をより接近させることが可能となる。

本発明により発生した中性子やガンマ線などの放射線のエネルギーを利用可能なエネルギーに変換するために、図５に示すように容器（１）の周囲に水槽（１０）を配置する。これにより発生した放射線の運動エネルギーが水槽内の水に吸収され、熱エネルギーに変換される。この加熱された水をエネルギー源として利用する。

本発明において、核分裂に際し発生した容器内の熱エネルギーの利用を目的として、図６に示すように、容器（１）に溶液の流出口（１１）および流入口（１２）を設けて、容器内の溶液をパイプ（１３）と給水ポンプ（１４）を用いて循環させるようにし、さらに途中に熱交換器（１５）を設置する。こうすることにより核分裂により加熱された溶液の熱エネルギーを、熱交換器を介して外部で利用することが可能となる。

例１：放射線エネルギーの利用可能エネルギーへの転換
本発明は、容器の周囲に水槽を設置することや容器内の溶液を循環させることにより、生成された中性子やガンマ線などの放射線のエネルギーを水槽内の水や溶液に吸収させ、加熱された水を熱エネルギー源として、あるいは発電機に連結したタービンを回し電気エネルギー源として利用する。即ち、現在用いられている発電用の原子炉の代替装置として利用可能である。

例２：人工放射性核種の生成
本発明の周囲に、コバルト５９、窒素化合物、リチウムあるいはリチウムを含む化合物を配置し、本発明により生成された中性子をこれらと反応させることにより、コバルト６０、炭素１４、あるいはトリチウムなどの放射性核を生成する。

例３：ホウ素中性子捕捉療法への応用
中性子を用いた抗腫瘍療法として、ホウ素中性子捕捉療法が知られる。患者に、あらかじめ質量数１０のホウ素化合物を投与し、腫瘍にホウ素が集まったときに中性子を照射すると、ホウ素をたくさん取り込んだ腫瘍細胞では細胞内部のホウ素と熱中性子の核反応が生じ、発生したアルファ線と質量数７のリチウム粒子が腫瘍細胞を障害する。この治療法には中性子を病変部位に照射する必要がある。そこで、本発明の周囲をコンクリートなどの遮蔽物で覆い、中性子を狭い範囲に誘導することにより、ホウ素中性子捕捉療法を受け易くすることが可能である。

符合の説明

１容器
２内空
３放射性核
４中性子
５ガンマ線
６磁界発生装置
７磁界発生装置の回転装置
８流入出口
９容器の回転装置
１０水槽
１１流出口
１２流入口
１３パイプ
１４給水ポンプ
１５熱交換器

Claims

放射性核のイオン化合物あるいは錯体を含有する溶液に、一定方向の磁界をかけ、その磁界を一定の軸の周りに一定方向に回転させることで、溶液中の放射性核にローレンツ力を働かせることにより放射性核同士を接近させ、この接近により核分裂を誘導したことを特徴とする核分裂により中性子等の放射線を生成する方法。
請求項１の方法において、放射性核のイオン化合物あるいは錯体を含有する溶液自体を、磁界の回転する軸の周りに、磁界の回転方向と反対方向に回転させたことを特徴とする核分裂により中性子等の放射線を生成する方法。
円筒軸の外側に向かって放射状に配置された内空を有する円筒形の容器を設置し、この内空に放射性核のイオン化合物あるいは錯体を含有する溶液を入れ、この容器の円筒軸に沿って一定方向の磁界をかけ、この磁界を容器の円筒軸の周りに一定方向で回転できるようにした磁界発生装置を配置したことを特徴とする核分裂により中性子等の放射線を生成する装置。
請求項３の装置において、内空を有する円筒形の容器を、この容器の回転軸の周りに、磁界の回転方向と反対方向に回転させたことを特徴とする核分裂により中性子等の放射線を生成する装置。
請求項３の装置において、円筒形の容器に内空にある溶液の流出口および流入口を設け、その流出口と流入口をパイプでつなぎ、パイプの途中に給水ポンプを設けて放射性核のイオン化合物あるいは錯体を含有する溶液を循環させるようにし、さらに、循環させる途中に熱交換器を設置し、核分裂により生じた放射線エネルギーを熱エネルギーとして利用できるようにしたことを特徴とする核分裂により中性子等の放射線を生成する装置。
請求項３から５の装置において、内空を有する円筒形の容器の周囲に水槽を設置し、核分裂により生じた放射線エネルギーを熱エネルギーとして利用できるようにしたことを特徴とする核分裂により中性子等の放射線を生成する装置。
請求項１と２の方法、及び請求項３と４の装置において生成された放射線。
請求項５及び６の装置において生成された放射線及び熱エネルギー。