JP2018092899A - 中性子ビーム源生成装置、および、そのフィルター - Google Patents
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Abstract
Description
以下の実験で採用するシミュレーション計算ソフトウェアは、Los Alamos National Laboratoryが開発したMCNPX、且つ、断面積ライブラリはENDF/B−7を採用する。
図3に示されるように、ターゲット15はフィルター17に隣接し、チャネル13はターゲット15に垂直する、チャネル13とターゲット15の間の角度αは90度、チャネル13とフィルター法線17`(フィルターターゲット17の表面に対して垂直)の角度βは0度である。すなわち、チャネル13とフィルターの法線17`は同一方向である。上述のチャネル13の断面13cは、直径が20cmの円形である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表1に示される。
図4に示されるように、ターゲット15はフィルター17に隣接し、チャネル13とターゲット15の間の角度αは45度、チャネル13とフィルター法線17`(フィルターターゲット17の表面に対して垂直)の角度βは45度である。チャネル13の断面13cは、直径が20cmの円形である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表1に示される。
図5に示されるように、ターゲット15はフィルター17に隣接し、チャネル13とターゲット15の間の角度αは30度、チャネル13とフィルター法線17`(フィルターターゲット17の表面に対して垂直)の角度βは60度である。チャネル13の断面13cは、直径が20cmの円形である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表1に示される。
図6に示されるように、ターゲット15はフィルター17に隣接し、チャネル13とターゲット15の間の角度αは15度、チャネル13とフィルター法線17`(フィルターターゲット17の表面に対して垂直)の角度βは75度である。チャネル13の断面13cは、直径が20cmの円形である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表1に示される。
図7に示されるように、ターゲット15はフィルター17に垂直で、チャネル13はターゲット15に垂直する。チャネル13とターゲット15の間の角度αは90度で、チャネル13とフィルター法線17`(フィルターターゲット17の表面に対して垂直)の角度βは90度である。チャネル13の断面13cは、直径が20cmの円形である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表1に示される。
実施態様5は実施態様3(図6)と類似し、実施態様5の第一層17aの厚さが22cm、第二層17bの厚さが25cm、且つ、第三層17cの厚さが10cm、総厚さが57cmであること以外、実施態様3と同様である(実施態様3のフィルター総厚さより10.5cm薄い)。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表2に示される。
実施態様6は実施態様4(図7)と類似し、実施態様6の第一層17aの厚さが22cm、第二層17bの厚さが25cm、第三層17cの厚さが10cm、総厚さが57cmであること以外、実施態様4と同様である(実施態様4のフィルター総厚さより10.5cm薄い)。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表2に示される。
実施態様7は実施態様5と類似し、実施態様7のチャネル13の断面13cが円形から楕円形になり、その長径は20cm、短径が5.2cmであること以外、実施態様5と同様である。これにより、ターゲット15上に投影されるチャネル13の断面の図形は、ターゲット15と完全に重ね、図8に示される。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表3に示される。
実施態様8と実施態様6は類似し、その差異は、実施態様8のターゲット15とフィルター17の間の角度が、図9に示されるように、15度である。且つ、チャネル13の断面13cが円形から楕円形になり、その長径が20cm、短径が5.2cmであることである。これにより、ターゲット15上に投影されるチャネル13の断面の図形は、ターゲット15と完全に重なる。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表3に示される。
実施態様9は実施態様8と類似し、ターゲット15背面の反射材16A(たとえば、鉛)の厚さが15cm増えていること以外、実施態様8と同様である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表4に示される。
実施態様10と実施態様9は類似し、その差異は、実施態様10は、フィルター17の第一層17aの面積を、元の16%に減少するとともに、第二層17bの面積を、元の81%に減少する。その結果、図10に示されるように、前が狭く、後ろが広いフィルター17を形成することである。さらに、第一層17a(直径15cmの鉄盤)の外部周辺は、5cm厚の外周材料により囲まれ、外周材料は1容量部のフッ化アルミニウム、0.517容量部のアルミニウム、および、0.017容量部のフッ化リチウム(第二層17bの構成と同様)から構成される。この実施態様において、第一層17aの外周材料と第一層17a材料(鉄)の体積比は、9:7である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表5に示される。
実施態様11は実施態様10と類似し、実施態様11が、図11に示されるように、コリメータ素子19とフィルター17の間のビスマス層18を省略していること以外、実施態様10と同様である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表5に示される。
実施態様12は実施態様11と類似し、実施態様12中、図12に示されるように、遮蔽材19aが、厚さ5cmの40wt%炭酸リチウムを混入したポリエチレン層19a1と厚さ15cmの鉛層19a3から構成される二層に変更した以外、実施態様11と同様である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表5に示される。
実施態様13は実施態様12と類似し、実施態様13中、図13に示されるように、遮蔽材19a中、40wt%炭酸リチウムを混入したポリエチレン層19a1の厚さが1cmに減少し、厚さが4cmのテフロン層19a2は加えられること以外、実施態様12と同様である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表5に示される。
実施態様14と実施態様13は類似し、その差異は、実施態様14の第三層17cを、アルミニウム、フッ化マグネシウム、および、フッ化リチウムの混合層にすることである。混合層の形成方法は以下のようである:まず、アルミニウム91.80g、フッ化マグネシウム204.20g、および、フッ化リチウム2.99gの混合粉末を、ボールミル缶中に入れて、均一な粉末混合物が得られるまでスチールボールとボールミル混合する。真空熱圧縮成型技術を利用して、真空度10−2torr、600°Cの温度、および、330MPaの圧力下で、30分間維持し、この粉末混合物をブロック材にする。得られた1容量部のフッ化マグネシウム、0.526容量部のアルミニウム、および、0.018容量部のフッ化リチウムから構成される混合層をブロック材とする。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表6に示される。
実施態様15と実施態様14は類似し、その差異は、実施態様15の加速器によって生成する陽子ビームのエネルギーが24MeV、且つ、電流が500μA(24MeV/500μA)を有することである。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表6に示される。
実施態様16と実施態様14は類似し、その差異は、実施態様16の加速器が生成する陽子ビームのエネルギーが19MeV、且つ、電流が300μA(18MeV/300μA)を有することである。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表6に示される。
実施態様17と実施態様14は類似し、その差異は、実施態様17の混合層(第三層)の材料の混合比率が異なることで、アルミニウム54g、フッ化マグネシウム251.8g、および、フッ化リチウム0.8gを量り、処理し、得られた混合層は、フッ化マグネシウムが1容量部、アルミニウムが0.251容量部、フッ化リチウムが0.004容量部から構成される。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量、および、熱中性子束のエピサーマル中性子束に対する比は、表7により示される。
実施態様18と実施態様14は類似し、その差異は、実施態様18の第三層の混合層材料の混合比率が異なることで、アルミニウム108g、フッ化マグネシウム188.9gとフッ化リチウム1.6gを量り、処理し、混合層はフッ化マグネシウムを1容量部とすると、アルミニウムが0.667容量部、フッ化リチウムが0.01容量部で構成される。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量、および、熱中性子束のエピサーマル中性子束に対する比が、表7に示される。
10…中性子ビーム源生成装置
11…加速器
13…チャネル
13c…断面
15…ターゲット
16、16A…反射材
17…フィルター
17a…第一層
17b…第二層
17c…第三層
18…ビスマス層
19…コリメータ素子
19a、19b、19d…遮蔽材
19a1…40wt%炭酸リチウムを混入したポリエチレン
19a2…テフロン
19a3…鉛
19c…コリメータ材
21…患者
Claims (15)
- 中性子ビーム源生成装置であって、
チャネルにより、ベリリウムターゲットに接続される加速器、
フィルター、および、
コリメータ、を有し、
前記ベリリウムターゲットは前記チャネル末端に位置するとともに、フィルターに隣接し、前記フィルターが前記ベリリウムターゲットと前記コリメータの間に位置し、前記チャネルと前記ベリリウムターゲットの間に角度αを有し、前記角度αは0から90度の範囲で、前記チャネルと前記フィルター法線の間に角度βを有し、前記角度βは0から90度の範囲であり、且つ、前記チャネルの断面は非円形である中性子ビーム源生成装置。 - 前記角度βは、45度から90度の範囲である請求項1に記載の中性子ビーム源生成装置。
- 前記ベリリウムターゲット上に投影される前記チャネルの図形面積は、前記チャネルの断面積より大きい、あるいは、チャネルの断面積と同じである請求項1に記載の中性子ビーム源生成装置。
- 前記チャネル断面形状は卵形か楕円形で、前記ターゲット上に投影される前記チャネル断面の図形は、円形、楕円形、あるいは、卵形である請求項1に記載の中性子ビーム源生成装置。
- 前記チャネル断面形状は長方形で、前記ターゲット上に投影される前記チャネル断面の図形は、正方形か長方形である請求項1に記載の中性子ビーム源生成装置。
- 前記ターゲット上に投影される前記チャネル断面の図形と前記ターゲットは重なる請求項1に記載の中性子ビーム源生成装置。
- 前記ターゲットの一面は前記フィルターに隣接する請求項1に記載の中性子ビーム源生成装置。
- 前記加速器は、エネルギーが19MeVから30MeVの陽子ビームを生成する請求項1に記載の中性子ビーム源生成装置。
- 前記フィルターは、アルミニウム、フッ化マグネシウム、および、フッ化リチウムの混合層を含む請求項1に記載の中性子ビーム源生成装置。
- 前記混合層は1容量部のフッ化マグネシウム、0.25から1容量部のアルミニウム、および、0.003から0.02容量部のフッ化リチウムから構成される請求項9に記載の中性子ビーム源生成装置。
- フィルターであって、
アルミニウム、フッ化マグネシウム、および、フッ化リチウムの混合層を有し、前記混合層は、1容量部のフッ化マグネシウム、0.25から1容量部のアルミニウム、および、0.003から0.02容量部のフッ化リチウムから構成されるフィルター。 - 更に、
鉄から構成される第一層、および、
1容量部のフッ化アルミニウム、0.25から1容量部のアルミニウム、および、0.013から0.02容量部のフッ化リチウムから構成される第二層、を有し、
前記第二層は前記第一層と前記混合層の間に位置する請求項11に記載のフィルター。 - 前記第二層の材料は、さらに、前記第一層を囲む請求項12に記載のフィルター。
- 前記第一層の面積は前記第二層の面積より小さく、且つ、前記第二層の面積は前記混合層の面積より小さい請求項13に記載のフィルター。
- 中性子ビーム源生成装置中に応用される請求項11に記載のフィルター。
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