JP3327102B2 - 高熱負荷受熱機器 - Google Patents
高熱負荷受熱機器Info
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- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高熱負荷受熱機器に
係り、特に、高エネルギーの光量子，粒子ビームを発生
・利用する、例えば、加速器，核融合，原子力，医療機
器，工業応用，基礎研究分野に好適な高熱負荷受熱機器
に関する。
係り、特に、高エネルギーの光量子，粒子ビームを発生
・利用する、例えば、加速器，核融合，原子力，医療機
器，工業応用，基礎研究分野に好適な高熱負荷受熱機器
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の高熱負荷受熱機器における除熱技
術は、受熱機器の先端に取り付けられた標的物質に高エ
ネルギーの光量子・粒子ビーム等を照射し、そのビーム
エネルギーを標的物質の表面近傍で吸収・熱化させ、熱
伝導で冷却流路まで運び、水，ガス，液体金属，液体窒
素などの冷却媒体により、そのエネルギーを外部に運び
さる構成となっている。
術は、受熱機器の先端に取り付けられた標的物質に高エ
ネルギーの光量子・粒子ビーム等を照射し、そのビーム
エネルギーを標的物質の表面近傍で吸収・熱化させ、熱
伝導で冷却流路まで運び、水，ガス，液体金属，液体窒
素などの冷却媒体により、そのエネルギーを外部に運び
さる構成となっている。
【０００３】また、高熱負荷除熱技術の改善のため、標
的物質照射面積の拡大（ビームの斜入射），標的物質の
移動・回転，ビームを振動させる等の改良技術が加えら
れているが、除熱方法の基本は前述の構成と同じであ
る。
的物質照射面積の拡大（ビームの斜入射），標的物質の
移動・回転，ビームを振動させる等の改良技術が加えら
れているが、除熱方法の基本は前述の構成と同じであ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年、加速器，放射光
発生装置などの大型化にともない、発生する高エネルギ
ー・高強度の光量子・粒子ビームに照射される設備機器
が、従来手法による除熱限界を越えるような高強度ビー
ムにさらされる場合が多くなってきた。そのため、耐熱
材料の開発や除熱技術開発が多くの研究機関で精力的に
行われている。
発生装置などの大型化にともない、発生する高エネルギ
ー・高強度の光量子・粒子ビームに照射される設備機器
が、従来手法による除熱限界を越えるような高強度ビー
ムにさらされる場合が多くなってきた。そのため、耐熱
材料の開発や除熱技術開発が多くの研究機関で精力的に
行われている。
【０００５】しかしながら、従来手法による除熱技術開
発は既に高度化された領域に達しており、従来手法の延
長上での大幅な除熱性能の向上へのアプローチは相当の
困難をともなう。
発は既に高度化された領域に達しており、従来手法の延
長上での大幅な除熱性能の向上へのアプローチは相当の
困難をともなう。
【０００６】本発明は上述の点に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、高強度光量子・粒子ビーム照
射下の標的物質の除熱冷却を、ビームの物質中での透
過，散乱，吸収現象を波動現象に置き換えて考えた光学
的手法（以下、光学冷却法と略称する）の導入によっ
て、大幅な除熱性能の向上を図ることのできる高熱負荷
受熱機器を提供するにある。
その目的とするところは、高強度光量子・粒子ビーム照
射下の標的物質の除熱冷却を、ビームの物質中での透
過，散乱，吸収現象を波動現象に置き換えて考えた光学
的手法（以下、光学冷却法と略称する）の導入によっ
て、大幅な除熱性能の向上を図ることのできる高熱負荷
受熱機器を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では、高強度光量
子・粒子ビーム照射下にある受熱構造体を光学的に機能
させるため、標的物質層を多層構成とし以下の解決手段
を採用した。即ち、各標的物質層を厚さ１mfp 以下の薄
い透過・散乱性物質で構成すると共に、該標的物質層間
に真空、又はガスの空隙層を設け、かつ、最終標的物質
層及び光量子・粒子ビーム照射領域外に取り付けた外周
層を熱伝導のよい吸収性物質及び除熱冷却物質で構成す
る。
子・粒子ビーム照射下にある受熱構造体を光学的に機能
させるため、標的物質層を多層構成とし以下の解決手段
を採用した。即ち、各標的物質層を厚さ１mfp 以下の薄
い透過・散乱性物質で構成すると共に、該標的物質層間
に真空、又はガスの空隙層を設け、かつ、最終標的物質
層及び光量子・粒子ビーム照射領域外に取り付けた外周
層を熱伝導のよい吸収性物質及び除熱冷却物質で構成す
る。
【０００８】
【０００９】
【００１０】まず、本発明の原点となった光量子・粒子
ビーム照射下にある受熱機器の光学冷却法の基本的な考
え方について、以下、光量子・粒子ビームの代表例とし
てＸ線を取り上げ説明する。
ビーム照射下にある受熱機器の光学冷却法の基本的な考
え方について、以下、光量子・粒子ビームの代表例とし
てＸ線を取り上げ説明する。
【００１１】Ｘ線ビームが標的物質層を通過するとき、
標的物質との衝突によって、Ｘ線の吸収，散乱，透過現
象を生ずることはよく知られている。これらの物質通過
にともなう現象は、下記に示すごとく、左辺の粒子的描
像を、右辺の光学的描像に置き換えて考えることができ
る。
標的物質との衝突によって、Ｘ線の吸収，散乱，透過現
象を生ずることはよく知られている。これらの物質通過
にともなう現象は、下記に示すごとく、左辺の粒子的描
像を、右辺の光学的描像に置き換えて考えることができ
る。
【００１２】 無衝突透過Ｘ線エネルギー束 ⇔ 直進透過光 前方散乱Ｘ線エネルギー束 ⇔ 屈折透過光 後方散乱Ｘ線エネルギー束 ⇔ 反射光 真の吸収Ｘ線エネルギー束 ⇔ 吸収光 この光学的類推の基に高熱負荷受熱機器の除熱冷却設計
が可能であるということに、はじめて気がついたこと
が、本発明の発端である。
が可能であるということに、はじめて気がついたこと
が、本発明の発端である。
【００１３】光学冷却法の説明に先立って、標的物質
を、その性質に応じて、次の３種類に分類する。
を、その性質に応じて、次の３種類に分類する。
【００１４】 透過性物質・・・・Ｘ線の吸収，散乱が少ないもの、 散乱性物質・・・・Ｘ線の前方散乱，後方散乱が多いも
の、 吸収性物質・・・・真のＸ線吸収が多いもの。
の、 吸収性物質・・・・真のＸ線吸収が多いもの。
【００１５】ここで、光学冷却法を有効に機能させるた
めには、上記の性質を有する標的物質の選択が重要であ
る。まず、透過性物質は、利用目的にかなった標的物質
の中から選択し、その物質層の厚さを設計上の代表的Ｘ
線エネルギー（例えば、入射エネルギー）の１mfp 以下
に薄くしたものを採用する。
めには、上記の性質を有する標的物質の選択が重要であ
る。まず、透過性物質は、利用目的にかなった標的物質
の中から選択し、その物質層の厚さを設計上の代表的Ｘ
線エネルギー（例えば、入射エネルギー）の１mfp 以下
に薄くしたものを採用する。
【００１６】なお、透過性物質層の厚さの変化によっ
て、物質層内のＸ線吸収量を加減制御することが本発明
の要点の一つであるので、今後の材料技術開発の進展に
よっては、層厚の上限値が１mfp を越える場合があるこ
とも予想される。
て、物質層内のＸ線吸収量を加減制御することが本発明
の要点の一つであるので、今後の材料技術開発の進展に
よっては、層厚の上限値が１mfp を越える場合があるこ
とも予想される。
【００１７】次に、散乱性及び吸収性物質の選択につい
ては、Ｘ線ビームの物質通過にともなう散乱・吸収現象
の基本原理によって、その選択が可能となる。例えば、
本発明の利用対象となる放射光装置などで用いられるＸ
線エネルギーは数keV 〜数１００keV であり、この領域
における散乱・吸収現象の主な原因はコンプトン効果で
あるから、標的物質の真の散乱と吸収の割合とＸ線エネ
ルギーとの関係は計算によって求めることができる。
ては、Ｘ線ビームの物質通過にともなう散乱・吸収現象
の基本原理によって、その選択が可能となる。例えば、
本発明の利用対象となる放射光装置などで用いられるＸ
線エネルギーは数keV 〜数１００keV であり、この領域
における散乱・吸収現象の主な原因はコンプトン効果で
あるから、標的物質の真の散乱と吸収の割合とＸ線エネ
ルギーとの関係は計算によって求めることができる。
【００１８】具体例として、炭素（Ｃ）は、Ｘ線エネル
ギーが１０数keV 以上で散乱性物質としての性質を示
し、それ以下では吸収性物質としての性質を示す。ま
た、鉄（Ｆｅ）は、１００keV 程度以上のエネルギー領
域で散乱性物質としての挙動を示し、それ以下のエネル
ギー領域では吸収性物質としての働きをすることがわか
る。これらの性質を理解することによって、利用対象機
器に適した散乱性物質と吸収性物質の選択ができる。な
お、散乱性物質と吸収性物質の分類は、元素固有の性質
ではないことに留意する必要がある。
ギーが１０数keV 以上で散乱性物質としての性質を示
し、それ以下では吸収性物質としての性質を示す。ま
た、鉄（Ｆｅ）は、１００keV 程度以上のエネルギー領
域で散乱性物質としての挙動を示し、それ以下のエネル
ギー領域では吸収性物質としての働きをすることがわか
る。これらの性質を理解することによって、利用対象機
器に適した散乱性物質と吸収性物質の選択ができる。な
お、散乱性物質と吸収性物質の分類は、元素固有の性質
ではないことに留意する必要がある。
【００１９】光学冷却法とは、多層受熱構造体の除熱冷
却において、従来の熱化・吸収による除熱法に加え、新
たにＸ線の透過・散乱現象を利用して光学的類推の基に
機能させ、電磁波エネルギーを媒体として熱輸送し除熱
する機構を追加することによって、受熱構造体の除熱冷
却性能を向上させる方法であり、以下、請求項に示した
手段の働きについて述べる。
却において、従来の熱化・吸収による除熱法に加え、新
たにＸ線の透過・散乱現象を利用して光学的類推の基に
機能させ、電磁波エネルギーを媒体として熱輸送し除熱
する機構を追加することによって、受熱構造体の除熱冷
却性能を向上させる方法であり、以下、請求項に示した
手段の働きについて述べる。
【００２０】請求項に記載の標的物質を多層構成とする
受熱構造体においては、Ｘ線照射下にある各標的物質層
を１mfp 以下の厚さの薄い透過・散乱性物質とすること
によって、各物質層あたりの吸収エネルギーを入射量の
数％程度以下に低減させることができ、さらに、薄い標
的物質層内での熱エネルギーへの変換は体積発熱である
ので、物質層内の発熱分布を局所化させない働きをす
る。また、各標的物質の種類及び層構成を選択すること
によって、Ｘ線ビームの透過・散乱、吸収量を制御でき
るので、標的物質に吸収される熱負荷を、熱伝導によっ
て従来手法により除熱できる領域まで低減する選択の幅
が広がる。
受熱構造体においては、Ｘ線照射下にある各標的物質層
を１mfp 以下の厚さの薄い透過・散乱性物質とすること
によって、各物質層あたりの吸収エネルギーを入射量の
数％程度以下に低減させることができ、さらに、薄い標
的物質層内での熱エネルギーへの変換は体積発熱である
ので、物質層内の発熱分布を局所化させない働きをす
る。また、各標的物質の種類及び層構成を選択すること
によって、Ｘ線ビームの透過・散乱、吸収量を制御でき
るので、標的物質に吸収される熱負荷を、熱伝導によっ
て従来手法により除熱できる領域まで低減する選択の幅
が広がる。
【００２１】また、各標的物質間に真空又は希薄ガスの
空隙層を設けることにより、各標的物質層間を断熱する
とともに、物質層外に放出された散乱Ｘ線ビームエネル
ギーを高速で（粒子ビームの場合は粒子の速度で）照射
領域外に運びさる働きをする。また、標的物質層材料と
して散乱性物質を使用することにより、Ｘ線ビームの反
射特性を向上させることができる。
空隙層を設けることにより、各標的物質層間を断熱する
とともに、物質層外に放出された散乱Ｘ線ビームエネル
ギーを高速で（粒子ビームの場合は粒子の速度で）照射
領域外に運びさる働きをする。また、標的物質層材料と
して散乱性物質を使用することにより、Ｘ線ビームの反
射特性を向上させることができる。
【００２２】更に、多層受熱構造体の最外層を構成する
熱伝導の良い吸収性物質及び除熱冷却物質の働きについ
ては、標的物質との多重衝突で低エネルギー化したＸ線
ビームを捕獲し吸収・熱化させるとともに、標的物質層
内に発生した吸収熱を熱伝導によって受熱する働きをす
る。
熱伝導の良い吸収性物質及び除熱冷却物質の働きについ
ては、標的物質との多重衝突で低エネルギー化したＸ線
ビームを捕獲し吸収・熱化させるとともに、標的物質層
内に発生した吸収熱を熱伝導によって受熱する働きをす
る。
【００２３】さらに、これらの受熱量は、最外層構成材
内に組み込まれた冷却流路を通る水などの冷却媒体によ
って、熱伝達現象により受熱構造体外に運ばれ除熱され
る。なお、最外層構成材は、その大部分がＸ線ビーム照
射領域外に取り付けられているため、熱交換断面積を充
分大きくとれるので、従来手法による除熱冷却が可能と
なる。
内に組み込まれた冷却流路を通る水などの冷却媒体によ
って、熱伝達現象により受熱構造体外に運ばれ除熱され
る。なお、最外層構成材は、その大部分がＸ線ビーム照
射領域外に取り付けられているため、熱交換断面積を充
分大きくとれるので、従来手法による除熱冷却が可能と
なる。
【００２４】
【発明の実施の形態】図１に、高強度Ｘ線照射下にある
多層構成の受熱構造体に関する光学冷却法の基本的な実
施構造例を示し、併せてその機能を説明する。
多層構成の受熱構造体に関する光学冷却法の基本的な実
施構造例を示し、併せてその機能を説明する。
【００２５】まず、高強度のＸ線ビーム１は、多層構成
の標的物質層２に入射され、標的物質との衝突によっ
て、散乱，透過，吸収現象を生ずる。各標的物質層２
は、その層厚を１mfp 以下に薄くすることによって、Ｘ
線ビーム１の透過性を良くし吸収熱量を低く抑えてい
る。また、標的物質の種類として、Ｘ線散乱効率の良い
物質を選び、層間空隙３に放出されるＸ線量を多くして
いる。各標的物質層２に吸収された熱量は、側面に密着
した最外層の除熱冷却層５（冷却流路内蔵）に熱伝導で
運ばれ、冷却水６に熱伝達で熱量移動し、外部に運ばれ
除熱される。なお、標的物質層２内の吸収熱量は少量で
あり、且つ、層間空隙３によって断熱されているので、
従来手法による除熱が可能である。
の標的物質層２に入射され、標的物質との衝突によっ
て、散乱，透過，吸収現象を生ずる。各標的物質層２
は、その層厚を１mfp 以下に薄くすることによって、Ｘ
線ビーム１の透過性を良くし吸収熱量を低く抑えてい
る。また、標的物質の種類として、Ｘ線散乱効率の良い
物質を選び、層間空隙３に放出されるＸ線量を多くして
いる。各標的物質層２に吸収された熱量は、側面に密着
した最外層の除熱冷却層５（冷却流路内蔵）に熱伝導で
運ばれ、冷却水６に熱伝達で熱量移動し、外部に運ばれ
除熱される。なお、標的物質層２内の吸収熱量は少量で
あり、且つ、層間空隙３によって断熱されているので、
従来手法による除熱が可能である。
【００２６】次に、層間空隙３に放出された散乱Ｘ線
は、その後の衝突によってエネルギーを下げつつ、良熱
伝導体の吸収性物質層４に捕獲吸収，熱化される。その
吸収熱量は、吸収性物質層４の周囲に密着した除熱冷却
層５に熱伝導で運ばれ、冷却水６により除熱される。な
お、吸収性物質層４に入る散乱Ｘ線量が多い場合には、
吸収性物質層４の材料として多孔タングステン（Ｗ）の
ような多孔性耐熱物質を選択することによって、層間空
隙３によるＸ線散乱効果を併用して標的物質層２内の体
積発熱を助長し、この領域の冷却効果を高めるような工
夫も本発明の範疇である。
は、その後の衝突によってエネルギーを下げつつ、良熱
伝導体の吸収性物質層４に捕獲吸収，熱化される。その
吸収熱量は、吸収性物質層４の周囲に密着した除熱冷却
層５に熱伝導で運ばれ、冷却水６により除熱される。な
お、吸収性物質層４に入る散乱Ｘ線量が多い場合には、
吸収性物質層４の材料として多孔タングステン（Ｗ）の
ような多孔性耐熱物質を選択することによって、層間空
隙３によるＸ線散乱効果を併用して標的物質層２内の体
積発熱を助長し、この領域の冷却効果を高めるような工
夫も本発明の範疇である。
【００２７】図２は、高エネルギー・高強度のＸ線を発
生・利用する放射光装置に用いるＸ線光学素子の冷却に
本発明の光学冷却法を適用した例である。
生・利用する放射光装置に用いるＸ線光学素子の冷却に
本発明の光学冷却法を適用した例である。
【００２８】該図に示すごとく、高強度のＸ線ビーム１
は、多層受熱構造体の標的物質層２の正面側の側面に入
射される。標的物質層２，層間空隙３，吸収性物質層
４，冷却水６、及び両横に配置された除熱冷却層５の機
能は、前述の図１の説明と同じである。
は、多層受熱構造体の標的物質層２の正面側の側面に入
射される。標的物質層２，層間空隙３，吸収性物質層
４，冷却水６、及び両横に配置された除熱冷却層５の機
能は、前述の図１の説明と同じである。
【００２９】ここで、光学冷却法の有効性を示すため、
図２のＸ線光学素子鳥瞰図に示した多層受熱構造体を具
体例として設計を行った結果を説明する。
図２のＸ線光学素子鳥瞰図に示した多層受熱構造体を具
体例として設計を行った結果を説明する。
【００３０】基本的設計条件として、先端的放射光研究
開発分野で重要視されている領域のパラメータを取り上
げ、下記の条件を設定した。
開発分野で重要視されている領域のパラメータを取り上
げ、下記の条件を設定した。
【００３１】まず、入射Ｘ線の設計条件としては、
（１）入射Ｘ線エネルギー：５０keV ，（２）全流入Ｘ
線エネルギー量：２０ｋＷ，（３）照射面積：縦２cm×
横１cm＝２cm2，（４）照射Ｘ線エネルギー束：１０ｋ
Ｗ／cm2＝１００ＭＷ／ｍ2，(５）標的物質第１層への
Ｘ線入射方向：垂直入射を仮定した。
（１）入射Ｘ線エネルギー：５０keV ，（２）全流入Ｘ
線エネルギー量：２０ｋＷ，（３）照射面積：縦２cm×
横１cm＝２cm2，（４）照射Ｘ線エネルギー束：１０ｋ
Ｗ／cm2＝１００ＭＷ／ｍ2，(５）標的物質第１層への
Ｘ線入射方向：垂直入射を仮定した。
【００３２】次に、標的物質層２及び除熱冷却層５の材
料として、それぞれ耐熱性があり散乱性物質である炭素
繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃ材）、及び熱伝導性の良
い銅（Ｃｕ）材を選んだ。Ｃ／Ｃ材からなる各標的物質
層２の寸法は、縦２cm，横１cm，厚さ０.５cm（〜０.２
mfp ）を仮定した。
料として、それぞれ耐熱性があり散乱性物質である炭素
繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃ材）、及び熱伝導性の良
い銅（Ｃｕ）材を選んだ。Ｃ／Ｃ材からなる各標的物質
層２の寸法は、縦２cm，横１cm，厚さ０.５cm（〜０.２
mfp ）を仮定した。
【００３３】これらの条件下で計算した、各Ｃ／Ｃ標的
物質層２に吸収されるＸ線エネルギー量は最大７００Ｗ
となる。各標的物質層２の厚さは平均自由行路に比べて
薄いので、標的物質層２内に吸収されるＸ線エネルギー
は厚さ方向に等分配され、体積発熱となる。各Ｃ／Ｃ標
的物質層２で吸収・熱化した熱量は、標的物質層２の横
方向の両端（断面積２cm×０.５cm）からＣｕ除熱冷却
層５に３５０Ｗ／cm2の熱流束で流入する。この程度の
熱流束は、Ｃｕ除熱冷却層５内の冷却流路を流れる水の
強制対流熱伝達によって除熱することが可能である。
物質層２に吸収されるＸ線エネルギー量は最大７００Ｗ
となる。各標的物質層２の厚さは平均自由行路に比べて
薄いので、標的物質層２内に吸収されるＸ線エネルギー
は厚さ方向に等分配され、体積発熱となる。各Ｃ／Ｃ標
的物質層２で吸収・熱化した熱量は、標的物質層２の横
方向の両端（断面積２cm×０.５cm）からＣｕ除熱冷却
層５に３５０Ｗ／cm2の熱流束で流入する。この程度の
熱流束は、Ｃｕ除熱冷却層５内の冷却流路を流れる水の
強制対流熱伝達によって除熱することが可能である。
【００３４】ここで、冷却流路までのＣｕ層の厚さを
０.５cm とし、冷却水流速１０ｍ／ｓ程度の平滑管を用
いて除熱するとして、多層受熱構造体の熱計算を行つた
結果、最も温度の高い標的物質層の中央部と冷却水温と
の温度差は２００Ｋ弱であった。この結果は、Ｃ／Ｃ材
からなる標的物質層２は、１００ＭＷ／ｍ2 の高強度Ｘ
線の定常照射を受けても、相当の余裕を持って耐えるこ
とができることを示している。
０.５cm とし、冷却水流速１０ｍ／ｓ程度の平滑管を用
いて除熱するとして、多層受熱構造体の熱計算を行つた
結果、最も温度の高い標的物質層の中央部と冷却水温と
の温度差は２００Ｋ弱であった。この結果は、Ｃ／Ｃ材
からなる標的物質層２は、１００ＭＷ／ｍ2 の高強度Ｘ
線の定常照射を受けても、相当の余裕を持って耐えるこ
とができることを示している。
【００３５】以上の設計検討の結果、本発明の光学冷却
法を用いた多層受熱構造体は、100ＭＷ／ｍ2を越える高
強度Ｘ線の局部的な定常照射に対して、Ｘ線吸収エネル
ギーの除熱冷却が可能であると結論できる。
法を用いた多層受熱構造体は、100ＭＷ／ｍ2を越える高
強度Ｘ線の局部的な定常照射に対して、Ｘ線吸収エネル
ギーの除熱冷却が可能であると結論できる。
【００３６】近年、核融合・放射光分野などの多くの研
究機関で、従来手法による高熱負荷除熱技術開発が実施
されているが、短期間定格で数１０ＭＷ／ｍ2 ，長期間
定格で数ＭＷ／ｍ2 を越える高熱負荷除熱材料・機器開
発の困難さが指摘されていることを考えると、本発明の
光学冷却法の採用によって、高熱負荷受熱機器の除熱冷
却性能の大幅な向上が期待できる。
究機関で、従来手法による高熱負荷除熱技術開発が実施
されているが、短期間定格で数１０ＭＷ／ｍ2 ，長期間
定格で数ＭＷ／ｍ2 を越える高熱負荷除熱材料・機器開
発の困難さが指摘されていることを考えると、本発明の
光学冷却法の採用によって、高熱負荷受熱機器の除熱冷
却性能の大幅な向上が期待できる。
【００３７】図３は、高エネルギー・高強度のＸ線・粒
子線を発生・利用する装置のビームストッパの冷却に光
学冷却法を適用した例である。
子線を発生・利用する装置のビームストッパの冷却に光
学冷却法を適用した例である。
【００３８】該図に示すごとく、高強度のＸ線・粒子線
ビーム１は、多層構成の傘状の標的物質層２に入射され
る。各標的物質層２は、傘状の熱伝導の良い透過・散乱
性物質で構成され、入射Ｘ線ビーム等を斜入射させるこ
とによって、照射面積拡大による単位面積あたりの吸収
熱負荷量の軽減と、散乱Ｘ線の周辺への分散効率の向上
を図っている。また、標的物質層２の外周は冷却水６に
よって冷却されている。
ビーム１は、多層構成の傘状の標的物質層２に入射され
る。各標的物質層２は、傘状の熱伝導の良い透過・散乱
性物質で構成され、入射Ｘ線ビーム等を斜入射させるこ
とによって、照射面積拡大による単位面積あたりの吸収
熱負荷量の軽減と、散乱Ｘ線の周辺への分散効率の向上
を図っている。また、標的物質層２の外周は冷却水６に
よって冷却されている。
【００３９】なお、これら標的物質層２は、照射領域外
に置かれた支持棒８によって支持されている。層間空隙
３は、層間のほか標的物質層２の周辺にもあり、外周部
にある吸収性物質層４に流入する散乱Ｘ線による単位面
積あたりの吸収熱負荷量を軽減する働きをしている。こ
れは、散乱Ｘ線エネルギー量が多い場合に有効である。
入射口近くの散乱性物質層７は、比較的エネルギーの高
い一次散乱Ｘ線を反射させ、そのエネルギーを低下させ
る働きをする。なお、物質層の表面に凹凸をつけてＸ線
の散乱効率を上げるような試みも本発明の範疇である。
最外層の除熱冷却層５の構成と働きは、前述の例と同様
である。
に置かれた支持棒８によって支持されている。層間空隙
３は、層間のほか標的物質層２の周辺にもあり、外周部
にある吸収性物質層４に流入する散乱Ｘ線による単位面
積あたりの吸収熱負荷量を軽減する働きをしている。こ
れは、散乱Ｘ線エネルギー量が多い場合に有効である。
入射口近くの散乱性物質層７は、比較的エネルギーの高
い一次散乱Ｘ線を反射させ、そのエネルギーを低下させ
る働きをする。なお、物質層の表面に凹凸をつけてＸ線
の散乱効率を上げるような試みも本発明の範疇である。
最外層の除熱冷却層５の構成と働きは、前述の例と同様
である。
【００４０】
【発明の効果】以上説明した本発明の高熱負荷受熱機器
によれば、従来の熱化・吸収による除熱法に加え、新た
にビームの物質中での透過，散乱，吸収現象を波動現象
に置き換えて考えた光学的手法に基づく冷却法を導入し
たものであるから、この光学冷却法の採用によって従来
方式を上回る除熱冷却性能の向上が期待でき、また、受
熱機器材料の種類や配置の選択の幅が広がるので、経済
性の向上も期待できる。
によれば、従来の熱化・吸収による除熱法に加え、新た
にビームの物質中での透過，散乱，吸収現象を波動現象
に置き換えて考えた光学的手法に基づく冷却法を導入し
たものであるから、この光学冷却法の採用によって従来
方式を上回る除熱冷却性能の向上が期待でき、また、受
熱機器材料の種類や配置の選択の幅が広がるので、経済
性の向上も期待できる。
【図１】本発明の高熱負荷受熱機器における多層受熱構
造体の基本的な構成を示す断面図である。
造体の基本的な構成を示す断面図である。
【図２】本発明の光学冷却多層受熱構造を採用したＸ線
光学素子を示す部分斜視図である。
光学素子を示す部分斜視図である。
【図３】本発明の光学冷却多層受熱構造を採用したＸ線
・粒子線ビームストッパを示す断面図である。
・粒子線ビームストッパを示す断面図である。
１…Ｘ線ビーム、２…標的物質層、３…層間空隙、４…
吸収性物質層、５…除熱冷却層、６…冷却水、７…散乱
性物質層、８…支持棒。
吸収性物質層、５…除熱冷却層、６…冷却水、７…散乱
性物質層、８…支持棒。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−211405（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−18101（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−107200（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−140198（ＪＰ，Ａ) 特公 昭36−20807（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05H 7/00 G21B 1/00
Claims (1)
- 【請求項１】受熱機器の先端部分に取り付けられた標的
物質に高強度光量子・粒子ビームを照射し、その時のビ
ームエネルギーを標的物質の内部で吸収・熱化させ、熱
伝導で冷却流路まで運び冷却媒体により前記ビームエネ
ルギーを外部に運びさる構成の高熱負荷受熱機器におい
て、 前記標的物質を多層構造の受熱構造体とし、該各標的物
質層を厚さ１mfp 以下の透過・散乱性物質で構成すると
共に、前記各標的物質層間に真空、又はガスの空隙層を
設け、かつ、前記多層の標的物質の最終層、及び前記光
量子・粒子ビームの照射領域以外に取り付けた外周層を
熱伝導の良い吸収性物質、及び除熱冷却物質で構成した
ことを特徴とする高熱負荷受熱装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04981396A JP3327102B2 (ja) | 1996-03-07 | 1996-03-07 | 高熱負荷受熱機器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04981396A JP3327102B2 (ja) | 1996-03-07 | 1996-03-07 | 高熱負荷受熱機器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09245999A JPH09245999A (ja) | 1997-09-19 |
| JP3327102B2 true JP3327102B2 (ja) | 2002-09-24 |
Family
ID=12841575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04981396A Expired - Fee Related JP3327102B2 (ja) | 1996-03-07 | 1996-03-07 | 高熱負荷受熱機器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3327102B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4615460B2 (ja) * | 2006-03-09 | 2011-01-19 | 株式会社熊谷組 | ビームダンプ装置の冷却構造及びビームダンプ装置設置用建屋 |
| CN110400650A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-11-01 | 中国原子能科学研究院 | 转换靶装置及靶材料层结构 |
| CN113035377B (zh) * | 2021-02-25 | 2024-03-12 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种适用于高功率粒子束的功率吸收靶板 |
-
1996
- 1996-03-07 JP JP04981396A patent/JP3327102B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09245999A (ja) | 1997-09-19 |
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