JP4615460B2 - Beam dump device cooling structure and beam dump device installation building - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、加速器施設で使用されるビームダンプ装置に関するもので、特に、ダンプターゲットの冷却構造に関する。 The present invention relates to a beam dump device used in, for example, an accelerator facility, and more particularly to a dump target cooling structure.
陽子や電子などを加速して高エネルギーの荷電粒子ビームを取出すリニアックやシンクロトロンなどのような加速器を備えた施設においては、加速された不要の粒子を消滅させるため、上記粒子をカーボンなどのダンプターゲットに衝突させて崩壊させるためのビームダンプ装置が用いられている(例えば、特許文献1参照)。ところで、高速の荷電粒子とダンプターゲットとの衝突時には、放射性物質の生成や熱の発生が伴うので、上記ダンプターゲット内は高温になる。したがって、吸収するビームのエネルギー量が大きい程大きなダンプターゲットを用いる必要がある。そこで、従来は、図2に示すように、ダンプターゲット51の周りを純鉄の板52Pを積層した冷却部材52で囲むとともに、上記ダンプターゲット51を設置する建屋50内を空調装置53で冷却して、粒子導入管20から照射される高速荷電粒子のビームとの衝突により発生する上記ダンプターゲット51の熱を、上記冷却部材52を介して空気中に放出し、上記ダンプターゲット51を冷却するようにしている。
一方、荷電粒子のエネルギーが比較的小さな場合には、ダンプターゲットを支持するハウジングに冷却通路を形成し、この冷却通路に冷却水を循環させて上記ターゲットを水冷する方法が行なわれている(例えば、特許文献2参照)。
On the other hand, when the energy of charged particles is relatively small, a cooling passage is formed in a housing that supports the dump target, and cooling water is circulated through the cooling passage to cool the target (for example, , See Patent Document 2).
しかしながら、上記ダンプターゲット51を冷却部材52で囲んで空冷する方法では、熱放出が少ないため装置が大型化するだけでなく、空調温度をかなり低くしてやる必要があるので、空調費(ランニングコスト)が嵩んでしまっていた。
また、ダンプターゲットを水冷する方法は、荷電粒子のエネルギーが比較的小さな場合には問題はないが、荷電粒子が加速器施設で用いられるような高エネルギー粒子用のダンプターゲットでは、上記のように、放射性物質が生成されることから、冷却水が放射化されてしまうといった問題点があった。
However, in the method in which the dump target 51 is surrounded by the
In addition, the method of water-cooling the dump target is not a problem when the energy of the charged particles is relatively small, but in the dump target for high energy particles where the charged particles are used in an accelerator facility, as described above, Since radioactive materials are generated, there is a problem that cooling water is activated.
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成でダンプターゲットを効率よく冷却することのできるビームダンプ装置の冷却構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the conventional problems, and an object thereof is to provide a cooling structure for a beam dump device that can efficiently cool a dump target with a simple configuration.
本願の請求項1に記載の発明は、荷電粒子ビームが照射されるダンプターゲットと、純鉄のプレートを積層して成り上記ダンプターゲットを支持する熱放出用支持部材とを備えたビームダンプ装置の冷却構造であって、上記熱放出用支持部材と上記ビームダンプ装置を設置する建屋のコンクリート中の鉄筋とを連結する連結用鉄筋を備えたことを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のビームダンプ装置の冷却構造において、上記コンクリート中の鉄筋同士を結合用鋼線により結合したものである。
また、請求項3に記載の発明は、荷電粒子ビームが照射されるダンプターゲットと、純鉄のプレートを積層して成り上記ダンプターゲットを支持する熱放出用支持部材とを備えたビームダンプ装置の冷却構造であって、上記ビームダンプ装置を設置する建屋のコンクリート中に予め埋設された冷却フィンと、上記冷却フィンと上記熱放出用支持部材とを連結する連結用鉄筋とを備えたものである。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれかに記載のビームダンプ装置の冷却構造において、上記熱放出用支持部材とコンクリート中の鉄筋とを連結する連結用鉄筋と上記コンクリートとの間、もしくは、上記熱放出用支持部材と冷却フィンとを連結する連結用鉄筋と上記コンクリートとの間に防水処理を施したものである。
The invention according to
According to a second aspect of the invention, the cooling structure of the beam dump device according to
The invention according to
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the beam dump device cooling structure according to any one of the first to third aspects, wherein the connecting reinforcing bar connecting the heat-dissipating support member and the reinforcing bar in concrete, and the above A waterproof treatment is performed between the concrete and the concrete , or between the connecting rebar for connecting the heat-dissipating support member and the cooling fin and the concrete.
また、請求項5に記載の発明は、荷電粒子ビームが照射されるダンプターゲットと、純鉄のプレートを積層して成り上記ダンプターゲットを支持する熱放出用支持部材とを備えたビームダンプ装置を設置するための建屋であって、一端が建屋のコンクリート中の鉄筋に連結され他端が当該建屋内に突出して上記熱放出用支持部材に連結される連結用鉄筋が上記建屋のコンクリート内に埋設されていることを特徴とするものである。
また、請求項6に記載の発明は、荷電粒子ビームが照射されるダンプターゲットと、純鉄のプレートを積層して成り上記ダンプターゲットを支持する熱放出用支持部材とを備えたビームダンプ装置を設置するための建屋であって、冷却フィンと、一端が上記冷却フィンに連結され他端が当該建屋内に突出して上記熱放出用支持部材に連結される連結用鉄筋とが上記建屋のコンクリート内に埋設されていることを特徴とするものである。
The invention described in
The invention described in Claim 6, and dump target charged particle beam is irradiated, the beam dump device including a heat dissipation support member you supporting plate the dump target formed by laminating a pure iron there in building for installing the cold 却Fu fin, and a connecting reinforcing bar having one end other end is connected to the cooling fins is connected to the support member for the heat released to project to the inside building Is embedded in the concrete of the building .
本発明によれば、荷電粒子ビームが照射されるダンプターゲットを支持する熱放出用支持部材と当該ビームダンプ装置を設置する建屋のコンクリート中の鉄筋とを連結する連結用鉄筋で連結し、高速荷電粒子のビームとの衝突により発生するダンプターゲットの熱を、上記熱放出用支持部材から上記連結用鉄筋を介して建屋のコンクリート中の鉄筋に伝導させて放出するようにしたので、簡単な構成でダンプターゲットを効率よく冷却できるだけでなく、空調温度を高めに設定できるので、ランニングコストの低減を図ることができる。このとき、上記コンクリート中の鉄筋同士を結合用鋼線で結合しておけば、熱の放出が更に容易となり、ダンプターゲットを更に効率よく冷却することができる。
また、当該ビームダンプ装置を設置する建屋のコンクリート中に冷却フィンを予め埋設しておき、この冷却フィンに上記ダンプターゲットからの熱を伝導させるようにしても同様の効果を得ることができる。
なお、上記連結用鉄筋は建屋内に突出するので、上記連結用鉄筋と上記コンクリートとの間に防水処理を施して、上記コンクリートを介して水が浸入するのを防止するようにしておけば、水の汚染を確実に防止することができる。
According to the present invention, coupled with consolidated reinforcing bar to the charged particle beam to couple the reinforcing bars in concrete of the building for installing the heat release for the support member and the bi Mudanpu device for supporting a dump target to be irradiated, high speed Since the heat of the dump target generated by the collision with the charged particle beam is conducted from the heat release support member to the reinforcing bar in the concrete of the building through the connecting reinforcing bar, it is released. Thus, not only can the dump target be cooled efficiently, but also the air conditioning temperature can be set higher, so that the running cost can be reduced. At this time, if combining reinforcing bars to each other in said concrete join steel wire, heat release becomes easier, it is possible to further efficiently cool the dump target.
Further, the same effect can be obtained by embedding cooling fins in the concrete of the building where the beam dump device is installed in advance and conducting heat from the dump target to the cooling fins.
In addition, since the connecting reinforcing bar protrudes into the building, waterproofing is performed between the connecting reinforcing bar and the concrete so as to prevent water from entering through the concrete. Water contamination can be surely prevented.
以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図1は、本発明の最良の形態に係るビームダンプ装置の冷却構造を示す図で、同図において、10は本発明によるビームダンプ装置設置用建屋で、本例では、この建屋10の床11及び壁12を構成する鉄筋コンクリートの主筋11a,11a同士、及び、主筋12a,12a同士をそれぞれ結合用鋼線11b,12bにより互いに結合するとともに、床11のコンクリート内に、アルミニウムなどの熱伝導性の良好な金属から成る冷却フィン13を埋設している。そして、上記主筋11aと上記冷却フィン13には、それぞれ、一端が床11から建屋10内に突出する連結用鉄筋11j,13jの他端側が溶接等により取付けられている。
また、20は図示しない加速器で加速された不要な荷電粒子を上記建屋10内に導くための粒子導入管で、その内部の粒子通路20sは真空に保持されている。21は上記粒子導入管20の周囲に配設され、上記荷電粒子の軌道を上記粒子導入管20内に制限するための電磁石で,上記粒子導入管20内に導かれた高エネルギー荷電粒子は、上記電磁石21により上記粒子通路20sに沿って移動し、粒子導入管20の端部に設けられた人工ダイヤモンド等の薄膜から成るウインドー22からビームダンプ装置30に照射される。なお、符号23は、上記粒子導入管20の外周部に設けられた冷却通路で、上記荷電粒子の一部が上記粒子導入管20の内壁に衝突したときに発生する熱を、上記冷却通路23を循環する冷却水により吸収する。
Hereinafter, the best mode of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a view showing a cooling structure of a beam dump device according to the best mode of the present invention, in which 10 is a building for installing a beam dump device according to the present invention, and in this example, a floor 11 of this
ビームダンプ装置30は、上記粒子導入管20のウインドー22から照射される荷電粒子の軌道上に設置されたダンプターゲット31と、このダンプターゲット31の周りに設けられ、上記ダンプターゲット31を支持する熱放出用支持部材である冷却部材32とを備えている。
上記ダンプターゲット31は、通常、純カーボン等の材料で構成されており、その中央部には、その断面形状が、上記ダンプターゲット31に衝突した荷電粒子がダンプターゲット31の外部に漏れないように設計された形状の凹部(反射部)31hが形成されている。また、上記冷却部材32は多数の純鉄の板32Pを積層したもので、本例では、この冷却部材32に複数個の連結用端子30jを設けるとともに、これらの連結用端子30jと上記主筋11a,12aにそれぞれ連結され、かつ、上記建屋10内に突出する連結用鉄筋11j,12j、及び、連結用端子30jと上記冷却フィン13に連結されている連結用鉄筋13jとを、鉄製または銅製のフレキシブル部材33によりそれぞれ連結するようにしている。
ここで、上記連結用鉄筋11j,12jと床11及び壁12のコンクリートとの間を防水処理しておくことが望ましい。これは、上記コンクリートから浸入してきた水が当該建屋10内に入らないようにするためで、侵入水があると、この侵入水は、ダンプターゲット31で発生した放射性物質により放射化される恐れがある。なお、この防水処理としては、例えば、連結用鉄筋11j,12j及び連結用鉄筋13jの周りを防水コンクリート11k、12kで固めたり、床11の表面に防止シートを敷設しその上に床材を貼るなどの公知の技術を用いることができる。
The
The
Here, it is desirable to waterproof between the connecting
ビームダンプ装置30の冷却構造を上記のようにすることにより、荷電粒子の衝突により発生し、上記ダンプターゲット31から上記冷却部材32に伝導された熱は、連結用端子30j、フレキシブル部材33、連結用鉄筋11j,12jを介して、建屋10の床11及び壁12を構成する鉄筋コンクリートの主筋11a,12aに伝導されて放熱されるとともに、連結用端子30j、フレキシブル部材33、連結用鉄筋13jを介して、上記鉄筋コンクリート内に埋設された冷却フィン13に伝導されて放熱される。したがって、上記ダンプターゲット31の熱を効率よく放熱することができるので、ビームダンプ装置30を小型化することができる。また、空調の設定温度を従来よりも高くできるので、ランニングコストの問題もなくなるだけでなく、冷却水を使用していないので、水の放射化の問題も発生しない。
By making the cooling structure of the
このように、本最良の形態によれば、ビームダンプ装置30を設置する建屋10の床11及び壁12の主筋11a同士及び主筋12a同士をそれぞれ結合用鋼線11b,12bにより互いに結合し、更に、床11のコンクリート内に、冷却フィン13を埋設するとともに、上記主筋11aと上記冷却フィン13とに、一端が床11から建屋10内に突出する連結用鉄筋11j,13jの他端側が溶接等により取付けられ、この連結用鉄筋11j,13jと、ダンプターゲット31を支持する純鉄の板32Pを積層した冷却部材32とをフレキシブル部材33に連結して、荷電粒子の衝突によりダンプターゲット31に発生する熱を放熱するようにしたので、簡単な構成で、ダンプターゲットを効率よく冷却することができる。したがって、装置を小型化できるとともに、ランニングコストを低減することができる。
Thus, according to this best mode, the floor 11 of the
なお、上記最良の形態では、ダンプターゲット31に発生する熱を床11及び壁12の主筋11a,12a、及び、床11のコンクリート内に埋設された冷却フィン13に放熱したが、更に、天井14も上記床11と同様の構成にして、天井14の主筋14aにも上記熱を伝導させて放熱してもよい。また、ダンプターゲット31の発熱量によっては、床11の主筋11a、壁の主筋12a、あるいは、上記冷却フィン13のみを用いてダンプターゲット31から冷却部材32に伝導される熱の放熱を行ってもよい。
また、上記例では、加速器で加速された不要な荷電粒子を消滅させるために用いられるビームダンプ装置30について説明したが、本発明は、荷電粒子ビームの強度測定などの予備実験に用いられるビームダンプ装置などのような、他の用途のビームダンプ装置にも適用可能である。
In the best mode, the heat generated in the
In the above example, the
このように、本発明によれば、簡単な構成でダンプターゲットを効率よく冷却できるので、小型で冷却効率の高いビームダンプ装置を提供することができるとともに、ランニングコストの低減を図ることができる。 Thus, according to the present invention, since the dump target can be efficiently cooled with a simple configuration, it is possible to provide a small-sized beam dump device with high cooling efficiency and to reduce the running cost.
10 ビームダンプ装置設置用建屋、11 床、11a 主筋、11b 結合用鋼線、11j 連結用鉄筋、11k 防水コンクリート、12 壁、12a 主筋、
12b 結合用鋼線、12j 連結用鉄筋、12k 防水コンクリート、
13 冷却フィン、13j 連結用鉄筋、20 粒子導入管、20s 粒子通路、
21 電磁石、22 ウインドー、23 冷却通路、30 ビームダンプ装置、
30j 連結用端子、31 ダンプターゲット、31h 凹部、32 冷却部材、
32P 純鉄の板、33 フレキシブル部材。
10 Building for installing beam dumper, 11 floor, 11a main bar, 11b steel wire for connection, 11j connecting bar, 11k waterproof concrete, 12 walls, 12a main bar,
12b steel wire for connection, 12j rebar for connection, 12k waterproof concrete,
13 cooling fins, 13j connecting reinforcing bars, 20 particle introduction pipes, 20s particle passages,
21 Electromagnet, 22 Window, 23 Cooling passage, 30 Beam dump device,
30j connection terminal, 31 dump target, 31h recess, 32 cooling member,
32P pure iron plate, 33 flexible member.
Claims (6)
上記熱放出用支持部材と上記ビームダンプ装置を設置する建屋のコンクリート中の鉄筋とを連結する連結用鉄筋を備えたことを特徴とするビームダンプ装置の冷却構造。 And dump target charged particle beam is irradiated, a cooling structure of a beam dump device including a heat dissipation support member you supporting plate the dump target formed by laminating the pure iron,
A cooling structure for a beam dump device, comprising a connecting reinforcing rod for connecting the heat release support member and a reinforcing bar in concrete of a building where the beam dump device is installed.
上記ビームダンプ装置を設置する建屋のコンクリート中に予め埋設された冷却フィンと、
上記冷却フィンと上記熱放出用支持部材とを連結する連結用鉄筋とを備えたことを特徴とするビームダンプ装置の冷却構造。 And dump target charged particle beam is irradiated, a cooling structure of a beam dump device including a heat dissipation support member you supporting plate the dump target formed by laminating the pure iron,
A pre-embedded cooling fins in the concrete of the building to install the beam dump device,
Cooling structure of the beam dump device is characterized in that a consolidated reinforcing bar you connect the the cooling fins and the heat-releasing support member.
一端が建屋のコンクリート中の鉄筋に連結され他端が当該建屋内に突出して上記熱放出用支持部材に連結される連結用鉄筋が上記建屋のコンクリート内に埋設されていることを特徴とするビームダンプ装置設置用建屋。 There in the dump target charged particle beam is irradiated, for installing the beam dump device including a heat dissipation support member you supporting plate the dump target formed by laminating a pure iron building,
And wherein the coupling reinforcing bars having one end other end is connected to the reinforcing bar in the concrete of the building is connected to the support member for the heat released to project to the inside building is embedded in the concrete of the building A building for installing a beam dump device.
冷却フィンと、一端が上記冷却フィンに連結され他端が当該建屋内に突出して上記熱放出用支持部材に連結される連結用鉄筋とが上記建屋のコンクリート内に埋設されていることを特徴とするビームダンプ装置設置用建屋。 There in the dump target charged particle beam is irradiated, for installing the beam dump device including a heat dissipation support member you supporting plate the dump target formed by laminating a pure iron building,
And the cold 却Fu fin, one end and a connecting reinforcing bars other end is connected to the cooling fins is connected to the support member for the heat released to project to the inside building is embedded in the concrete of the building A building for installing a beam dump device.
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