JP4893894B2

JP4893894B2 - Beam dump

Info

Publication number: JP4893894B2
Application number: JP2008137912A
Authority: JP
Inventors: 武彦加藤; 孝一佐藤; 宏和鈴木; 潔岡; 慶直大川
Original assignee: A-TEC CO., LTD.; Japan Atomic Energy Agency; Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: A-TEC CO., LTD.; Japan Atomic Energy Agency; Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: JP2009289446A

Description

本発明は、加速器等で加速されて照射された荷電粒子ビームのエネルギーを除去するためのビームダンプに関するものである。 The present invention relates to a beam dump for removing energy of a charged particle beam accelerated and irradiated by an accelerator or the like.

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り出すリニアックやシンクロトロン等の加速器を備えた施設において、加速器で加速された荷電粒子ビームのエネルギーをダンプターゲットに衝突させて崩壊、除去させるためにビームダンプが使用されている（例えば、特許文献１参照）。 In a facility equipped with an accelerator such as a linac or synchrotron that accelerates protons and electrons to extract a high-energy charged particle beam, the charged particle beam energy accelerated by the accelerator collides with a dump target to be destroyed and removed. Therefore, a beam dump is used (for example, refer to Patent Document 1).

図３１は従来のビームダンプの一例を示しており、このビームダンプ１は、立方体又は直方体形状の金属製（例えば、鉄製）のダンプターゲット２が建屋内の鉄筋コンクリート製の床に載置されて構成されており、このダンプターゲット２の内部には荷電粒子ビームの入射軸に沿って円柱形状を成す入射凹部３が形成されている。 FIG. 31 shows an example of a conventional beam dump, and this beam dump 1 is constructed by placing a cube or rectangular parallelepiped metal (for example, iron) dump target 2 on a reinforced concrete floor in a building. In the dump target 2, an incident recess 3 having a cylindrical shape is formed along the incident axis of the charged particle beam.

そして、この入射凹部３に入射した高速の荷電粒子ビームは、ダンプターゲット２に衝突する際に熱エネルギーに変換され、この時に発生した熱はダンプターゲット２の内部を熱伝導し、ダンプターゲット２の外表面から熱伝達及び輻射によって周囲の空気に放出され、これにより、ダンプターゲット２は熱的に安定状態を保つようになっている。
特開平７−３３５３９８号公報 The high-speed charged particle beam incident on the incident recess 3 is converted into thermal energy when colliding with the dump target 2, and the heat generated at this time is conducted inside the dump target 2, It is discharged from the outer surface to the surrounding air by heat transfer and radiation, so that the dump target 2 is kept thermally stable.
JP-A-7-335398

しかしながら、従来のビームダンプでは、荷電粒子ビームのエネルギーの増大に伴い、ダンプターゲットが融点以上の高温となり、溶融するおそれがあるといった問題があった。 However, the conventional beam dump has a problem that the dump target becomes high in temperature higher than the melting point and melts as the energy of the charged particle beam increases.

特に、上記した図３１に示す従来のビームダンプ１では、入射凹部３が荷電粒子ビームの入射軸に沿って円筒形状を成しているため、荷電粒子ビームの入射面が二次元平面（底面４）に集中する上、熱伝導が三次元方向に拡散する（図３１中の矢印参照）。したがって、エネルギー密度が高い状態のまま荷電粒子ビームが熱変換され、入射凹部３の底面４付近が融点以上の高温になり易く、溶融し易いといった問題があった。さらにまた、このビームダンプ１では、ダンプターゲット２が鉄筋コンクリート製の床に載置されているため、ダンプターゲット２の熱が床に伝導し、床が耐熱温度以上となり、劣化するおそれがあるといった問題もあった。 In particular, in the conventional beam dump 1 shown in FIG. 31 described above, since the incident concave portion 3 has a cylindrical shape along the incident axis of the charged particle beam, the incident surface of the charged particle beam is a two-dimensional plane (the bottom surface 4). ) And heat conduction diffuses in a three-dimensional direction (see arrows in FIG. 31). Therefore, the charged particle beam is thermally converted while the energy density is high, and there is a problem that the vicinity of the bottom surface 4 of the incident concave portion 3 is likely to become a high temperature higher than the melting point and is easily melted. Furthermore, in this beam dump 1, since the dump target 2 is placed on the floor made of reinforced concrete, the heat of the dump target 2 is conducted to the floor, and the floor becomes higher than the heat-resistant temperature and may be deteriorated. There was also.

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、荷電粒子ビームが衝突した際に発生する熱によってダンプターゲットが溶融したり、ダンプターゲットが載置される床が劣化したりすることのないビームダンプを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and the dump target is melted by the heat generated when the charged particle beam collides, or the floor on which the dump target is placed is deteriorated. The purpose is to provide a beam dump without the above.

上記した目的を達成するため、本発明は、照射された荷電粒子ビームのエネルギーを除去するためのビームダンプであって、前記荷電粒子ビームが照射されるダンプターゲットと、該ダンプターゲットが載置される金属製架台と、該金属製架台に取り付けられる冷却手段とを備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a beam dump for removing the energy of an irradiated charged particle beam, the dump target irradiated with the charged particle beam, and the dump target being placed thereon And a cooling means attached to the metal mount.

また、本発明床スラブの下方に二重ピット構造を有する建屋内に設けられるビームダンプであって、前記金属製架台は前記床スラブを貫通し、該金属製架台と前記床スラブとの間には熱緩衝体が設けられ、前記冷却手段は、前記二重ピット内に貯留された冷却水に浸水可能なように前記金属製架台から下方に延出する放熱フィンを備えていてもよい。 Further, the present invention is a beam dump provided in a building having a double pit structure below the floor slab of the present invention, wherein the metal pedestal passes through the floor slab, and between the metal gantry and the floor slab. A heat buffer may be provided, and the cooling means may include a heat radiating fin extending downward from the metal mount so as to be immersed in the cooling water stored in the double pit.

さらに、本発明は、前記金属製架台は建屋の床スラブに載置され、前記金属製架台の冷却手段は、一端が該金属製架台に接続されるヒートパイプと、該ヒートパイプの他端に設けられる放熱フィンとを備えていてもよい。 Furthermore, the present invention provides the metal gantry mounted on a floor slab of a building, and the cooling means for the metal gantry includes a heat pipe having one end connected to the metal gantry and the other end of the heat pipe. You may provide the radiation fin provided.

さらに、前記ダンプターゲットの外表面には放熱フィンが設けられているのがよい。 Furthermore, it is preferable that heat radiation fins are provided on the outer surface of the dump target.

さらに、前記ダンプターゲットは、前記荷電粒子ビームが入射する入射凹部を有する中心部と、該中心部の周囲に設けられる周囲部とを備え、前記中心部は前記周囲部より融点の高い材質から構成され、前記周囲部は前記中心部より熱伝導率の高い材質から構成されているのがよい。 Further, the dump target includes a central portion having an incident concave portion into which the charged particle beam is incident, and a peripheral portion provided around the central portion, and the central portion is made of a material having a higher melting point than the peripheral portion. The peripheral portion may be made of a material having higher thermal conductivity than the central portion.

さらに、前記中心部は鉄により構成され、前記周囲部は銅により構成されているのがよい。 Further, it is preferable that the central portion is made of iron and the peripheral portion is made of copper.

さらに、前記ダンプターゲットの入射凹部の内面には、該入射凹部が奥行き方向に向かって先細り形状となるように三次元曲面の入射面が形成されているのがよく、また、前記入射凹部は円錐形状を成していてもよい。 Furthermore, it is preferable that a three-dimensional curved incident surface is formed on the inner surface of the incident concave portion of the dump target so that the incident concave portion is tapered in the depth direction. The shape may be formed.

本発明によれば、金属製架台に冷却手段が取り付けられているため、荷電粒子ビームの衝突時に発生する熱によってダンプターゲットが溶融したり、床スラブが劣化したりするおそれがない。 According to the present invention, since the cooling means is attached to the metal frame, there is no possibility that the dump target is melted or the floor slab is deteriorated by the heat generated when the charged particle beam collides.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本発明の実施の形態に係るビームダンプを示す側面図、図２は同ビームダンプの正面図である。 FIG. 1 is a side view showing a beam dump according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front view of the beam dump.

本発明の実施の形態に係るビームダンプ１０は、図示を省略する加速器から加速された荷電粒子ビームが照射されるダンプターゲット１１と、ダンプターゲット１１が載置される金属製架台１２と、金属製架台１２に取り付けられる冷却手段である下部放熱フィン１３とを備えており、鉄筋コンクリート製の床スラブ１４の下方に二重ピット構造を有する建屋内に設けられるようになっている。 A beam dump 10 according to an embodiment of the present invention includes a dump target 11 irradiated with a charged particle beam accelerated from an accelerator (not shown), a metal gantry 12 on which the dump target 11 is placed, and a metal Lower radiating fins 13 serving as cooling means attached to the gantry 12 are provided, and are provided in a building having a double pit structure below a floor slab 14 made of reinforced concrete.

ダンプターゲット１１は、立方体又は直方体形状を成し、前記荷電粒子ビームが入射する中心部１５と、中心部１５の周囲に形成される周囲部１６とを備えて構成されている。中心部１５は、直方体形状を成し、周囲部１６より融点の高い材質、例えば鉄（融点１５３５℃、熱伝導率８０．２Ｗ／ｍＫ）により構成されている。また、中心部１５の内部には、中心部１５の一側面１７から荷電粒子ビームの入射軸に沿って水平方向に角柱形状の入射凹部１８が形成されている。 The dump target 11 has a cubic or rectangular parallelepiped shape, and includes a central portion 15 on which the charged particle beam is incident and a peripheral portion 16 formed around the central portion 15. The central portion 15 has a rectangular parallelepiped shape and is made of a material having a higher melting point than the surrounding portion 16, for example, iron (melting point: 1535 ° C., thermal conductivity: 80.2 W / mK). In addition, a prismatic incident concave portion 18 is formed in the center portion 15 in the horizontal direction from one side surface 17 of the center portion 15 along the incident axis of the charged particle beam.

ダンプターゲット１１の周囲部１６は、中心部１５が嵌合可能な通孔１９が形成された直方体形状を成しており、中心部１５より熱伝導率の高い材質、例えば銅（融点１０８４℃、熱伝導率４０１Ｗ／ｍＫ）により構成されている。 The peripheral portion 16 of the dump target 11 has a rectangular parallelepiped shape in which a through hole 19 into which the center portion 15 can be fitted is formed. A material having higher thermal conductivity than the center portion 15, for example, copper (melting point: 1084 ° C., The thermal conductivity is 401 W / mK).

なお、ダンプターゲット１１の中心部１５と周囲部１６の材質は、上記した鉄と銅の組合せに限定されるものではなく、例えば、中心部１５をステンレス鋼で構成し、周囲部１６をアルミニウムで構成する等、鉄と銅以外の他の金属の組合せを選択することも可能である。 The material of the central portion 15 and the peripheral portion 16 of the dump target 11 is not limited to the combination of iron and copper described above. For example, the central portion 15 is made of stainless steel and the peripheral portion 16 is made of aluminum. It is also possible to select a combination of metals other than iron and copper, such as configuring.

また、好ましくは、ダンプターゲット１１の周囲部１６の下面を除く５つの外表面には、熱伝導率の高い材質、例えば銅製の上部放熱フィン２０が所定間隔で外方に向かって立設されているのがよい。 Preferably, the upper outer fins 20 made of a material having a high thermal conductivity, such as copper, are erected outward at predetermined intervals on the five outer surfaces except the lower surface of the peripheral portion 16 of the dump target 11. It is good to be.

金属製架台１２は、熱伝導率の高い材質、例えば銅により構成されており、その外周部２１は階段状に形成されている。そして、金属製架台１２は床スラブ１４を貫通し、金属製架台１２の外周部２１と床スラブ１４との間には熱伝導率の低い材質から成る熱緩衝体、例えば耐熱レンガ２２が介装されている。 The metal mount 12 is made of a material having high thermal conductivity, such as copper, and the outer peripheral portion 21 is formed in a step shape. The metal mount 12 passes through the floor slab 14, and a thermal buffer made of a material having low thermal conductivity, for example, a heat-resistant brick 22, is interposed between the outer peripheral portion 21 of the metal mount 12 and the floor slab 14. Has been.

冷却手段である下部放熱フィン１３は、熱伝導率の高い材質、例えば銅製であり、金属製架台１２の下面に所定間隔で下方に延出して設けられており、二重ピット内に貯留された冷却水２３に浸水可能となっている。 The lower radiating fins 13 serving as cooling means are made of a material having high thermal conductivity, such as copper, and are provided on the lower surface of the metal mount 12 so as to extend downward at a predetermined interval, and are stored in the double pits. The cooling water 23 can be submerged.

次に、図３〜図１０を参照しつつ、本発明の実施の形態に係るビームダンプ１０を設置する手順について説明する。 Next, a procedure for installing the beam dumper 10 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

先ず、図３に示すように、建屋の杭２４、底盤２５、及び壁部２６のコンクリートを打設した後、図４に示すように、壁部２６の所要箇所に鉄骨梁２７を掛け渡し、この鉄骨梁２７に下部放熱フィン１３及び金属製架台１２を支持させ、ビームダンプ１０の下部構造を完成させる（図５参照）。 First, as shown in FIG. 3, the concrete of the building pile 24, the bottom plate 25, and the wall portion 26 is placed, and then, as shown in FIG. 4, the steel beam 27 is passed over the required portion of the wall portion 26, The lower radiating fin 13 and the metal mount 12 are supported on the steel beam 27 to complete the lower structure of the beam dump 10 (see FIG. 5).

次いで、図６に示すように、金属製架台１２の外周部２１に耐熱レンガ２２を階段状に積重した上で、床スラブ１４のコンクリートを打設する。そして、図７に示すように、金属製架台１２の上にダンプターゲット１１の周囲部１６を構成する銅製ブロック片２８を積重すると共に、中心部１５を構成する鉄製ブロック片２９を積重し、金属製架台１２上にダンプターゲット１１を組立てる（図８参照）。 Next, as shown in FIG. 6, the heat-resistant bricks 22 are stacked stepwise on the outer peripheral portion 21 of the metal gantry 12, and then the concrete of the floor slab 14 is placed. Then, as shown in FIG. 7, the copper block pieces 28 constituting the peripheral portion 16 of the dump target 11 are stacked on the metal mount 12 and the iron block pieces 29 constituting the central portion 15 are stacked. Then, the dump target 11 is assembled on the metal mount 12 (see FIG. 8).

その後、このように組立てたダンプターゲット１１の外表面に上部放熱フィン２０を所定間隔で取り付け、ビームダンプ１０を完成させた後、二重ピット内に冷却水２３を貯留する。 Thereafter, the upper radiating fins 20 are attached to the outer surface of the dump target 11 assembled in this manner at predetermined intervals to complete the beam dump 10, and then the cooling water 23 is stored in the double pit.

このようにして完成させたビームダンプ１０を使用する場合、前記加速器で加速された高エネルギーの荷電粒子ビームを、図示を省略する粒子導入管を介してダンプターゲット１１に照射し、中心部１５の入射凹部１８に入射させる。そして、入射凹部１８に入射した荷電粒子ビームは、主に入射凹部１８の底面２３に衝突し、熱エネルギーに変換される。 When the beam dump 10 completed in this way is used, the dump target 11 is irradiated with a high-energy charged particle beam accelerated by the accelerator via a particle introduction tube (not shown), The light is incident on the incident recess 18. The charged particle beam incident on the incident concave portion 18 mainly collides with the bottom surface 23 of the incident concave portion 18 and is converted into thermal energy.

次いで、この時に発生した熱は、ダンプターゲット１１の中心部１５内を三次元方向に拡散して熱伝導し、さらに、周囲部１６内を三次元方向に拡散して熱伝導する。そして、この熱はダンプターゲット１１の外表面及び上部放熱フィン２０から熱伝達及び輻射によって周囲の空気に放出されると共に、金属製架台１２に熱伝導し、下部放熱フィン１３から熱伝達によって二重ピット内の冷却水に放出される。 Next, the heat generated at this time diffuses in the three-dimensional direction in the central portion 15 of the dump target 11 and conducts heat, and further diffuses in the three-dimensional direction in the surrounding portion 16 and conducts heat. This heat is released from the outer surface of the dump target 11 and the upper radiating fin 20 to the surrounding air by heat transfer and radiation, and is also conducted to the metal frame 12 and doubled by heat transfer from the lower radiating fin 13. It is discharged into the cooling water in the pit.

この時、荷電粒子ビームの衝突時に発生する熱によって中心部１５は最も高温になるが、荷電粒子ビームの衝突時に発生する熱の温度より融点の高い鉄によって中心部１５が構成されているため、この熱で中心部１５が溶融するおそれはない。また、この熱が中心部１５から周囲部１６に伝導した時にはこの熱の温度が周囲部１６の銅の融点以下まで低下しているため、周囲部１６が溶融するおそれもない。 At this time, although the central portion 15 becomes the highest temperature due to the heat generated during the collision of the charged particle beam, the central portion 15 is constituted by iron having a melting point higher than the temperature of the heat generated during the collision of the charged particle beam. There is no possibility that the central portion 15 is melted by this heat. Further, when this heat is conducted from the central portion 15 to the peripheral portion 16, the temperature of the heat is lowered to the melting point of copper in the peripheral portion 16, so that the peripheral portion 16 is not melted.

また、この時、金属製架台１２と床スラブ１４との間に熱伝導率の低い耐熱レンガ２１が介装されており、この耐熱レンガ２１により金属製架台１２から床スラブ１４への熱伝導は大部分が遮断されるため、床スラブ１４の温度が耐熱温度以上に上がることがなく、床スラブ１４が劣化するおそれはない。 At this time, a heat-resistant brick 21 having a low thermal conductivity is interposed between the metal gantry 12 and the floor slab 14, and the heat conduction from the metal gantry 12 to the floor slab 14 is performed by the heat-resistant brick 21. Since most of it is blocked, the temperature of the floor slab 14 does not rise above the heat-resistant temperature, and the floor slab 14 does not deteriorate.

さらにまた、この時、ダンプターゲット１１から金属製架台１２に伝導した熱は、鉄骨梁２７に伝導した後に鉄筋コンクリート製の壁部２６にも伝導するが、壁部２５は冷却水２３により冷却されているため、壁部２６の温度が耐熱温度以上に上がることがなく、壁部２６が劣化するおそれもない。 Furthermore, at this time, the heat conducted from the dump target 11 to the metal mount 12 is conducted to the steel beam 27 and then to the reinforced concrete wall 26, but the wall 25 is cooled by the cooling water 23. Therefore, the temperature of the wall portion 26 does not rise above the heat resistant temperature, and the wall portion 26 is not deteriorated.

次に、図１、図２、及び図１１〜図２７を参照しつつ、従来のビームダンプと本発明の実施の形態に係るビームダンプのそれぞれに対してコンピュータを使用して数値実験を行った検証結果について説明する。 Next, referring to FIGS. 1, 2, and 11 to 27, numerical experiments were performed using a computer for each of the conventional beam dump and the beam dump according to the embodiment of the present invention. The verification result will be described.

図１１は数値実験を行った際の従来のビームダンプの計算モデルを示す断面図、図１２は同ビームダンプの計算モデルを示す正面図である。この従来のビームダンプ１の計算モデルでは、建屋内において、土中温度が１５℃の厚さ５ｍの土（Ｓｏｉｌ）５上に厚さ０．５ｍの鉄筋コンクリート（ＲＣ）製の床６を設け、さらに、この床６上に長さ２．５ｍ、幅３ｍ、高さ３ｍで内部に角柱形状の入射凹部３が形成された鉄製のダンプターゲット２を載置し、ダンプターゲット２の周囲の空気温度を３０℃、ダンプターゲット２から空気への表面熱伝達率を２０Ｗ／ｍ^２Ｋに設定した。 FIG. 11 is a cross-sectional view showing a conventional beam dump calculation model when a numerical experiment is performed, and FIG. 12 is a front view showing the beam dump calculation model. In the calculation model of the conventional beam dump 1, a floor 6 made of reinforced concrete (RC) having a thickness of 0.5 m is provided on a soil 5 having a thickness of 15 m in the soil and 5 m in thickness. Further, an iron dump target 2 having a length of 2.5 m, a width of 3 m, and a height of 3 m and having a prismatic incident recess 3 formed therein is placed on the floor 6, and the air temperature around the dump target 2 is set. Was set to 30 ° C., and the surface heat transfer coefficient from the dump target 2 to the air was set to 20 W / m ² K.

図１３は上記した従来のビームダンプ１に２５０KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した時におけるダンプターゲット２の各領域の温度と時間との関係を検証した結果を示す図、図１４はその時における床スラブ１４の温度と時間との関係を検証した結果を示す図、図１５は同ビームダンプ１に５００KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した時におけるダンプターゲット２の各領域の温度と時間との関係を検証した結果を示す図、図１６はその時における床スラブ１４の温度と時間との関係を検証した結果を示す図であり、図１３〜図１６中、「ＣＯＲＥ」とは入射凹部３の周囲１ｍの領域、「上部」とはＣＯＲＥより上方の領域、「下部」とはＣＯＲＥより下方の領域、「サイド１」とはＣＯＲＥの正面視左側の領域、「サイド２」とはＣＯＲＥの正面視右側の領域をそれぞれ示している（図１１及び図１２参照）。 FIG. 13 is a diagram showing the result of verifying the relationship between the temperature and time of each region of the dump target 2 when the conventional beam dump 1 is irradiated with a charged particle beam having an energy of 250 KW, and FIG. 14 shows the floor at that time. FIG. 15 is a diagram showing the result of verifying the relationship between the temperature of the slab 14 and time. FIG. 15 shows the relationship between the temperature and time of each region of the dump target 2 when the beam dump 1 is irradiated with a charged particle beam having an energy of 500 KW. FIG. 16 is a diagram showing the result of verifying the relationship between the temperature and time of the floor slab 14 at that time, and “CORE” in FIGS. 1m area, "Upper" is the area above CORE, "Lower" is the area below CORE, "Side 1" is the area on the left side of CORE, and "Side 2" Indicates the area on the right side of CORE when viewed from the front (see FIGS. 11 and 12).

ビームダンプ１に２５０KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した場合には、図１３から分かるように、ダンプターゲット２のすべての領域で温度が鉄の融点１５３５℃（図１３中のＦｅ−ＭＰ）を下回るため、ダンプターゲット２が溶融するおそれはないが、図１４から分かるように、床スラブ６の温度が耐熱温度（図１４中のＲＣ−ｔ−Ｌｉｍｉｔ）を超えるため、床スラブ６が劣化するおそれがある。 When the beam dump 1 is irradiated with a charged particle beam having an energy of 250 KW, as can be seen from FIG. 13, the temperature of the melting point 1535 ° C. (Fe-MP in FIG. 13) of iron in all regions of the dump target 2 However, since the temperature of the floor slab 6 exceeds the heat resistance temperature (RC-t-Limit in FIG. 14), the floor slab 6 deteriorates, as shown in FIG. There is a fear.

また、ビームダンプ１に５００KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した場合には、図１５に示すように、ダンプターゲット２のＣＯＲＥの領域における最大温度が鉄の融点１５３５℃（図１５中のＦｅ−ＭＰ）を超えるため、ダンプターゲット２はＣＯＲＥの領域で溶融するおそれがあると共に、図１６に示すように、床スラブ６の温度が耐熱温度（図１４中のＲＣ−ｔ−Ｌｉｍｉｔ）を超えるため、床スラブ６が劣化するおそれがある。 When the beam dump 1 is irradiated with a charged particle beam having an energy of 500 KW, as shown in FIG. 15, the maximum temperature in the CORE region of the dump target 2 is an iron melting point of 1535 ° C. (Fe— MP), the dump target 2 may melt in the CORE region, and as shown in FIG. 16, the temperature of the floor slab 6 exceeds the heat resistance temperature (RC-t-Limit in FIG. 14). The floor slab 6 may be deteriorated.

これに対して、図１７は上部放熱フィン２０のないタイプの本発明の実施の形態に係るビームダンプ１０’の計算モデルを示す断面図、図１８は同ビームダンプ１０’の計算モデルを示す正面図である。このビームダンプ１０’の計算モデルでは、長さ２．５ｍ、幅３ｍ、高さ３ｍで内部に角柱形状の入射凹部１８が形成された鉄製の中心部１５と銅製の周囲部１６とを備えたダンプターゲット１６を厚さ０．５ｍの金属製架台１２の上に載置し、金属製架台１２の下面に高さ２ｍ（その内の１．５ｍが冷却水２３に浸水）、厚さ２ｃｍの下部放熱フィン１３を取り付け、冷却水２３の温度を１０℃、下部放熱フィン１３から冷却水２３への表面熱伝達率を２０Ｗ／ｍ^２Ｋ、ダンプターゲット１１の周囲の空気温度を３０℃、ダンプターゲット１１から空気への表面熱伝達率を２０Ｗ／ｍ^２Ｋに設定した。 On the other hand, FIG. 17 is a cross-sectional view showing a calculation model of the beam dump 10 ′ according to the embodiment of the present invention without the upper radiating fin 20, and FIG. 18 is a front view showing the calculation model of the beam dump 10 ′. FIG. The calculation model of the beam dump 10 ′ includes an iron center portion 15 having a length of 2.5 m, a width of 3 m, and a height of 3 m, in which a prismatic incident concave portion 18 is formed, and a copper peripheral portion 16. The dump target 16 is placed on a metal gantry 12 having a thickness of 0.5 m, the height of the metal gantry 12 is 2 m (1.5 m of which is immersed in the cooling water 23), and the thickness is 2 cm. The lower radiating fin 13 is attached, the temperature of the cooling water 23 is 10 ° C., the surface heat transfer coefficient from the lower radiating fin 13 to the cooling water 23 is 20 W / m ² K, the air temperature around the dump target 11 is 30 ° C. The surface heat transfer coefficient from the target 11 to the air was set to 20 W / m ² K.

図１９は本発明の実施の形態に係るビームダンプ１０’に２５０KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した時におけるダンプターゲット１１の各領域の温度と時間との関係を検証した結果を示す図、図２０はその時における床スラブ１４の温度と時間との関係を検証した結果を示す図、図２１は同ビームダンプ１０’に５００KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した時におけるダンプターゲット２の各領域の温度と時間との関係を検証した結果を示す図、図２２はその時における床スラブ１４の温度と時間との関係を検証した結果を示す図であり、図１９〜図２２中、「ＣＯＲＥ」とは入射凹部３の周囲１ｍの中心部１５の領域、「上部」とはＣＯＲＥより上方の周囲部１６の領域、「下部」とはＣＯＲＥより下方の周囲部１６の領域、「サイド１」とはＣＯＲＥの正面視左側の周囲部１６の領域、「サイド２」とはＣＯＲＥの正面視右側の周囲部１６の領域をそれぞれ示している。 FIG. 19 is a diagram showing the result of verifying the relationship between the temperature and time of each region of the dump target 11 when the charged particle beam having the energy of 250 KW is irradiated onto the beam dump 10 ′ according to the embodiment of the present invention. 20 shows a result of verifying the relationship between the temperature and time of the floor slab 14 at that time, and FIG. 21 shows each region of the dump target 2 when the beam dump 10 ′ is irradiated with a charged particle beam having an energy of 500 KW. FIG. 22 is a diagram showing the result of verifying the relationship between temperature and time, and FIG. 22 is a diagram showing the result of verifying the relationship between temperature and time of the floor slab 14 at that time. In FIG. 19 to FIG. Is the region of the central portion 15 around 1 m around the entrance recess 3, “upper” is the region of the peripheral portion 16 above the CORE, “lower” is the region of the peripheral portion 16 below the CORE, “Side 1” indicates a region of the peripheral portion 16 on the left side of the CORE when viewed from the front, and “Side 2” indicates a region of the peripheral portion 16 on the right of the CORE when viewed from the front.

ビームダンプ１０’に２５０KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した場合には、図１９から分かるように、ダンプターゲット１１の中心部１５のすべての領域で温度が鉄の融点１５３５℃を下回ると共に、ダンプターゲット１１の周囲部１６のすべての領域で温度が銅の融点１０８４℃を下回るため、ダンプターゲット１１が溶融するおそれはない。また、図２０から分かるように、床スラブ１４の温度は耐熱温度を下回るため、床スラブ１４が劣化するおそれはない。 When the charged particle beam having the energy of 250 KW is irradiated to the beam dump 10 ′, as shown in FIG. 19, the temperature is lower than the melting point 1535 ° C. of iron in all regions of the central portion 15 of the dump target 11, and the dump Since the temperature is lower than the melting point of copper 1084 ° C. in the entire region 16 around the target 11, there is no possibility that the dump target 11 is melted. Further, as can be seen from FIG. 20, the temperature of the floor slab 14 is lower than the heat-resistant temperature, so there is no possibility that the floor slab 14 will deteriorate.

また、ビームダンプ１０’に５００KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した場合には、図２１に示すように、ダンプターゲット１１の中心部１５のすべての領域で温度が鉄の融点１５３５℃を下回ると共に、ダンプターゲット１１の周囲部１６のすべての領域で温度が銅の融点１０８４℃を下回るため、ダンプターゲット１１が溶融するおそれはない。また、図２２から分かるように、床スラブ１４の温度は耐熱温度（図２２中のＲＣ−ｔ−Ｌｉｍｉｔ）を僅かに超えているが、耐熱レンガ２２によって金属製架台１２から床スラブ１４への熱伝導の大部分が遮断され、床スラブ４の温度が耐熱温度を下回ると考えられるから、床スラブ１４が劣化するおそれはない。 When the beam dump 10 ′ is irradiated with a charged particle beam having an energy of 500 KW, as shown in FIG. 21, the temperature is lower than the melting point 1535 ° C. of iron in all regions of the central portion 15 of the dump target 11. In addition, since the temperature is lower than the melting point 1084 ° C. of copper in the entire region 16 around the dump target 11, the dump target 11 is not likely to melt. As can be seen from FIG. 22, the temperature of the floor slab 14 slightly exceeds the heat resistance temperature (RC-t-Limit in FIG. 22). Since most of the heat conduction is interrupted and the temperature of the floor slab 4 is considered to be lower than the heat resistant temperature, there is no possibility that the floor slab 14 will deteriorate.

次に、図２３は上部放熱フィン２０を設けたタイプの本発明の実施の形態に係るビームダンプ１０の計算モデルを示す断面図、図２４は同ビームダンプ１０の計算モデルを示す正面図である。このビームダンプ１０の計算モデルでは、長さ２．５ｍ、幅３ｍ、高さ３ｍで内部に角柱形状の入射凹部１８が形成された鉄製の中心部１５と銅製の周囲部１６とを備えたダンプターゲット１６を厚さ０．５ｍの金属製架台１２の上に載置し、金属製架台１２の下面に高さ２ｍ（その内の１．５ｍが冷却水２３に浸水）、厚さ２ｃｍの下部放熱フィン１３を取り付け、冷却水２３の温度を１０℃、下部放熱フィン１３から冷却水２３への表面熱伝達率を２０Ｗ／ｍ^２Ｋ、ダンプターゲット１１の周囲の空気温度を３０℃、ダンプターゲット１１から空気への表面熱伝達率を２０Ｗ／ｍ^２Ｋに設定した。 Next, FIG. 23 is a cross-sectional view showing a calculation model of the beam dump 10 according to the embodiment of the present invention of the type provided with the upper radiation fin 20, and FIG. 24 is a front view showing the calculation model of the beam dump 10. . In the calculation model of the beam dump 10, a dump provided with an iron center portion 15 having a prismatic incident recess 18 formed therein and a copper surrounding portion 16 having a length of 2.5 m, a width of 3 m, and a height of 3 m. The target 16 is placed on a metal gantry 12 having a thickness of 0.5 m, the lower surface of the metal gantry 12 is 2 m high (1.5 m of which is submerged in the cooling water 23), and a lower part having a thickness of 2 cm. The radiation fin 13 is attached, the temperature of the cooling water 23 is 10 ° C., the surface heat transfer coefficient from the lower radiation fin 13 to the cooling water 23 is 20 W / m ² K, the air temperature around the dump target 11 is 30 ° C., and the dump target The surface heat transfer coefficient from 11 to air was set to 20 W / m ² K.

図２５は本発明の実施の形態に係るビームダンプ１０に２５０KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した時におけるダンプターゲット１１の各領域の温度と時間との関係を検証した結果を示す図、図２６はその時における床スラブ１４の温度と時間との関係を検証した結果を示す図、図２７は同ビームダンプ１０に５００KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した時におけるダンプターゲット２の各領域の温度と時間との関係を検証した結果を示す図、図２８はその時における床スラブ１４の温度と時間との関係を検証した結果を示す図であり、図２５〜図２８中、「ＣＯＲＥ」とは入射凹部３の周囲１ｍの中心部１５の領域、「上部」とはＣＯＲＥより上方の周囲部１６の領域、「下部」とはＣＯＲＥより下方の周囲部１６の領域、「サイド１」とはＣＯＲＥの正面視左側の周囲部１６の領域、「サイド２」とはＣＯＲＥの正面視右側の周囲部１６の領域をそれぞれ示している。 FIG. 25 is a diagram showing a result of verifying the relationship between the temperature and time of each region of the dump target 11 when the charged particle beam having the energy of 250 KW is irradiated onto the beam dump 10 according to the embodiment of the present invention. FIG. 27 shows the result of verifying the relationship between the temperature and time of the floor slab 14 at that time, and FIG. 27 shows the temperature of each region of the dump target 2 when the beam dump 10 is irradiated with a charged particle beam of 500 KW energy. FIG. 28 is a diagram showing the result of verifying the relationship with time, and FIG. 28 is a diagram showing the result of verifying the relationship between the temperature of the floor slab 14 and the time at that time, and “CORE” in FIGS. The area of the central part 15 of the circumference 1 m of the recess 3, “upper” is the area of the peripheral part 16 above the CORE, “lower” is the area of the peripheral part 16 below the CORE, “Id 1” indicates a region of the peripheral portion 16 on the left side of the CORE when viewed from the front, and “Side 2” indicates a region of the peripheral portion 16 on the right of the CORE when viewed from the front.

ビームダンプ１０に２５０KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した場合には、図２５から分かるように、ダンプターゲット１１の中心部１５のすべての領域で温度が鉄の融点１５３５℃（図２５中のＦｅ−ＭＰ）を下回ると共に、ダンプターゲット１１の周囲部１６のすべての領域で温度が銅の融点１０８４℃（図２５中のＣｕ−ＭＰ）を下回るため、ダンプターゲット１１’が溶融するおそれはない。また、図２６から分かるように、床スラブ１４の温度は耐熱温度（図２６中のＲＣ−ｔ−Ｌｉｍｉｔ）を僅かに超えているが、耐熱レンガ２２によって金属製架台１２から床スラブ１４への熱伝導の大部分が遮断され、床スラブ４の温度が耐熱温度を下回ると考えられるから、床スラブ１４が劣化するおそれはない。 When the beam dump 10 is irradiated with a charged particle beam having an energy of 250 KW, as can be seen from FIG. 25, the temperature of the melting point 1535 ° C. of iron (Fe in FIG. −MP) and the temperature is below the melting point of 1084 ° C. of copper (Cu-MP in FIG. 25) in all regions of the peripheral portion 16 of the dump target 11, the dump target 11 ′ is not likely to melt. As can be seen from FIG. 26, the temperature of the floor slab 14 slightly exceeds the heat resistance temperature (RC-t-Limit in FIG. 26). Since most of the heat conduction is interrupted and the temperature of the floor slab 4 is considered to be lower than the heat resistant temperature, there is no possibility that the floor slab 14 will deteriorate.

また、ビームダンプ１０に５００KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した場合には、図２７に示すように、ダンプターゲット１１の中心部１５のすべての領域で温度が鉄の融点１５３５℃（図２７中のＦｅ−ＭＰ）を下回ると共に、ダンプターゲット１１の周囲部１６のすべての領域で温度が銅の融点１０８４℃（図２７中のＣｕ−ＭＰ）を下回るため、ダンプターゲット１１’が溶融するおそれはない。また、図２８から分かるように、床スラブ１４の温度は耐熱温度（図２８中のＲＣ−ｔ−Ｌｉｍｉｔ）を僅かに超えているが、耐熱レンガ２２によって金属製架台１２から床スラブ１４への熱伝導の大部分が遮断され、床スラブ４の温度が耐熱温度を下回ると考えられるから、床スラブ１４が劣化するおそれはない。 Further, when a charged particle beam having an energy of 500 KW is irradiated onto the beam dump 10, the temperature of the melting point of iron is 1535 ° C. (in FIG. 27) in all regions of the central portion 15 of the dump target 11, as shown in FIG. Of Fe-MP), and the temperature in all regions of the peripheral portion 16 of the dump target 11 is lower than the melting point of copper 1084 ° C. (Cu-MP in FIG. 27). Absent. As can be seen from FIG. 28, the temperature of the floor slab 14 slightly exceeds the heat resistance temperature (RC-t-Limit in FIG. 28). Since most of the heat conduction is interrupted and the temperature of the floor slab 4 is considered to be lower than the heat resistant temperature, there is no possibility that the floor slab 14 will deteriorate.

したがって、図２９において従来のビームダンプと本発明の実施の形態に係るビームダンプ１０’，１０の検証結果を比較して示すように、従来のビームダンプでは、５００KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した場合にダンプターゲットがＣＯＲＥの領域で溶融するおそれがあるのに対して、本発明の実施の形態に係るビームダンプ１０’，１０では、２５０KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した場合及び５００KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した場合のいずれの場合にも、ダンプターゲット１１が溶融するおそれはない。また、従来のビームダンプでは、２５０KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した場合及び５００KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した場合のいずれの場合にも、床スラブが劣化するおそれがあるのに対して、本発明の実施の形態に係るビームダンプ１０’，１０では、２５０KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した場合及び５００KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した場合のいずれの場合にも、床スラブ１４が劣化するおそれがない。 Therefore, as shown in FIG. 29 comparing the verification results of the conventional beam dump and the beam dumps 10 ′ and 10 according to the embodiment of the present invention, the conventional beam dump irradiates a charged particle beam having an energy of 500 KW. In this case, the dump target may be melted in the CORE region, whereas the beam dump 10 ′, 10 according to the embodiment of the present invention is irradiated with a charged particle beam having an energy of 250 KW and 500 KW. In any case where the charged particle beam of energy is irradiated, there is no possibility that the dump target 11 is melted. In addition, in the conventional beam dump, the floor slab may be deteriorated in both cases of irradiation with a charged particle beam with an energy of 250 KW and irradiation with a charged particle beam with an energy of 500 KW. In the beam dumpers 10 ′ and 10 according to the embodiment of the present invention, the floor slab 14 is used in both cases of irradiation with a charged particle beam with an energy of 250 KW and irradiation with a charged particle beam with an energy of 500 KW. There is no risk of deterioration.

このように本発明の実施の形態に係るビームダンプによれば、荷電粒子ビームのエネルギーが増大しても、荷電粒子ビームが衝突した際に発生する熱によってダンプターゲットが溶融するおそれがないため、ビームダンプの用途の拡大化を図ることが可能となる。 As described above, according to the beam dump according to the embodiment of the present invention, even if the energy of the charged particle beam is increased, the dump target is not likely to be melted by the heat generated when the charged particle beam collides. It is possible to expand the application of the beam dump.

また、金属製架台１２に取り付けられた下部放熱フィン１３が二重ピット内の冷却水２３によって冷却されると共に、金属製架台１２と床スラブ４との間に介装された耐熱レンガ２１により金属製架台１２から床スラブ１４への熱伝導の大部分が遮断されるため、床スラブ１４の温度が耐熱温度以上に上がることがなく、床スラブ１４が劣化するおそれもない。 In addition, the lower radiating fins 13 attached to the metal gantry 12 are cooled by the cooling water 23 in the double pits, and the metal is formed by the heat-resistant bricks 21 interposed between the metal gantry 12 and the floor slab 4. Since most of the heat conduction from the frame 12 to the floor slab 14 is blocked, the temperature of the floor slab 14 does not rise above the heat-resistant temperature, and the floor slab 14 does not deteriorate.

なお、金属製架台の冷却手段は、上記した下部放熱フィン１３等に限定されるものではなく、例えば、図３０に示すように、建屋の床スラブ上に載置した金属製架台３１の上にダンプターゲット３２が載置されるビートダンプ３０において、一端が金属製架台３１に接続されるヒートパイプ３３と、ヒートパイプ３３の他端に設けられる放熱フィン３４とを備えるように構成する等、各種変形が可能である。 The cooling means for the metal gantry is not limited to the above-described lower heat radiation fin 13 or the like. For example, as shown in FIG. 30, on the metal gantry 31 placed on the floor slab of the building. The beat dump 30 on which the dump target 32 is placed includes a heat pipe 33 having one end connected to the metal base 31 and a heat radiating fin 34 provided to the other end of the heat pipe 33. Deformation is possible.

また、ダンプターゲット１１の入射凹部１８の内面には、入射凹部１８が奥行き方向に向かって先細り形状（例えば、円錐形状）となるように三次元曲面の入射面を傾斜して形成してもよい。これにより、荷電粒子ビームがこの入射面に衝突した際に発生する熱エネルギーはダンプターゲット１１内を入射軸に対して放射線状に広範囲に分散するため、入射面の単位面積当たりのエネルギー密度が低下し、入射面の表面温度を一層低下させることができる。 Further, the incident surface of the three-dimensional curved surface may be formed on the inner surface of the incident concave portion 18 of the dump target 11 so that the incident concave portion 18 has a tapered shape (for example, a conical shape) in the depth direction. . As a result, the thermal energy generated when the charged particle beam collides with the incident surface is dispersed in a wide range in the dump target 11 in a radial pattern with respect to the incident axis, so that the energy density per unit area of the incident surface is reduced. In addition, the surface temperature of the incident surface can be further reduced.

本発明の実施の形態に係るビームダンプを示す側面図である。It is a side view showing a beam dump concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係るビームダンプを示す正面図である。It is a front view showing a beam dump according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係るビームダンプを設置する手順を示す概略図である。It is the schematic which shows the procedure which installs the beam dump which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るビームダンプを設置する手順を示す概略図である。It is the schematic which shows the procedure which installs the beam dump which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るビームダンプを設置する手順を示す概略図である。It is the schematic which shows the procedure which installs the beam dump which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るビームダンプを設置する手順を示す概略図である。It is the schematic which shows the procedure which installs the beam dump which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るビームダンプを設置する手順を示す概略図である。It is the schematic which shows the procedure which installs the beam dump which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るビームダンプを設置する手順を示す概略図である。It is the schematic which shows the procedure which installs the beam dump which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るビームダンプを設置する手順を示す概略図である。It is the schematic which shows the procedure which installs the beam dump which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るビームダンプを設置する手順を示す概略図である。It is the schematic which shows the procedure which installs the beam dump which concerns on embodiment of this invention. コンピュータを使用して数値実験を行った際の従来のビームダンプの計算モデルを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the calculation model of the conventional beam dump at the time of conducting a numerical experiment using a computer. コンピュータを使用して数値実験を行った際の従来のビームダンプの計算モデルを示す正面図である。It is a front view which shows the calculation model of the conventional beam dump at the time of conducting a numerical experiment using a computer. 従来のビームダンプに２５０KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した時におけるダンプターゲットの各領域の温度と時間との関係を検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having verified the relationship between the temperature and time of each area | region of a dump target when the conventional particle dump is irradiated with the charged particle beam of energy of 250KW. 従来のビームダンプに２５０KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した時における床スラブの各領域の温度と時間との関係を検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having verified the relationship between the temperature of each area | region of a floor slab when the charged particle beam of energy of 250KW is irradiated to the conventional beam dump. 従来のビームダンプに５００KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した時におけるダンプターゲットの各領域の温度と時間との関係を検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having verified the relationship between the temperature and time of each area | region of a dump target when the conventional particle dump is irradiated with the charged particle beam of energy of 500KW. 従来のビームダンプに５００KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した時における床スラブの各領域の温度と時間との関係を検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having verified the relationship between the temperature of each area | region of a floor slab when the charged particle beam of 500KW energy is irradiated to the conventional beam dump. コンピュータを使用して数値実験を行った際の本発明の実施の形態に係るビームダンプの計算モデルを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the calculation model of the beam dump which concerns on embodiment of this invention at the time of conducting a numerical experiment using a computer. コンピュータを使用して数値実験を行った際の本発明の実施の形態に係るビームダンプの計算モデルを示す正面図である。It is a front view which shows the calculation model of the beam dump which concerns on embodiment of this invention at the time of conducting a numerical experiment using a computer. 本発明の実施の形態に係るビームダンプに２５０KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した時におけるダンプターゲットの各領域の温度と時間との関係を検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having verified the relationship between the temperature of each area | region of a dump target at the time of irradiating the charged particle beam of energy of 250KW to the beam dump which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るビームダンプに２５０KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した時における床スラブの各領域の温度と時間との関係を検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having verified the relationship between the temperature of each area | region of a floor slab when the charged particle beam of energy of 250 KW is irradiated to the beam dump which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るビームダンプに５００KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した時におけるダンプターゲットの各領域の温度と時間との関係を検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having verified the relationship between the temperature of each area | region of a dump target, and time when the charged particle beam of energy of 500KW is irradiated to the beam dump which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るビームダンプに５００KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した時における床スラブの各領域の温度と時間との関係を検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having verified the relationship between the temperature of each area | region of a floor slab when the charged particle beam of energy of 500KW is irradiated to the beam dump which concerns on embodiment of this invention. コンピュータを使用して数値実験を行った際の本発明の実施の形態に係るビームダンプの計算モデルを示す側面図である。It is a side view which shows the calculation model of the beam dump which concerns on embodiment of this invention at the time of conducting a numerical experiment using a computer. コンピュータを使用して数値実験を行った際の本発明の実施の形態に係るビームダンプの計算モデルを示す正面図である。It is a front view which shows the calculation model of the beam dump which concerns on embodiment of this invention at the time of conducting a numerical experiment using a computer. 本発明の実施の形態に係るビームダンプに２５０KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した時におけるダンプターゲットの各領域の温度と時間との関係を検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having verified the relationship between the temperature of each area | region of a dump target at the time of irradiating the charged particle beam of energy of 250KW to the beam dump which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るビームダンプに２５０KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した時における床スラブの各領域の温度と時間との関係を検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having verified the relationship between the temperature of each area | region of a floor slab when the charged particle beam of energy of 250 KW is irradiated to the beam dump which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るビームダンプに５００KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した時におけるダンプターゲットの各領域の温度と時間との関係を検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having verified the relationship between the temperature of each area | region of a dump target, and time when the charged particle beam of energy of 500KW is irradiated to the beam dump which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るビームダンプに５００KWのエネルギーの荷電粒子ビームを照射した時における床スラブの各領域の温度と時間との関係を検証した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having verified the relationship between the temperature of each area | region of a floor slab when the charged particle beam of energy of 500KW is irradiated to the beam dump which concerns on embodiment of this invention. 従来のビームダンプと本発明の実施の形態に係るビームダンプの検証結果を比較して示す図である。It is a figure which compares and shows the verification result of the conventional beam dump and the beam dump which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るビームダンプの変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification of the beam dump which concerns on embodiment of this invention. 従来のビームダンプのダンプターゲットを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the dump target of the conventional beam dump.

Explanation of symbols

１０，１０’ ビームダンプ
１１ダンプターゲット
１２金属製架台
１３下部放熱フィン（冷却手段）
１４床スラブ
１５中心部
１６周囲部
１８入射凹部
２０上部放熱フィン
２２耐熱レンガ（熱緩衝体）
２３冷却水
３０ビームダンプ
３１金属製架台
３２ダンプターゲット
３３ヒートパイプ
３４放熱フィン 10, 10 'Beam dump 11 Dump target 12 Metal mount 13 Lower radiating fin (cooling means)
14 Floor slab 15 Center part 16 Peripheral part 18 Incident recessed part 20 Upper radiation fin 22 Heat-resistant brick (thermal shock absorber)
23 Cooling water 30 Beam dump 31 Metal mount 32 Dump target 33 Heat pipe 34 Radiation fin

Claims

A beam dump for removing the energy of the irradiated charged particle beam,
A dump target irradiated with the charged particle beam;
A metal mount on which the dump target is placed;
Cooling means attached to the metal mount;
A beam dump characterized by comprising:

It is a beam dump provided in a building having a double pit structure below the floor slab,
The metal pedestal penetrates the floor slab, a thermal buffer is provided between the metal gantry and the floor slab, and the cooling means is submerged in the cooling water stored in the double pit. The beam dump according to claim 1, further comprising a radiation fin extending downward from the metal mount so as to be possible.

The metal frame is placed on a floor slab of a building, and the cooling means for the metal frame includes a heat pipe having one end connected to the metal frame and a heat radiating fin provided at the other end of the heat pipe. The beam dump according to claim 1 provided.

The beam dump according to any one of claims 1 to 3, wherein a radiation fin is provided on an outer surface of the dump target.

The dump target includes a central portion having an incident concave portion into which the charged particle beam is incident, and a peripheral portion provided around the central portion, and the central portion is made of a material having a higher melting point than the peripheral portion, The beam dump according to any one of claims 1 to 4, wherein the peripheral portion is made of a material having a higher thermal conductivity than the central portion.

The beam dump according to claim 5, wherein the central portion is made of iron and the peripheral portion is made of copper.

The beam dump according to claim 5 or 6, wherein a three-dimensional curved incident surface is formed on an inner surface of the incident concave portion of the dump target so that the incident concave portion is tapered in the depth direction.

The beam dump according to claim 7, wherein the incident recess has a conical shape.