JP5112105B2 - 減速材及び減速装置 - Google Patents

Description

本発明は、高エネルギーの中性子を減速する減速材及び減速装置に関する。

近年、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ療法）は、がん細胞だけを選択的に破壊し、副作用の極めて少ない治療法として注目されている。このＢＮＣＴ療法では、熱又は熱外と言われるエネルギーの中性子線を用いるため、核反応により発生した高エネルギーの中性子を熱又は熱外中性子へ減速する必要がある。そして、減速に用いられた減速材として、例えば特表平８−５１１６１９号公報に記載されているものが知られている。この公報に記載の減速材は、核分裂中性子を熱外中性子へ減速するために用いられるものであって、フッ化アルミニウムとアルミニウムとからなる混合物から形成されている。
特表平８−５１１６１９号公報

しかし、上記の文献に記載された減速材では、フッ化アルミニウムとアルミニウムとからなる混合物が粉体であるので、高密度の減速材を得ることが困難である。このため、中性子を減速させるために必要とされる減速材の長さが長くなり、減速材の大型化を招来する。更に、減速材の長さが長くなることによって、中性子の強度を低下させる問題点があった。

本発明は、小型化を図りつつ、中性子強度の低下を防止することを可能にした減速材及び減速装置を提供することを目的とする。

本発明に係る減速材は、中性子を減速する減速材であって、フッ化カルシウムを有する原料を溶融して得られた第１の減速層と、金属アルミニウム、又はフッ化アルミニウムからなる第２の減速層とを備え、第１の減速層と第２の減速層とは隣接して設けられていることを特徴とする。

本発明に係る減速材では、第１の減速層がフッ化カルシウムを有する原料を溶融して得られたので、減速材の高密度化を実現することができる。従って、中性子を減速させるために必要とされる減速材の長さを短くすることが可能となり、減速材の小型化を図ることができる。また、減速材の長さを短くすることによって、減速距離が短くなるので、中性子強度の低下を防止することができる。

本発明に係る減速材において、金属アルミニウム、又はフッ化アルミニウムからなる第２の減速層を備えることが好適である。
このようにすれば、これらの材料からなる第２の減速層と第１の減速層とを組み合わせることによって、中性子のエネルギープロファイルを調整し易くなる。また、金属アルミニウムとフッ化カルシウムとは熱膨張率が近いので、熱によるひずみの発生を抑制することができる。

本発明に係る減速材において、原料には、更にフッ化アルミニウムが混入されていることが好適である。
このようにすれば、フッ化カルシウムとフッ化アルミニウムとを容易に溶融することができる。

本発明に係る減速装置は、中性子を減速する減速装置であって、上述した減速材と、減速材を取り囲む反射材とを備えることを特徴とする。

本発明に係る減速装置では、高密度の減速材を用いて中性子を減速させるので、必要とされる減速材の長さを短くすることができ、減速装置の小型化を図ることが可能となる。そして、減速材の長さを短くすることによって、減速距離が短くなるので、中性子強度の低下を防止することができる。

本発明に係る減速装置において、中性子の入射方向において、減速材の断面積は、中性子の入射側から出射側に向かって大きくなっていることが好適である。
この場合にあっては、減速材との衝突による中性子の散乱範囲の拡大に対応し減速材の断面積を大きくすることで、中性子の減速効果を向上させることができる。

本発明に係る減速装置において、反射材は中性子の入射側から出射側に向かって複数の反射層を有し、隣接する反射層同士は互いに嵌め込むように凹凸状に形成されていることが好適である。
この場合にあっては、隣接する反射層同士の位置決めを容易に行うことができると共に、隣接する反射層同士の境目は凹凸状に形成されるので、境目が直線状に形成された場合と比べて、中性子が境目を通って外部へ漏れるのを確実に防止することができる。

本発明によれば、小型化を図りつつ、中性子強度の低下を防止することを可能にした減速材及び減速装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る減速装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

[第１実施形態]
図１に示すように、減速装置１は、中性子を発生するターゲット２に矢印Ｆ方向からイオンビームを照射し、中性子を発生させて、発生した中性子を減速させた後に外方へ出射させるための装置である。この減速装置１は、円柱形状を呈し、中央位置に配置されると共に中心軸Ｌ方向に延在する減速材３と、減速材３を周りから取り囲む反射材４とから主として構成されている。

ターゲット２は、ベリリウム、リチウム、タンタル、タングステンなどの材質が用いられ、減速装置１における中性子の入射側に設けられた円筒状のターゲット収容部１２内に設置されている。イオンビームとして、陽子や重陽子などが挙げられる。

減速材３は、それぞれ異なる材料からなる第１の減速層９と第２の減速層８と第３の減速層７と第４の減速層６とを備えている。これらの減速層は、それぞれ円板状に形成され、減速装置１の中心軸Ｌ方向に沿って中性子の出射側から入射側にかけて第１の減速層９、第２の減速層８、第３の減速層７、第４の減速層６の順番で配置されている。

第１の減速層９は、フッ化カルシウムを有する原料を溶融して得られたもので、第２の減速層８は、金属アルミニウムからなる。この第１の減速層９と第２の減速層８とは、同じ寸法の外径を有するように形成されている。第３の減速層７は、鉄からなり、第２の減速層８の外径よりも小さく形成されている。第４の減速層６は、鉛からなり、第３の減速層７の外径よりも更に小さく形成されている。このように構成された減速材３の外径は、中性子の入射方向（すなわち、中心軸Ｌ方向）に沿って、中性子の入射側から出射側に向かって徐々に大きくなっている。

第１の減速層９は、フッ化カルシウムを有する原料を溶融することによって形成されるほか、フッ化カルシウムにフッ化アルミニウムを混入して原料を溶融して形成してもよい。この場合には、フッ化カルシウムとフッ化アルミニウムとを５３：４７の比率で混合することが好適である。フッ化アルミニウム単体は、通常では加熱によって昇華しやすいので、溶融することが困難である。このようにフッ化アルミニウムとフッ化カルシウムを混入することで、溶融することが可能となる。本実施形態において、金属アルミニウムからなる第２の減速層８に代えてフッ化アルミニウムからなる第２の減速層８を用いてもよい。

反射材４は、鉛からなり、円環状に形成された５つの反射層４Ａ〜４Ｅを備え、中性子を内部に反射し、外部への漏れを防止する。これらの反射層４Ａ〜４Ｅは、中心軸Ｌ方向に沿って中性子の入射側から出射側にかけて順番に配置されている。そして、隣接する反射層４Ａ〜４Ｅ同士は密着して固定されている。

反射層４Ａ〜４Ｅは、隣接する反射層４Ａ〜４Ｅ同士を互いに嵌め込むために凹凸状に形成されている。例えば、反射層４Ｃにおいて、反射層４Ｂに隣接する側には、反射層４Ｂの凸部を嵌め込むための凹部が設けられ、反射層４Ｄに隣接する側には、反射層４Ｄの凹部に嵌め込むための凸部が設けられている。このようにすれば、反射層４Ａ〜４Ｅの組み立てをする際に、隣接する反射層４Ａ〜４Ｅ同士の位置決めを容易に行うので、組み立て作業が簡単化される。更に、このように凹凸状に形成されることによって、隣接する反射層４Ａ〜４Ｅ同士の境目は凹凸状に形成されるので、境目が直線状に形成された場合と比べて中性子が境目を通って外部へ漏れるのを確実に防止することができる。

減速装置１の出射端側には、遮蔽材５が設けられている。遮蔽材５は、フッ化リチウム入りポリエチレンあるいは高密度ポリエチレンからなる第１の遮蔽層１０と、鉛からなる第２の遮蔽層１１とを備える。第１の遮蔽層１０は、円環状に形成され、第１の減速層９に密着して固定されて、必要としない中性子を遮蔽するためのものである。第２の遮蔽層１１は、円板状に形成され、第１の遮蔽層１０の外側に配置され、第１の遮蔽層１０に固定されている。第２の遮蔽層１１は、ターゲット２から発生するγ線等を遮蔽する役割を果たすものである。

このように構成された減速装置１にあっては、第１の減速層９がフッ化カルシウムを有する原料を溶融して得られるもので、第１の減速層９の高密度化（例えば、３ｇ／ｃｍ^３）を実現することが可能となる。これによって、中性子を減速させるために必要とされる減速材３の長さを短くすることができるので、減速装置１全体の長さを短くし、減速装置１の小型化を図ることができる。そして、第１の減速層９の長さを短くすることによって、減速距離が短くなるので、第１の減速層９を通過する中性子強度の低下を防止することができる。

また、金属アルミニウムからなる第２の減速層８と第１の減速層９とを組み合わせることによって、中性子のエネルギープロファイルを調整し易くなる。しかも、金属アルミニウムとフッ化カルシウムとは熱膨張率が近いので、熱によるひずみの発生を抑制する効果をもたらし、中性子の衝突によって発生した熱による第１の減速層９及び第２の減速層８への影響を低減することができる。更に、減速材３との衝突による中性子の散乱範囲の拡大に対応し、減速部３の外径が出射側に向かって徐々に大きくなり、すなわち中心軸Ｌ方向における減速材３の断面積が徐々に大きくなるので、減速部３の中性子減速効果を向上させることができる。

[第２実施形態]
図２に示すように、第２実施形態に係る減速装置１５と第１実施形態の減速装置１との相違点は、第１の減速層１４と第２の減速層１３とが交互に配置されることである。すなわち、第１実施形態における第１の減速層９と第２の減速層８とを収めるスペースには、２つの第１の減速層１４と２つの第２の減速層１３とが交互に配置されている。第１の減速層１４は、第１の減速層９と同様にフッ化カルシウムを有する原料を溶融して得られるもので、第２の減速層１３は、第２の減速層８と同様に金属アルミニウムから形成されている。

なお、減速装置１５のその他の構成は、減速装置１の構成と同等であるため、同一符号を付して重複説明を省略する。このような構成により、減速装置１５は、第１実施形態の減速装置１と同様な効果が得られる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、中性子の発生源として、イオンビームを中性子発生ターゲット２に照射することを挙げたが、ターゲット２を設けることなく、原子炉からの中性子線を直接導入するようにしてもよい。

本発明に係る減速装置の第１の実施形態を示す部分断面図である。 本発明に係る減速装置の第２の実施形態を示す部分断面図である。

符号の説明

１，１５…減速装置、３…減速材、４…反射材、４Ａ〜４Ｅ…反射層、８，１３…第２の減速層、９，１４…第１の減速層。

Claims (5)

1. 中性子を減速する減速材であって、
   フッ化カルシウムを有する原料を溶融して得られた第１の減速層と、
   金属アルミニウム、又はフッ化アルミニウムからなる第２の減速層とを備え、
   前記第１の減速層と前記第２の減速層とは隣接して設けられていることを特徴とする減速材。
2. 前記原料には、更にフッ化アルミニウムが混入されていることを特徴とする請求項１に記載の減速材。
3. 中性子を減速する減速装置であって、
   請求項１または２に記載の減速材と、
   前記減速材を取り囲む反射材とを備えることを特徴とする減速装置。
4. 中性子の入射方向において、前記減速材の断面積は、中性子の入射側から出射側に向かって大きくなっていることを特徴とする請求項３に記載の減速装置。
5. 前記反射材は中性子の入射側から出射側に向かって複数の反射層を有し、隣接する前記反射層同士は互いに嵌め込むように凹凸状に形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の減速装置。

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