JP5888760B2 - 中性子発生源および当該中性子発生源の製造方法、中性子発生装置 - Google Patents
中性子発生源および当該中性子発生源の製造方法、中性子発生装置 Download PDFInfo
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Description
図1を参照して、本発明の一実施形態に係る中性子源について以下に説明する。図1は、本発明の中性子源の構成の一例を示す概略図である。図1に示すように、中性子源1は、ターゲット層(中性子発生材料層)3、支持層(金属層)2、および保護部4を備えている。
支持層2は、少なくとも1つの金属元素を主成分として含んでいる。当該金属元素は、60℃にいて10−11以上の水素拡散係数を示し、中性子線を受けて12時間以下の半減期を示す放射性核種を生じる。当該放射性核種は、当該金属元素から生じる放射性核種のうち総放射線量の最も多い放射性核種である。
ターゲット層3は、陽子ビームとの低エネルギー核反応によって中性子線を発生させる金属元素または金属化合物を含んでいる。したがって、ターゲット層3は、非常に低エネルギー(例えば13MeV以下)の陽子ビームを利用して、中性子線を発生させ得る。13.8MeVを超える陽子ビームをターゲット層3に照射すると、トリチウムの生成反応が生じる。生成される放射性核種の種類および量を減らすという観点から、上述のような低エネルギーの陽子ビームをターゲット層3に照射することが好ましい。
次に図2を参照して、本発明の一実施形態に係る中性子発生装置を以下に説明する。図2の(a)は、本発明の一実施形態に係る中性子発生装置の構成例の概略を示している。図2の(b)は、一実施形態に係る中性子発生装置における中性子源および冷却媒体の一部の断面を示している。
上記課題を解決するために、本発明の中性子発生源(中性子源1)は、陽子ビームの照射を受けて中性子線を発生させる中性子発生材料層(ターゲット層3)と、当該中性子発生材料層に接合されている金属層(支持層2)とを備えており、上記金属層は、60℃において10−11以上の水素拡散係数を示し、かつ中性子線を受けて生じる放射性核種のうち総放射線量の最も多い放射性核種が12時間以下の半減期を示す金属元素を主成分として含んでいる。
ターゲットの材料:Be、支持層の材料:V、接合方法:拡散接合(直接接合)、照射する陽子ビームの強度:7MeV(10kW)。
1.中性子発生効率の最大化、2.中性子源に対する陽子ビームの侵入深さ、および水素の拡散、3.機械的強度、4.放熱性、5.生成される放射性核種、半減期、および水素拡散係数。
Beターゲットに対して7MeVの陽子ビームを照射したときの侵入深さとエネルギーとの関係について調べた結果を図3に示す。図3に示すように、Be(p,n)反応における中性子発生の閾値である2MeVまで陽子ビームのエネルギーが減衰するのは、約368μmの深さに達したときであると推定できる。よって、Beターゲットの厚さを368μm以下に設定すれば、Beターゲットを通過している陽子ビームは任意の深さにおいて中性子の発生に寄与すると考えられる。
1.の結果に基づいて、Beターゲットの厚さ=365μm、Vの厚さ=充分厚いという条件を設定し、シミュレーションコード(SRIM、http://www.srim.org/by James F. Zieglerのウェブページを参照)によって、中性子源における陽子ビーム(水素)に関する種々のシミュレーションを行った。それらの結果を図4に示す。
中性子源が実際に使用されるとき、陽子ビームが入射するターゲット側は真空であり、支持層側は冷却媒体と接している。このため、中性子源は、大気および冷却水から加わる圧力によって変形しない機械的強度を有している必要がある。したがって、ターゲットの直径を100mmに設定し、一定の圧力が加えられた場合の応力を有限要素法によって評価した。その結果を図6に示す。
放熱性を評価するために、陽子ビームによって発生する熱量の深さ方向の分布をSRIMコードによって計算した。これを近似的に境界条件として、数値流体力学/熱伝導連成計算モデルに基づく有限要素法(COMSOL Multiphysics 4.0、COMSOL社(スウェーデン))に適用することによって、放熱解析を行った。その結果を図7に示す。
元素、生成される放射性核種および半減期の部分的な一覧を以下に示す。
2 支持層(金属層)
3 ターゲット層(中性子発生材料層)
4 保護部
5 冷却媒体供給部
6 流路
7 陽子ビーム入射口
8 筐体
10 中性子発生装置
11 陽子ビーム生成部
12 減圧装置
13 シール部材
Claims (5)
- 陽子ビームまたは重陽子ビームの照射を受けて中性子線を発生させる中性子発生材料層と、当該中性子発生材料層に接合されている金属層とを備えており、
上記金属層は、60℃において10−11(m2/秒)以上の水素拡散係数を示し、かつ中性子線を受けて生じる放射性核種のうち総放射線量の最も多い放射性核種が12時間以下の半減期を示す金属元素を主成分として含んでおり、
上記中性子発生材料層は、Be、Be化合物、LiおよびLi化合物からなる群から選択される中性子発生材料を含んでいる、中性子発生源。 - 上記金属元素は、V、Ni、Tiおよびこれらの任意の組合せの合金からなる群から選択される、請求項1に記載の中性子発生源。
- 上記中性子発生材料層の厚さは50μm〜1.2mmである、請求項1または2に記載の中性子発生源。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載の中性子発生源の製造方法であって、
上記中性子発生材料層および上記金属層を、拡散接合またはろう付けによって接合する、中性子発生源の製造方法。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の中性子発生源を備えている、中性子発生装置。
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