JP5976289B2 - 液体金属ループ及び中性子発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、配管によりクエンチタンクや循環ポンプを接続して、液体金属をループ状に循環させる液体金属ループ及び中性子発生装置に関するものである。

図１１は、従来の液体金属ループを示す構成図である。この液体金属ループ９００は、陽子ビームを照射して中性子を得るためのターゲット９０１と、ターゲット９０１の下流に配置されたクエンチタンク９０２と、クエンチタンク９０２に接続された循環ポンプ９０３と、循環ポンプ９０３の下流に配置された熱交換器９０４とを有する。前記ターゲット９０１は、湾曲したバックプレート９０５に液体リチウムを遠心力で押しつけ、当該バックプレート９０５上に液体リチウム膜流を形成する形式のものである。

この液体金属ループ９００では、前記ターゲット９０１、循環ポンプ９０３及び熱交換器９０４をステンレス製の配管９０６により接続している。この配管９０６には、液体リチウムの温度上昇に伴う伸縮を吸収するため、ベローズ９０７が設けられている。ベローズ９０７は、各配管９０６の熱伸縮する方向にそれぞれ設けられる。

液体金属ループ９００の運転を開始すると、バックプレート９０５上に液体リチウムが流れ、液体リチウムの膜流が形成される。この液体リチウムに陽子ビームを照射すると液体リチウムの温度が上昇して配管９０６の温度が上昇する。配管９０６は温度上昇によって熱伸びを生じるが、各配管９０６の敷設方向に設けたベローズ９０７によりその熱伸びが吸収される。なお、従来の液体金属ループ９００としては、特許文献１に記載されているようなものが知られている。

特開２００１−３３６００号公報

しかしながら、上記従来の液体金属ループ９００では、配管９０６の熱伸縮を吸収するベローズ９０７を当該配管９０６に多数設けているため、装置全体のコストが高くなるという問題点があった。また、ベローズ９０７の寿命が比較的短いため交換等のメンテナンスが必要になるところ、中性子に曝されたベローズ９０７の交換や処理に多大な手間とコストがかかり、液体金属ループ９００の保守費用が嵩んでしまうという問題点があった。この発明はかかる問題点を解決するためになされたものである。

第１の発明に係る液体金属ループは、少なくともクエンチタンクおよび循環ポンプをループ状に接続し、液体金属を循環させる配管と、循環している液体金属を膜状に陽子ビームの照射空間に噴射してターゲットを形成するノズル及びその受け部とからなり、前記ノズル及び受け部が前記配管に接続されたターゲット形成部と、を有し、前記配管の一部が、前記液体金属の噴射方向に平行に設けられ、且つ、非伸縮性配管のみから構成されることを特徴とする。

液体金属ループは、少なくともクエンチタンク、循環ポンプを配管で連結することでループを構成している。液体金属のターゲットに陽子ビームを照射すると循環する液体金属の温度が上昇し、非伸縮性配管が熱伸びする。この非伸縮性配管は、ベローズを設けていない通常の配管を意味するものとする。ここで、前記ターゲット形成部は陽子ビームの照射空間に液体金属を膜状に噴射して噴流でターゲットを形成しており、前記ノズルと受け部との間に構造物がないので、ノズルと受け部との間隔の変動をもって前記配管の熱伸縮を吸収できる。このため、液体金属の噴射方向の配管にはベローズを設けなくても良くなるので、製造コストを低減し、メンテナンス作業を削減できる。

第２の発明に係る液体金属ループは、少なくともクエンチタンクおよび循環ポンプをループ状に接続し、液体金属を循環させる配管と、循環している液体金属を膜状に陽子ビームの照射空間に噴射してターゲットを形成するノズル及びその受け部とからなり、前記ノズル及び受け部が前記配管に接続されたターゲット形成部と、を有し、当該配管が、Ｘ：前記液体金属の噴射方向、Ｙ：ターゲット形成部の受け部の幅方向、Ｚ：ターゲット形成部の受け部の高さ方向、のＸＹＺ軸方向に配置され、これらのうち少なくとも２軸方向の配管を前記非伸縮性配管のみで構成し、当該非伸縮性配管の合計の熱伸縮の量が、前記ターゲット形成部の受け部の幅Ｗ又は高さＨの寸法と、前記形成されるターゲットの膜幅Ｔｗ又は膜厚Ｔｔとの寸法の差（Ｗ−Ｔｗ、Ｈ−Ｔｔ）より小さいことを特徴とする。

Ｘ軸方向（噴射方向）の配管の熱伸縮の吸収については、上記同様である。Ｙ軸及びＺ軸方向では、前記受け部をターゲットの膜幅Ｔｗ、膜厚Ｔｔより大きな寸法、換言すれば、非伸縮性の配管の合計の熱伸縮の量（配管系統における非伸縮性配管が固定された基準位置からの変位の絶対値の合計量）が前記ターゲット形成部の受け部の幅Ｗ又は高さＨの寸法と、前記形成されるターゲットの膜幅Ｔｗ又は膜厚Ｔｔとの寸法の差（Ｗ−Ｔｗ、Ｈ−Ｔｔ）より小さくなるようにすることで、当該膜幅Ｔｗ又は膜厚Ｔｔ方向の熱伸びを吸収できるようになる。即ち、ノズルと受け部との相対位置がＹ又はＺ軸方向にずれたとしても、受け部により液体リチウムの噴流を受けることができ、ターゲットは維持される。

第３の発明に係る液体金属ループは、少なくともクエンチタンクおよび循環ポンプをループ状に接続し、液体金属を循環させる配管と、液体金属の膜流を形成するバックウォールに連続形成した流路部を、前記クエンチタンクの液体金属の導入口に設けた配管にスライド可能に挿入し、且つ、前記配管に接続されたターゲット形成部と、を有し、前記流路部に平行な方向の配管を非伸縮性配管のみから構成することを特徴とする。

即ち、クエンチタンクの配管とターゲット形成部の流路部とをスライド可能に挿入されているので、非伸縮性配管の熱伸縮を吸収できる。このため、液体金属の噴射方向の配管にはベローズを設けなくても良くなるから、製造コストを低減し、メンテナンス作業を削減できる。

第４の発明に係る液体金属ループは、上記発明において、更に、前記配管を支持した状態で熱伸縮方向にスライドさせるスライド支持手段を備えたことを特徴とする。

第５の発明に係る液体金属ループは、上記発明において、更に、前記スライド支持手段は、ＸＹＺ軸方向のうち２軸方向にスライド可能な構造であることを特徴とする。

第６の発明に係る液体金属ループは、上記発明において、更に、前記スライド支持手段は、一つの軸方向の熱伸縮によるスライド量を他の軸方向の伸縮に対応するスライド量に変換することを特徴とする。

第７の発明に係る中性子発生装置は、上記のいずれか一つに記載の液体金属ループを有することを特徴とする。

この発明の実施の形態１にかかる液体金属ループを示す構成図である。 この発明の実施の形態１にかかる液体金属ループを示す構成図である。 図２に示した液体金属ループのスライド支持部の構成例を示す説明図である。 ノズルとターゲットとの寸法関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１にかかる液体金属ループを示す構成図である。 図５に示した液体金属ループのスライド支持部の構成例を示す説明図である。 この発明の実施の形態４にかかる液体金属ループに用いるスライド支持部の一例を示す説明図である。 天井又は梁から配管を吊るす場合のスライド支持部を示す説明図である。 スライド支持部の別の例を示す構成図である。 この発明の実施の形態５に係る液体金属ループの一部を示す構成図である。 従来の液体金属ループを示す構成図である。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかる液体金属ループを示す構成図である。この液体金属ループ１００は、液体リチウムのターゲットＴを形成するターゲット形成部１と、ターゲット形成部１から配管１０を通して接続されたクエンチタンク２と、クエンチタンク２から延出した配管１０に接続した循環ポンプ３と、循環ポンプ３から延出した配管１０に接続した熱交換器４とを有し、熱交換器４から延出した配管１０は再びターゲット形成部１に接続される。

このターゲット形成部１は、陽子ビームの照射領域を横切るように液体リチウムを平面的に噴射するノズル１１と、噴射された液体リチウムを受ける受け部１２とから構成される。ノズル１１には、先端に短冊形状の吐出口が形成される。この吐出口から高圧で噴射された液体リチウムは、膜状の噴流となる。噴流となった液体リチウムは受け部１２により緩衝される。

前記液体金属ループ１００を構成する配管１０の配置方向を次のように区分する。
Ｘ：前記液体リチウムの噴射方向
Ｙ：ターゲット形成部１の受け部１２の幅方向
Ｚ：ターゲット形成部１の受け部１２の高さ方向

Ｘ軸方向は、ターゲット形成部１の液体リチウムの噴射方向であり、このＸ軸方向に配置される配管１０ｘを、非伸縮性配管のみで構成する。非伸縮性配管とは、ベローズ１３を持たない配管１０をいい、係る配管同士を接続した連結配管も含む。伸縮性配管とは、配管１０にベローズ１３を設けて熱伸縮を吸収可能にした配管をいい、当該伸縮性配管に接続した通常の配管１０も含む。

前記Ｙ軸方向およびＺ軸方向の配管１０ｙ，１０ｚについては伸縮性配管により構成するものとする。

ターゲット形成部１のノズル１１は、スライド支持部２０により支持されている。液体金属ループ１００の使用状態における配管１０の熱伸縮は、長さ等の規模によるが大凡３ｍｍ〜１０ｍｍ程度の範囲にある。このため、スライド支持部２０は、ターゲット形成部１を液体リチウムの噴射方向に当該範囲においてスライド支持出来ればよい。例えば、スライド支持部２０は、摺動面を有するベッドに載せたコラム上にノズル１１を設置できる構造にしても良い。また、ベッド上に設けたリニアガイドによりコラムを直動可能に支持し、このコラム上にノズル１１を設置できる構造にしても良い。これらの他、ノズル１１を直動可能に支持できるような周知構造を採用できる。ターゲット形成部１の受け部１２についても上記同様のスライド支持部２０により支持できる。

熱交換器４も上記スライド支持部２０と同様のスライド支持部２１により支持される。なお、配管１０を支持するスライド支持部２２は、熱伸縮を吸収できる簡易な構造の支持手段とする（スライド支持部２２の例は後述する）。

次に、この液体金属ループ１００の動きについて説明する。循環ポンプ３を運転して液体リチウムをターゲット形成部１のノズル１１に供給することで、当該ノズル１１から液体リチウムが膜状に噴出する。この膜状の液体リチウムのターゲットＴに陽子ビームを照射するとその背後に中性子が生成される。陽子ビームの照射により加熱された液体リチウムは受け部１２から入って配管１０内を循環するので、運転開始後から次第に配管１０の温度が上昇し、配管１０が熱伸びを起こす。

Ｘ軸方向の配管１０ｘは、配管１０ｘが非伸縮性配管で構成されているため、配管１０ｘの熱伸びに従いターゲット形成部１が微小移動する。ターゲット形成部１は、ノズル１１及び受け部１２がスライド支持部２０により微小スライド可能に支持されていることから、配管１０ｘの熱伸びに従って移動する。ここで、ターゲット形成部１は、ノズル１１と受け部１２との間に液体リチウムの噴流を飛ばしてターゲットＴを形成するものであり、従来のように湾曲したバックウォールに液膜を形成する構成ではないので、当該ノズル１１と受け部１２との間に構造物がない。

このため、ノズル１１と受け部１２との間隔が微小に変わっても、陽子ビームの照射範囲が変わらなければ何ら問題ない。よって、Ｘ軸方向における受け部１２とクエンチタンク２との間の配管１０ｘの長さと、ノズル１１と熱交換器４との間の配管１０ｘの長さとが異なる結果、前記ノズル１１と受け部１２との移動量が異なるものとなっても、ターゲット形成部１で当該移動量を吸収できる。熱交換器４も、Ｘ軸方向の配管１０ｘの熱伸びに応じてスライド支持部２１によりスライドして当該熱伸びを吸収する。

また、受け部１２とクエンチタンク２との間の配管１０ｘを伸縮性配管とした場合でも、ノズル１１が移動してノズル１１と熱交換器４との間の熱伸縮を吸収する。一方、ノズル１１と熱交換器４との間の配管１０ｘを伸縮性配管とした場合でも、受け部１２が移動して受け部１２とクエンチタンク２との間の熱伸縮を吸収する。

一方、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の配管１０ｙ，１０ｚは、伸縮性配管により構成されているので、その熱伸縮は伸縮性配管に設けたベローズ１３によって吸収される。

以上、この発明の液体金属ループ１００によれば、Ｘ軸方向（液体リチウムの噴射方向）に平行となる配管１０ｘを非伸縮性配管とし、この非伸縮性配管の熱伸びをターゲット形成部１により吸収するので、ベローズ１３の数を少なくできる。このため、液体金属ループ１００のコストを低減できる。また、ベローズ１３は性能維持のため定期的に交換する必要があり、中性子に曝された液体リチウムが内部循環するものであることから、交換作業や後処理に多大なコストがかかっていたが、このようなベローズ１３の数が減ることにより、メンテナンス作業が簡略化され、液体金属ループ１００の保守費用を低減できる。

更に、通常の大型の液体金属ループでは、ループを構成する配管の曲げを多くとることで熱伸びを吸収するように設計するが、液体金属ループをコンパクト化する場合、配管の曲げによる熱伸びの吸収は困難となる。本発明の液体金属ループ１００は、曲げが少なく配管長が短い液体金属ループの構造に好適である。

（実施の形態２）
図２は、この発明の実施の形態２に係る液体金属ループを示す構成図である。この液体金属ループ２００は、実施の形態１の液体金属ループ１００において、更にＺ軸方向の配管１０ｚの熱伸びを吸収するようにした点に特徴がある。その他の構成は実施の形態１と同様であるからその説明を省略し、同一構成要素には同一符合を付する。

この液体金属ループ２００では、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に配置される配管１０ｘ，１０ｚを、非伸縮性配管のみで構成する。また、ターゲット形成部１の受け部１２は、図３に示すように、膜状の噴流として形成されるターゲットＴの膜厚Ｔｔさより大きな高さＨ（短辺方向の長さ）を有する。そして、Ｚ軸方向の非伸縮性配管の合計の熱伸縮の量（配管系統における非伸縮性配管が固定された基準位置からの変位の絶対値の合計量）が、前記ターゲット形成部１の受け部１２の高さＨの寸法と、前記形成されるターゲットＴの膜厚Ｔｔとの寸法の差より小さいものとする。好ましくは、前記寸法の差の半分より小さいものとする。なお、前記固定された基準位置は、例えばクエンチタンク２が固定構造となる場合、Ｚ軸方向におけるクエンチタンク２の非伸縮性配管の固定位置となる。

また、ノズル１１及び受け部１２は、スライド支持部２３で支持するのが好ましい。液体金属ループ２００に用いるスライド支持部２３は、Ｚ軸方向にノズル１１又は受け部１２が移動してもこれらを支持できるように、Ｘ軸方向の移動に従って上下動する構成とする。換言すれば、Ｘ軸方向の熱伸縮によるスライド量をＺ軸方向の伸縮に相当するスライド量に変換する構成とする。図４は、そのようなスライド支持部を示す説明図であり、（ａ）は液体金属ループの運転前、（ｂ）は運転中の状態を示す。このスライド支持部２３は、摺動面を有するベッド２３１に載せたコラム２３２上にノズル１１を設置し、前記ベッド２３１を所定角度にセットすることで実現できる。

前記スライド支持部２３を構成するにあたっては、Ｘ軸方向における温度に対応する熱伸び量と、当該温度に対応するＺ軸方向の配管１０ｚの熱伸び量とを求め、Ｘ軸方向とＺ軸方向との熱伸び量の関係を導く。そして、Ｘ軸方向の移動に対してどの程度Ｚ軸方向の移動を行えばよいかを求め、前記ベッド２３１の上面を傾ける。そうすれば、温度上昇によるＸ軸方向の水平移動に伴い、コラム２３２がＺ軸方向に所定量だけ上下動（Δｚ）し、ＸＺ方向の２軸変位があっても前記ノズル１１又は受け部１２を支持できる。なお、前記のように温度上昇によるＸ軸方向の水平移動に伴い、コラムがＺ軸方向に所定量だけ上下動することができれば、スライド支持部２３は係る構成に限定されない。

この液体金属ループ２００では、Ｘ軸方向の配管１０ｘの熱伸びに関する挙動は上記実施の形態１と同じである。Ｚ軸方向の配管１０ｚの熱伸びでは、上記同様に、当該配管１０ｚが非伸縮性配管で構成されているため、配管１０の熱伸びに従いターゲット形成部１が微小移動する。ターゲット形成部１は、Ｘ軸方向の伸縮に基づくノズル１１又は受け部１２の移動により、Ｚ軸方向にも移動する。この移動量はＺ軸方向の配管１０ｚの熱伸びに対応した量である。

Ｚ軸方向における受け部１２とクエンチタンク２との間の配管１０ｚの長さと、ノズル１１と熱交換器４との間の配管１０ｚの長さとが異なる結果、前記ノズル１１と受け部１２との移動量が異なる。ここで、Ｚ軸方向の非伸縮性配管の合計の熱伸縮の量は、前記ターゲット形成部１の受け部１２の高さＨの寸法と、前記形成されるターゲットの膜厚Ｔｔとの寸法の差より小さく設定されているので、Ｚ軸方向の熱伸縮は、ターゲット形成部１で吸収できる。即ち、ノズル１１と受け部１２との相対位置がＺ軸方向にずれたとしても、受け部１２により液体リチウムの噴流を受けることができ、ターゲットＴを維持できる。

また、ノズル１１及び受け部１２は、上記スライド支持部２３により支持され、Ｘ軸方向の熱伸びに対応してＺ軸方向に上下動するようになっているので、上記のノズル１１と受け部１２との相対位置のＺ軸方向のずれ量は、小さく抑えられる。

以上の液体金属ループ２００によれば、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の配管１０ｘ，１０ｚを非伸縮性配管とし、この非伸縮性配管の熱伸びをターゲット形成部１により吸収するので、ベローズ１３の数をより少なくできる。このため、液体金属ループ２００のコストを大幅に低減できる。また、ベローズ１３の数が大幅に減ることにより、メンテナンス作業が簡略化され、保守費用を大きく低減できるようになる。

（実施の形態３）
図５は、この発明の実施の形態３に係る液体金属ループを示す構成図である。この液体金属ループ３００は、実施の形態２の液体金属ループ２００において、更にＹ軸方向の配管１０ｙの熱伸びを吸収するようにした点に特徴がある。その他の構成は実施の形態２と同様であるからその説明を省略し、同一構成要素には同一符合を付する。

この液体金属ループ３００では、ＸＹＺ軸方向に配置される配管１０ｘ，１０ｙ，１０ｚを、非伸縮性配管のみで構成する。また、ターゲット形成部１の受け部１２は、膜状の噴流として形成されるターゲットＴの膜幅Ｔｗより大きな幅（長辺方向の長さ）を有する。そして、Ｙ軸方向の非伸縮性配管の合計の熱伸縮の量（配管系統における非伸縮性配管が固定された基準位置からの変位の絶対値の合計量）が、前記ターゲット形成部１の受け部１２の幅Ｗの寸法と前記形成されるターゲットＴの膜幅Ｔｗとの寸法の差より小さいものとする。好ましくは、前記寸法の差の半分より小さいものとする。なお、前記固定された基準位置は、例えばクエンチタンク２が固定構造となる場合、Ｙ軸方向におけるクエンチタンク２の非伸縮性配管の固定位置となる。

スライド支持部２４には、図６に示すようなものを用いるのが好ましい。スライド支持部２４は、Ｙ軸方向にノズル１１又は受け部１２が移動してもこれらを支持できるように、図６のスライド支持部２３１のコラム２３２に、当該コラム２３２の移動方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｙ軸方向）に移動可能な第二コラム２３３を載せた構成とする。

この液体金属ループ３００では、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の配管１０ｘ，１０ｚの熱伸びに関する挙動は上記実施の形態２と同じである。Ｙ軸方向の配管１０ｙの熱伸びでは、上記同様に、配管１０が非伸縮性配管で構成されているため、配管１０の熱伸びに従いターゲット形成部１が微小移動する。

Ｙ軸方向における受け部１２とクエンチタンク２との間の配管１０ｙの長さと、ノズル１１と熱交換器４との間の配管１０ｙの長さとが異なる結果、前記ノズル１１と受け部１２との移動量が異なるものとなる。ここで、Ｙ軸方向の非伸縮性配管の合計の熱伸縮の量は、前記ターゲット形成部１の受け部１２の幅Ｗの寸法と前記形成されるターゲットの膜幅Ｔｗとの寸法の差より小さく設定されているので、Ｙ軸方向の熱伸縮は、ターゲット形成部１で吸収できる。即ち、ノズル１１と受け部１２との相対位置がＹ軸方向にずれたとしても、受け部１２により液体リチウムの噴流を受けることができ、ターゲットを維持できる。

以上の液体金属ループ３００によれば、ＸＹＺ軸方向の配管１０を非伸縮性配管とし、この非伸縮性配管の熱伸びをターゲット形成部１により吸収するので、ベローズ１３の数をより大幅に少なくできる。このため、液体金属ループ３００のコストを大幅に低減できる。また、ベローズ１３の数が大幅に減ることにより、メンテナンス作業が簡略化され、保守費用を低減できるようになる。

なお、上記実施の形態１〜３では、説明の便宜のため、クエンチタンク２を配管１０ｚ上に、循環ポンプ３を配管１０ｙ上に、熱交換器４を配管１０ｘ上に配置した例を示したが、これに限定されるものではない。また、配管１０は略ＸＹＺ軸方向に配置されることが多いが全ての配管がＸＹＺ軸方向に配置されるとは限らない。その場合、各配管１０をＸＹＺ軸方向の成分に分解して、上記実施の形態を適用するものとする。また、実際の液体金属ループでは、クエンチタンク２のような大型構造物は固定した状態になる。例えば、クエンチタンク２と循環ポンプ３とが固定構造となる場合、その間の配管１０にはベローズ１３が設けられる場合がある。

（実施の形態４）
図７は、この発明の実施の形態４にかかる液体金属ループに用いるスライド支持部の一例を示す説明図であり、（ａ）は配管の径方向断面図、（ｂ）は配管の軸方向の側面図である。このスライド支持部２２は、配管１０を支持するものであり、配管１０を把持する筒状体を軸方向に分割した構造の把持部２２１と、把持部２２１を支持する支持プレート２２２と、支持プレート２２２の下部に設けたスライド板２２３と、スライド板２２３を直動ガイドするガイド部２２４とからなる。配管１０が熱伸びを起こすと把持部２２１がスライド板２２３ごとガイド部２２４に沿ってスライドする。このため、熱伸びする配管１０をスライドしながら支持できる。

また、図８は、天井又は梁から配管を吊るす場合のスライド支持部を示す説明図である。このスライド支持部２６は、配管１０を吊るして支持するものであり、配管１０を把持する筒状体を軸方向に分割した構造の把持部２６１と、把持部２６１を支持する支持棒２６２と、支持棒２６２の上端に設けた上下動すると共に配管１０の軸方向に回動するスプリングハンガー２６３とからなる。配管１０が熱伸びを起こすと把持部２６１が移動し、この移動はスプリングハンガー２６３により吸収される。また、配管１０が鉛直方向に上下動する場合もスプリングハンガー２６３によりその上下動を吸収できる。また、スプリングハンガー２６３は軸支部２６４にて天井又は梁に回動可能に軸支されている。このように、スライド支持部２６により３軸方向にスライド可能であるため、上記実施の形態２，３におけるスライド支持部２２，２３として用いることができる。

図９は、スライド支持部の別の例を示す構成図であり、（ａ）は配管の軸方向の側面図、（ｂ）は配管の径方向断面図である。このスライド支持部２７は、配管１０の周囲に向けた筒状体を軸方向に２分割した第一磁石２７１と、この第一磁石２７１に反発する磁力を生じさせる筒状体を軸方向に２分割した第二磁石２７２と、第二磁石２７２を内面に設けた筒状の支持部本体２７３と、支持部本体２７３を支持する支持部２７４と、配管１０の一部に設けた移動量規制部２７５とから構成される。配管１０は、このスライド支持部２７の軸方向中心を貫通する。第一磁石２７１及び第二磁石２７２は、永久磁石であるが、いずれか一方又は両方が電磁石であっても良い。

配管１０は、第一磁石２７１及び第二磁石２７２の間に生じる反発力により、浮上した状態で支持される。この状態で配管１０が熱伸びを起こすと、当該配管１０は磁力により支持された状態で軸方向に移動する。係るスライド支持部２７の場合、磁力で配管１０を支持するので、配管１０の熱をスライド支持部２７で遮断できる。また、第一磁石２７１及び第二磁石２７２の空隙により３軸方向に微小移動可能である。このため、上記実施の形態１〜３におけるスライド支持部２０，２２，２３として用いることができる。

（実施の形態５）
図１０は、この発明の実施の形態５に係る液体金属ループの一部を示す構成図である。この液体金属ループ５００は、上記実施の形態１〜４のターゲット形成部１に代えてバックウォール上に液体金属の膜流を形成する構成とした点が異なる。その他の構成は、上記実施の形態１〜４と同じであるからその説明を省略する。ターゲット形成部５０１のバックウォール１５は平面形状でも湾曲形状でも良い。このバックウォール１５から連続形成されている略直線状の流路部１６は、クエンチタンク２のタンク本体の側面に設けられる配管１７に対してスライド可能に遊挿される。配管１７はクエンチタンク２の液体金属の導入口１８に設けられる。

また、前記ターゲット形成部５０１は、スライド支持部２０，２２，２３によりスライド可能に支持されている。前記流路部１６に平行なＸ軸方向の配管１０ｘは、非伸縮性配管により構成されている。

バックウォール１５上に流された液体金属は、前記流路部１６から配管１７に至り、クエンチタンク２に導入される。また、ターゲットに陽子ビームを照射することで配管１０内の液体金属の温度が上昇して、配管１０が熱伸びする。この熱伸びによりターゲット形成部５０１が移動し、その移動量は前記流路部１６と配管１７との間で吸収される。このようにすれば、流路部１６と平行となる配管１０ｘを非伸縮性配管のみで構成できるので、ループ上のベローズ１３の数を少なくでき、コストを低減できる。

また、Ｙ、Ｚ方向を非伸縮性配管のみから構成する場合、流路部１６と配管１７との取り合いにＹ軸方向及びＺ軸方向の伸びより大きな空隙を設けておくことで、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の熱伸びを吸収できる。

また、上記液体金属ループ１００〜５００を用いて構成した中性子発生装置は、配管１０構造が簡単で且つ保守費用が安価なものとなる。

１００ 液体金属ループ
１ ターゲット形成部
２ クエンチタンク
３ 循環ポンプ
４ 熱交換器
１０ 配管
１１ ノズル
１２ 受け部
２０ スライド支持部

Claims (7)

1. 少なくともクエンチタンクおよび循環ポンプをループ状に接続し、液体金属を循環させる配管と、
   循環している液体金属を膜状に陽子ビームの照射空間に噴射して膜状の噴流となるターゲットを形成するノズル及びその受け部とからなり、前記ノズル及び受け部が前記配管に接続されたターゲット形成部と、を有し、
   前記配管の一部が、前記液体金属の噴射方向に平行に設けられ、且つ、非伸縮性配管のみから構成され、
   前記非伸縮性配管は配置されている方向において、配管系統における前記非伸縮性配管が固定された基準位置からの前記非伸縮性配管の前記ターゲット形成部の受け部の幅方向の熱収縮による変位の絶対値の合計量が、前記ターゲット形成部の受け部の幅の寸法と、前記形成されるターゲットの長辺方向の長さである膜幅の寸法の差より小さく、配管系統における前記非伸縮性配管が固定された基準位置からの前記非伸縮性配管の前記ターゲット形成部の受け部の高さ方向の熱収縮による変位の絶対値の合計量が、前記ターゲット形成部の受け部の高さの寸法と、前記形成されるターゲットの短辺方向の長さである膜厚の寸法の差より小さく、
   前記ターゲット形成部の受け部の幅の方向と、前記形成されるターゲットの長辺方向は、同一方向であり、
   前記ターゲット形成部の受け部の高さの方向と、前記形成されるターゲットの短辺方向は、同一方向であることを特徴とする液体金属ループ。
2. 少なくともクエンチタンクおよび循環ポンプをループ状に接続し、液体金属を循環させる配管と、
   循環している液体金属を膜状に陽子ビームの照射空間に噴射して膜状の噴流となるターゲットを形成するノズル及びその受け部とからなり、前記ノズル及び受け部が前記配管に接続されたターゲット形成部と、を有し、
   当該配管が、
   Ｘ：前記液体金属の噴射方向
   Ｙ：ターゲット形成部の受け部の幅方向
   Ｚ：ターゲット形成部の受け部の高さ方向
   のＸＹＺ軸方向に配置され、これらのうち少なくとも２軸方向の配管を非伸縮性配管のみで構成し、
   前記非伸縮性配管のみで構成されている少なくとも２軸方向のそれぞれの方向において、配管系統における前記非伸縮性配管が固定された基準位置からの前記非伸縮性配管の前記ターゲット形成部の受け部の幅方向の熱収縮による変位の絶対値の合計量が、前記ターゲット形成部の受け部の幅の寸法と、前記形成されるターゲットの長辺方向の長さである膜幅の寸法の差より小さく、配管系統における前記非伸縮性配管が固定された基準位置からの前記非伸縮性配管の前記ターゲット形成部の受け部の高さ方向の熱収縮による変位の絶対値の合計量が、前記ターゲット形成部の受け部の高さの寸法と、前記形成されるターゲットの短辺方向の長さである膜厚の寸法の差より小さく、
   前記ターゲット形成部の受け部の幅の方向と、前記形成されるターゲットの長辺方向は、同一方向であり、
   前記ターゲット形成部の受け部の高さの方向と、前記形成されるターゲットの短辺方向は、同一方向であることを特徴とする液体金属ループ。
3. 少なくともクエンチタンクおよび循環ポンプをループ状に接続し、液体金属を循環させる配管と、
   液体金属の膜流を形成するバックウォールに連続形成した流路部を、前記クエンチタンクの液体金属の導入口に設けた配管にスライド可能に挿入し、且つ、前記配管に接続されたターゲット形成部と、を有し、
   前記流路部に平行な方向の配管を非伸縮性配管のみから構成することを特徴とする液体金属ループ。
4. 更に、前記配管を支持した状態で前記配管の熱伸縮方向にスライドさせるスライド支持手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の液体金属ループ。
5. 前記スライド支持手段は、
   Ｘ：前記液体金属の噴射方向
   Ｙ：ターゲット形成部の受け部の幅方向
   Ｚ：ターゲット形成部の受け部の高さ方向
   のＸＹＺ軸方向のうち２軸方向にスライド可能な構造であることを特徴とする請求項４に記載の液体金属ループ。
6. 更に、前記スライド支持手段は、一つの軸方向の熱伸縮によるスライド量を他の軸方向の伸縮に対応するスライド量に変換することを特徴とする請求項５に記載の液体金属ループ。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の液体金属ループを有することを特徴とする中性子発生装置。

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