JP6351897B1 - 液体容器、および液体容器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】狭隘流路をなす二重構造を高い精度で形成する。
【解決手段】高エネルギーの荷電粒子線が照射される液体金属を収容する液体容器２１であって、荷電粒子線が照射される先端側部２８は、先端外壁３０と、先端外壁３０との間に前記液体金属が流通する狭隘流路Ｖｇをなす先端内壁２９とを有し、先端側部２８は、先端内壁２９と先端外壁３０とが狭隘流路Ｖｇの開口部Ｖｇ１を形成しつつ一体化された基部２８Ａと、先端内壁２９と先端外壁３０とが狭隘流路Ｖｇを形成しつつ互いに離隔して設けられて荷電粒子線に向けて配置される先端部２８Ｂと、を有しており、先端部２８Ｂの少なくとも先端外壁３０が基部２９Ａの先端外壁３０に対して連続する溶接部３２を介して接合されている。
【選択図】図９

Description

本発明は、液体容器、および液体容器の製造方法に関する。

中性子線照射装置は、大強度の荷電粒子線（陽子ビーム）を水銀などの液体金属に照射して核破砕反応を引き起こすことで中性子を発生させる。発生した中性子は、研究に最適な中性子ビームに整えられ、物質の構造や動きを研究するために利用される。核破砕反応には、大量の発熱が伴い、その熱量を除去するため液体金属は、荷電粒子線の照射される領域で流動し続けていることが望ましい。このように液体金属を流動させるため、ターゲット（ターゲット容器）と呼ばれる装置が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。

ターゲット容器は、液体金属を流動させる液体容器があり、その外側は、万が一液体金属が漏洩した場合も閉じ込められるように保護容器で覆われている。保護容器は、二重になっており、内側保護容器は、液体容器と内側保護容器との間で液体金属の漏洩を検知するヘリウムが流れ、外側保護容器は、内側保護容器と外側保護容器との間で陽子ビームによる発熱を除去するための冷却水が流れる。ターゲット容器は、危険性の高い水銀などの液体金属を扱うため、液体金属が外部に漏れないような気密性に優れた液体容器を必要とする。各容器は、陽子ビーム入射時に瞬間的に生じる圧力および熱応力に耐え得ることを必要とする。このように、ターゲット容器は、多重に形成され、かつ漏洩を防ぎ、内圧に耐え得る構造を要することから、金属同士を溶接により接合して構成されている。金属同士の溶接に際して様々な工夫が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許第４３９２０９８号公報 特開昭６３−１３６８８号公報

ターゲット容器の液体容器において、荷電粒子線（陽子ビーム）を照射される先端側は、液体金属の流速を上げることで陽子との核破砕反応を効率良く反応させるため、狭隘流路を有する構造となっている。即ち、液体容器は、先端側が先端内壁と先端外壁とで構成された二重構造となっている。狭隘流路は、例えば、２ｍｍ（０，−０．５）の精度が要求され、変形が少ない接合方法の適用が必要となる。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、荷電粒子線を照射されるターゲット容器における液体容器の先端側において、耐久性を確保しつつ、狭隘流路をなす二重構造を高い精度で形成することのできる液体容器、および液体容器の製造方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る液体容器は、高エネルギーの荷電粒子線が照射される液体金属を収容する液体容器であって、前記荷電粒子線が照射される先端側部は、先端外壁と、前記先端外壁との間に前記液体金属が流通する狭隘流路をなす先端内壁とを有し、前記先端側部は、前記先端内壁と前記先端外壁とが前記狭隘流路の開口部を形成しつつ一体化された基部と、前記先端内壁と前記先端外壁とが前記狭隘流路を形成しつつ互いに離隔して設けられて前記荷電粒子線に向けて配置される先端部と、を有しており、前記先端部の少なくとも前記先端外壁が前記基部の前記先端外壁に対して連続する溶接部を介して接合されている。

また、本発明の一態様に係る液体容器では、前記基部の前記先端内壁と前記先端外壁とが削り出し加工により一体化されていることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る液体容器では、前記先端部の前記先端内壁が前記基部の前記先端内壁と削り出し加工により一体化され、前記溶接部が前記先端部の前記先端外壁と前記基部の前記先端外壁のみを接合していることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る液体容器では、前記基部の前記先端内壁と前記先端外壁とが一体化される接続部の表面に曲面加工が施されていることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る液体容器では、前記溶接部が前記基部における前記先端内壁と前記先端外壁との接続部の近傍に配置されていることが好ましい。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る液体容器の製造方法では、高エネルギーの荷電粒子線が照射される液体金属を収容する液体容器の製造方法であって、前記液体容器は、前記荷電粒子線が照射される先端側部が前記液体金属を流通する狭隘流路をなす先端内壁と先端外壁とを有し、前記先端内壁と前記先端外壁とが前記狭隘流路の開口部を形成しつつ一体化された基部と、前記先端内壁と前記先端外壁とが前記狭隘流路を形成しつつ互いに離隔して設けられて前記荷電粒子線に向けて配置される先端部と、を有しており、前記基部および前記先端部を形成する工程と、前記先端部の少なくとも前記先端外壁を前記基部の前記先端外壁に対して連続する溶接部に沿って溶接により接合する工程と、を含む。

また、本発明の一態様に係る液体容器の製造方法では、前記基部および前記先端部を形成する工程は、前記基部の前記先端内壁と前記先端外壁とを削り出し加工により一体化して形成することが好ましい。

また、本発明の一態様に係る液体容器の製造方法では、前記先端部の前記先端内壁を前記基部の前記先端内壁に削り出し加工により一体化して形成し、前記先端部の前記先端外壁と前記基部の前記先端外壁のみを前記溶接部に沿って接合することが好ましい。

また、本発明の一態様に係る液体容器の製造方法では、前記先端部と前記基部の接合にあたり、先に電子ビーム溶接により接合する第一接合工程と、前記第一接合工程の上からＴｉｇ溶接により接合する第二接合工程と、を含むことが好ましい。

本発明によれば、液体容器の外側から連続する溶接部を介して先端部を基部に接合することから、確実かつ容易に溶接施工を実施することができる。このため、荷電粒子線の入射時に瞬間的に生じる圧力、および液体金属、不活性ガス、冷却水の圧力に耐え、狭隘流路の隙間管理を行うことができる。この結果、耐久性を確保しつつ、狭隘流路をなす二重構造を高い精度で形成することができる。しかも、液体容器の外側から連続する溶接部を介して先端部を基部に接合することから、溶接施工の健全性の確認を容易に行うことができる。

図１は、本発明の実施形態に係る液体容器が適用される中性子線照射装置の一例を示す模式図である。 図２は、本発明の実施形態に係る液体容器が適用される中性子線照射装置の一例を示す模式図である。 図３は、本発明の実施形態に係る液体容器が適用されるターゲット容器の一例を示す斜視図である。 図４は、本発明の実施形態に係る液体容器が適用されるターゲット容器の一例の断面図である。 図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。 図６は、図４のＢ−Ｂ断面図である。 図７は、本発明の実施形態に係る液体容器の製造工程を示す斜視図である。 図８は、本発明の実施形態に係る液体容器の製造工程を示す断面図である。 図９は、本発明の実施形態に係る液体容器の製造工程を示す断面図である。 図１０は、本発明の実施形態に係る液体容器の製造工程を示すフローチャートである。 図１１は、液体容器の他の製造方法を示す斜視図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

以下の実施形態においては、中性子線照射装置１００が、機器または構造物のような検査対象物に中性子線Ｎを照射して、その検査対象物の内部を非破壊で検査する検査装置に適用される場合で説明する。中性子線照射装置１００は、放射線療法に使用することもできる。中性子線照射装置１００は、被照射体Ｓに中性子線Ｎを照射する。

図１は、本実施形態に係る液体容器が適用される中性子線照射装置の一例を示す模式図である。図１に示すように、中性子線照射装置１００は、荷電粒子を加速して荷電粒子線（例えば、陽子ビーム）Ｐを射出する加速装置１０２と、加速装置１０２から射出された荷電粒子線Ｐの照射状態を調整する調整装置１０３と、荷電粒子線Ｐの照射により中性子線Ｎを発生するターゲット１０５と、ターゲット１０５で発生した中性子線Ｎを減速する減速装置１０６と、減速装置１０６から射出された中性子線Ｎを平行化するコリメータ１０７と、を備えている。コリメータ１０７から射出された中性子線Ｎが被照射体Ｓに照射される。

加速装置１０２は、円形加速器または直線加速器を含む。加速装置１０２は、荷電粒子（陽子、電子、または重粒子）を加速して、荷電粒子線（陽子線、電子線、または重粒子線）Ｐを生成して射出する。

調整装置１０３は、複数の電磁石を含み、加速装置１０２から射出された荷電粒子線Ｐの照射状態を調整する。荷電粒子線Ｐの照射状態は、荷電粒子線Ｐの進行方向の調整および荷電粒子線Ｐの整形を含む。調整装置１０３は、荷電粒子線Ｐの発散を抑制し、荷電粒子線Ｐを集束させる。調整装置１０３は、加速装置１０２から射出された荷電粒子線Ｐを走査装置１０４に導く。

本実施形態において、中性子線照射装置１００は、荷電粒子線Ｐを走査する走査装置１０４を備える。走査装置１０４は、荷電粒子線Ｐを走査し、ターゲット１０５に対する荷電粒子線Ｐの照射位置を調整する。また、走査装置１０４は、ターゲット１０５に照射される荷電粒子線Ｐを整形する。なお、走査装置１０４は無くてもよい。

加速装置１０２から射出され、調整装置１０３および走査装置１０４を通過した荷電粒子線Ｐは、ターゲット１０５に照射される。ターゲット１０５は、荷電粒子線Ｐの照射により、中性子線Ｎを発生する。ターゲット１０５を、中性子線発生部材、と称してもよい。ターゲット１０５は、例えばベリリウム（Ｂｅ）、リチウム（Ｌｉ）、またはそれらを含む化合物で形成された液体を含む。ターゲット１０５については後述する。

減速装置１０６は、ターゲット１０５で発生した中性子線Ｎを減速する。減速装置１０６は、中性子線Ｎの進路において、ターゲット１０５と被照射体Ｓとの間に配置される。ターゲット１０５は、高エネルギーの高速中性子を発生する。減速装置１０６は、高速中性子のエネルギーを低減して、低速で低エネルギーの中性子（熱中性子または熱外中性子）を生成する。

コリメータ１０７は、減速装置１０６から射出された中性子線Ｎを平行化する。コリメータ１０７により平行化され、そのコリメータ１０７から射出された中性子線Ｎが被照射体Ｓに照射される。

次にターゲット１０５について説明する。図２は、本実施形態に係る液体容器が適用される中性子線照射装置の一例を示す模式図である。図２では、図１のターゲット１０５に関係する部分を詳細に示している。図２に示すようにターゲット１０５は、ターゲット容器２と、液体金属供給部３と、を備えている。

ターゲット容器２は、気密・液密に形成された容器であって、その内部には液体金属Ｌ（本実施形態では水銀）が流通している。加速装置１０２で生成された荷電粒子線Ｐがターゲット容器２内の液体金属原子（水銀原子）に衝突することで核破砕反応を生じる。ターゲットとして液体金属Ｌを用いることで、液体金属Ｌ自体が冷却材としての役割を果たすため、より大強度の荷電粒子線Ｐを照射することが可能となり、より高い中性子発生効率を得られる。

液体金属供給部３は、ターゲット容器２に接続され、ターゲット容器２に液体金属Ｌを供給する。液体金属供給部３は、液体金属Ｌを貯留するタンク４と、タンク４内の液体金属Ｌをターゲット容器２内に供給する供給流路５と、供給流路５を通じて液体金属Ｌをターゲット容器２内に圧送するポンプ６と、ターゲット容器２から排出された液体金属Ｌを回収する回収流路７と、を有する。

ターゲット容器２の詳細な構成について説明する。図３は、本実施形態に係る液体容器が適用されるターゲット容器の一例を示す斜視図である。図４は、本実施形態に係る液体容器が適用されるターゲット容器の一例の断面図である。図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。図６は、図４のＢ−Ｂ断面図である。

図２および図３に示すように、本実施形態に係るターゲット容器２は、平面視で略長方形状の外観を呈している。以降の説明において、ターゲット容器２の長辺が延びる方向を長軸方向と呼び、ターゲット容器２の短辺が延びる方向（長軸方向に平面視で直交する方向）を短軸方向と呼ぶ。さらに、ターゲット容器２の上下方向であって長軸方向および短軸方向に直交する高さ方向を厚さ方向と呼ぶ。さらに、ターゲット容器２の短軸方向および厚さ方向に沿って、長軸方向の周り方向を周方向（長軸方向に直行する断面（例えば、図５参照）における各容器の外周に沿う方向）と呼ぶ。また、ターゲット容器２の長軸方向において、荷電粒子線Ｐが照射される側を先端側と呼び、先端側の反対側となり液体金属Ｌが供給および排出される側を後端側と呼ぶ。即ち、ターゲット容器２は、照射される荷電粒子線Ｐに長軸方向の先端側を向けて配置されている。

ターゲット容器２は、図３〜図６に示すように、三重構造の容器である。具体的に、ターゲット容器２は、液体金属Ｌが流通する液体容器２１と、液体容器２１を外側から覆う内側保護容器２２と、内側保護容器２２をさらに外側から覆う外側保護容器２３と、を有する。ターゲット容器２は、ステンレス鋼などの固体金属により形成される。なお、図３においては、ターゲット容器２の各容器２１，２２，２３の肉厚を省略して線にて示している。

液体容器２１は、液密性・気密性を有して形成され、内部の流通空間Ｖｆに液体金属Ｌが流通する。液体容器２１は、長軸方向における後端側に、上述した液体金属供給部３の供給流路５に繋がる供給口２４と、回収流路７に繋がる回収口２５と、が形成されている。供給口２４および回収口２５は、短軸方向の各端寄りに配置されて間隔を空けて設けられ、本実施形態では互いに同じく後端側に向かって開口して形成されている。

液体容器２１は、さらにビームダンプ２６を有している。ビームダンプ２６は、流通空間Ｖｆ内において後端側に設けられている。ビームダンプ２６は中実の部材であり、先端側から液体容器２１に入射した荷電粒子線Ｐが後端側へ漏洩することを抑制するものである。ビームダンプ２６は、供給口２４と回収口２５との間で先端側に向かって延び、その先端側の端部から液体容器２１の先端側の端部までの距離を、一例として１ｍ程度空けて配置されている。このビームダンプ２６は、液体容器２１に対して一体に形成されることが望ましいが、別の部材として設けることも可能である。

液体容器２１は、さらに案内羽根２７を有している。案内羽根２７は、流通空間Ｖｆ内に液体金属Ｌの流れを案内するためのものである。案内羽根２７は、供給口２４および回収口２５の短軸方向の内側でビームダンプ２６を挟むように一対設けられている。一対の案内羽根２７は、後端側から先端側の途中に至り長軸方向に延在し、厚さ方向で液体容器２１の上下の内壁に当接して配置されていることで、ビームダンプ２６を間において供給口２４側と回収口２５側とを仕切るように設けられている。また、一対の案内羽根２７は、長軸方向で先端側に向かうに従って互いに漸次接近するように形成されている。

内側保護容器２２は、液体容器２１を外側から覆っている。内側保護容器２２は、万が一液体容器２１から液体金属Ｌが漏洩した場合でも閉じ込めることができるように、液密性・気密性を有して形成されている。内側保護容器２２は、その内面と液体容器２１の外面との間に第一空間Ｖ１を有するように形成されている。第一空間Ｖ１は、不活性ガス（例えば、ヘリウム）が封入される。そして、ターゲット容器２の使用中に不活性ガスの圧力（分圧）を監視することで、不活性ガスの分圧に変化が生じた場合（例えば分圧が低下した場合）に液体容器２１から液体金属Ｌの一部が漏洩していると判断することができる。

外側保護容器２３は、内側保護容器２２を外側から覆っている。外側保護容器２３は、液密性・気密性を有して形成されている。外側保護容器２３は、その内面と内側保護容器２２の外面との間に第二空間Ｖ２を有するように形成されている。第二空間Ｖ２は、内側保護容器２２と外側保護容器２３自体で生じる核発熱を冷却するための冷却水が流通する。

上述したターゲット容器２において、液体容器２１は、図４〜図６に示すように、荷電粒子線Ｐが照射される先端側に、液体金属Ｌを流通する狭隘流路Ｖｇが形成されている。この狭隘流路Ｖｇをなす部分は、液体容器２１において後端側と別に形成されて溶接により接合される先端側部２８として形成されている。先端側部２８は、椀状に形成された先端内壁２９と先端外壁３０との二重構造であり、先端内壁２９の外面と先端外壁３０の内面との間に狭隘流路Ｖｇをなす隙間が形成される。先端内壁２９は、液体容器２１の後端側には接合されず、後端側の一部が先端外壁３０の後端側に接続されている。先端外壁３０は、先端内壁２９を外側から覆い、かつ液体容器２１の後端側に接合される。狭隘流路Ｖｇは、先端内壁２９の後端側の端部が先端外壁３０に接続されていない一部において流通空間Ｖｆ内に通じる開口部Ｖｇ１が形成されている。開口部Ｖｇ１は、本実施形態では、先端内壁２９の後端側の端部が厚さ方向の両側において先端外壁３０の後端側に接続されていることで、短軸方向の両側において開口して形成されている。そのため、狭隘流路Ｖｇは、短軸方向の一側から先端側部２８（液体容器２１）の先端側を経て短軸方向の他側に到り、流通空間Ｖｆ内に通じている。従って、流通空間Ｖｆ内の液体金属Ｌは、狭隘流路Ｖｇの一側の開口部Ｖｇ１から他側の開口部Ｖｇ１に流動し、流速が上がる。冷却特性上、本箇所の流速が上がることが望ましい。なお、図には明示しないが、先端内壁２９の後端側の端部が短軸方向の両側において先端外壁３０の後端側に接続されていることで、開口部Ｖｇ１が厚さ方向の両側に形成されて、これにより狭隘流路Ｖｇが厚さ方向の一側から先端側部２８（液体容器２１）の先端側を経て厚さ方向の他側に到り、流通空間Ｖｆ内に通じて形成されていてもよい。

以下、液体容器２１における先端側部２８の製造について説明する。図７は、本実施形態に係る液体容器の製造工程を示す斜視図である。図８および図９は、本実施形態に係る液体容器の製造工程を示す断面図である。図８は、図４と同方向の断面図であり、図９は、図６と同方向の断面図である。図１０は、本実施形態に係る液体容器の製造工程を示すフローチャートである。図１１は、液体容器の他の製造方法を示す斜視図である。

先端側部２８は、図４および図６に示すように、基部２８Ａと、先端部２８Ｂとを接合して形成される。基部２８Ａは、先端側部２８において、図４および図６にて一点鎖線で区切る後端側の部分であり、先端内壁２９の一部と先端外壁３０の一部とが狭隘流路Ｖｇの開口部Ｖｇ１を形成するように、先端内壁２９の一部と先端外壁３０の一部とが筒状に一体化された部分である。先端部２８Ｂは、先端側部２８において、図４および図６にて一点鎖線で区切る先端側の部分であり、先端内壁２９の一部と先端外壁３０の一部とが狭隘流路Ｖｇを形成するように互いに離隔して設けられる部分であって、荷電粒子線Ｐに向けて配置される部分である。先端部２８Ｂは、本実施形態では先端外壁３０の一部のみで構成される。従って、本実施形態では、図７〜図９に示すように、基部２８Ａは先端内壁２９の全てが含まれ、基部２８Ａは先端外壁３０の一部のみで構成される。なお、先端部２８Ｂは、先端内壁２９の一部と先端外壁３０の一部とを含んでいる場合、先端内壁２９の一部と先端外壁３０の一部とが別体で分かれた構成となる。

基部２８Ａは、削り出し加工により一塊にて一体に形成されている。即ち、本実施形態における基部２８Ａは、図４、図６〜図９に示すように、筒状の先端外壁３０の一部に、腕状と筒状が一体の先端内壁２９の全てが一塊の部材を削り出して形成されている。この削り出し加工の際、図４〜図９に示すように、後端側における先端内壁２９と先端外壁３０との接続部３１は、流通空間Ｖｆ内に現れる段差部分の表面に曲面加工が施される。

先端部２８Ｂは、削り出し加工により一塊にて一体に形成されている。即ち、本実施形態における先端部２８Ｂは、図４、図６〜図９に示すように、腕状の先端外壁３０の一部が一塊の部材を削り出して形成されている。

また、基部２８Ａおよび先端部２８Ｂは、削り出し加工の際、図７〜図９に示すように、互いの溶接部３２に開先３３が形成される。溶接部３２は、荷電粒子線Ｐの照射による液体金属Ｌとの核破砕反応による応力が、荷電粒子線Ｐが照射される先端側で高くなることから、先端部２８Ｂにおいて極力後端側に設けることが好ましい。そのため、本実施形態では、図９に示すように、後端側における先端内壁２９と先端外壁３０との接続部３１の近傍に溶接部３２を配置している。

液体容器２１の製造方法は、図７〜図１０に示すように、基部２８Ａおよび先端部２８Ｂを形成する工程（ステップＳ１）と、先端部２８Ｂの先端外壁３０を基部２８Ａの先端外壁３０に対して周方向に基部２８Ａの先端外壁３０の縁の形状に沿って連続する環状の溶接部３２に沿って溶接により接合する工程（ステップＳ２）と、を含む。

また、ステップＳ２の接合する工程においては、先に電子ビーム溶接により接合する第一接合工程（ステップＳ２ａ）と、第一接合工程の上からＴｉｇ溶接により接合する第二接合工程（ステップＳ２ｂ）と、を含む。

このようにして製造される本実施形態の液体容器２１は、荷電粒子線Ｐが照射される先端側部２８が液体金属Ｌを流通する狭隘流路Ｖｇをなすように先端内壁２９と先端外壁３０との二重構造とされており、先端側部２８は、先端内壁２９と先端外壁３０とが狭隘流路Ｖｇの開口部Ｖｇ１を形成しつつ一体化された基部２８Ａと、先端内壁２９と先端外壁３０とが狭隘流路Ｖｇを形成しつつ互いに離隔して設けられて荷電粒子線Ｐに向けて配置される先端部２８Ｂと、を有しており、先端部２８Ｂの少なくとも先端外壁３０が基部２８Ａの先端外壁３０に対して周方向に沿って連続する溶接部３２を介して接合されている。

この液体容器２１によれば、液体容器２１の外側から連続する溶接部３２を介して先端部２８Ｂを基部２８Ａに接合することから、確実かつ容易に溶接施工を実施することができる。このため、荷電粒子線Ｐの入射時に瞬間的に生じる圧力および熱応力に耐え、狭隘流路Ｖｇの隙間管理２ｍｍ（０，−０．５）を行うことができる。この結果、耐久性を確保しつつ、狭隘流路Ｖｇをなす二重構造を高い精度で形成することができる。しかも、液体容器２１の外側から連続する溶接部３２を介して先端部２８Ｂを基部２８Ａに接合することから、溶接施工の健全性の確認を容易に行うことができる。

ここで、図１１に示すように、液体容器２１の先端側部２８を製造するにあたり、先端内壁２９と先端外壁３０とを完全に独立して形成し、これらを狭隘流路Ｖｇおよび狭隘流路Ｖｇの開口部Ｖｇ１をなすように開口部Ｖｇ１側から２箇所の溶接部３５を介して溶接して接合することが考えられる。しかしながら、図１１に示すような製造においては、溶接部３５が複雑に曲がっていることから、溶接施工が容易ではなく健全性の確認も容易ではない。具体的に、溶接部３５が複雑に曲がっていることから、入熱が少なく先端側部２８の変形が小さい電子ビーム溶接では、ビームを三次元的な軌跡とする必要があるため軌跡に沿ったプログラムによる溶接条件出しが難しく、溶接施工後に欠陥が生じる可能性がある。また、溶接部３５が複雑に曲がっていることから、Ｔｉｇ溶接では、入熱が大きく先端側部２８の変形が懸念され、かつ変形に伴い狭隘流路Ｖｇの隙間管理が困難である。

このような図１１に示す製造に対し、本実施形態の液体容器２１によれば、液体容器２１の外側から連続する溶接部３２を介して先端部２８Ｂを基部２８Ａに二次元的に接合することから、溶接条件出しが容易であり、電子ビーム溶接を含む溶接施工が可能である。従って、入熱による変形が小さく、狭隘流路Ｖｇの隙間管理を行うことができる。さらに、液体容器２１の外側から連続する溶接部３２を介して先端部２８Ｂを基部２８Ａに二次元的に接合することから、健全性の確認が容易になる。

また、本実施形態の液体容器２１では、基部２８Ａの先端内壁２９と先端外壁３０とが削り出し加工により一体化されていることが好ましい。

この液体容器２１によれば、基部２８Ａの先端内壁２９と先端外壁３０とが削り出し加工により一体化されているため、即ち、基部２８Ａの先端内壁２９と先端外壁３０とが、図１１に示したように狭隘流路Ｖｇの開口部Ｖｇ１をなすように開口部Ｖｇ１側から２箇所の溶接部３５を介して溶接して接合するような構成ではないため、溶接施工の入熱による変形や、健全性の確認不足や、狭隘流路Ｖｇの隙間管理不足を生じることがない。

また、本実施形態の液体容器２１では、先端部２８Ｂの先端内壁２９が基部２８Ａの先端内壁２９と削り出し加工により一体化され、溶接部３２が先端部２８Ｂの先端外壁３０と基部２８Ａの先端外壁３０のみを接合していることが好ましい。

この液体容器２１によれば、入熱による変形がさらに小さくなり、狭隘流路Ｖｇの隙間管理をより確実に行うことができ、健全性の確認がより容易になる。

また、本実施形態の液体容器２１では、基部２８Ａの先端内壁２９と先端外壁３０とが一体化される接続部３１の表面に曲面加工が施されていることが好ましい。

この液体容器２１によれば、基部２８Ａの先端内壁２９と先端外壁３０とが一体化される接続部３１の表面に曲面加工が施されていることで、接続部３１における応力緩和を行うことができる。即ち、荷電粒子線Ｐの入射時に瞬間的に生じる圧力および熱応力に十分に耐え得ることができる。

また、本実施形態の液体容器２１では、溶接部３２が基部２８Ａにおける先端内壁２９と先端外壁３０との接続部３１の近傍に配置されていることが好ましい。

この液体容器２１によれば、基部２８Ａにおける先端内壁２９と先端外壁３０との接続部３１は、狭隘流路Ｖｇの開口部Ｖｇ１をなす部分であり先端側部２８の後端側に位置するため、基部２８Ａと先端部２８Ｂとを溶接により接合する溶接部３２を先端側部２８の後端側に位置させることになる。このため、荷電粒子線Ｐが入射する先端側から溶接部３２を遠ざけることができ、荷電粒子線Ｐの入射時に瞬間的に生じる圧力に十分耐え得ることができる。

また、本実施形態の液体容器２１の製造方法は、基部２８Ａおよび先端部２８Ｂを形成する工程と、先端部２８Ｂの少なくとも先端外壁３０を基部２８Ａの先端外壁３０に対して連続する溶接部３２に沿って溶接により接合する工程と、を含む。

この製造方法によれば、液体容器２１の外側から連続する溶接部３２を介して先端部２８Ｂを基部２８Ａに接合することから、確実かつ容易に溶接施工を実施することができる。このため、荷電粒子線Ｐの入射時に瞬間的に生じる圧力および熱応力に耐え、狭隘流路Ｖｇの隙間管理２ｍｍ（０，−０．５）を行うことができる。この結果、耐久性を確保しつつ、狭隘流路Ｖｇをなす二重構造を高い精度で形成することができる。しかも、液体容器２１の外側から連続する溶接部３２を介して先端部２８Ｂを基部２８Ａに接合することから、溶接施工の健全性の確認を容易に行うことができる。

また、本実施形態の液体容器２１の製造方法では、基部２８Ａおよび先端部２８Ｂを形成する工程は、基部２８Ａの前記先端内壁と前記先端外壁とを削り出し加工により一体化して形成することが好ましい。

この製造方法によれば、基部２８Ａが削り出し加工により一体化されているため、即ち、基部２８Ａの先端内壁２９と先端外壁３０とが、図１１に示したように狭隘流路Ｖｇの開口部Ｖｇ１をなすように開口部Ｖｇ１側から２箇所の溶接部３５を介して溶接して接合するような構成ではないため、溶接施工の入熱による変形や、健全性の確認不足や、狭隘流路Ｖｇの隙間管理不足を生じることがない。

また、本実施形態の液体容器２１の製造方法では、先端部２８Ｂの先端内壁２９を基部２８Ａの先端内壁２９に削り出し加工により一体化して形成し、先端部２８Ｂの先端外壁３０と基部２８Ａの先端外壁３０のみを溶接部３２に沿って接合することが好ましい。

この製造方法によれば、溶接部３２が１箇所のみとなるため、入熱による変形がさらに小さくなり、狭隘流路Ｖｇの隙間管理をより確実に行うことができ、健全性の確認がより容易になる。しかも、溶接部３２が１箇所のみとなるため、液体金属Ｌが漏洩するリスクを低減することができる。

また、本実施形態の液体容器２１の製造方法では、先端部２８Ｂと基部２８Ａの接合にあたり、先に電子ビーム溶接により接合する第一接合工程（ステップＳ２ａ）と、第一接合工程の上からＴｉｇ溶接により接合する第二接合工程（ステップＳ２ｂ）と、を含むことが好ましい。

この製造方法によれば、電子ビーム溶接により接合することで、裏波を確保することができ、かつスパッタを抑制することができる。そして、第一接合工程の上からＴｉｇ溶接により接合することで、細かい仕上げを行うことができる。なお、上述したように、Ｔｉｇ溶接は入熱が比較的大きいが、先に第一溶接工程で電子ビーム溶接により接合することで、全てＴｉｇ溶接により接合することと比較して入熱を抑えることができる。

なお、溶接については、上記第一溶接工程および第二溶接工程に限定されるものではない。例えば、電子ビーム溶接のみ、またはＴｉｇ溶接のみであってもよく、あるいはレーザビーム溶接を適用してもよい。

２ ターゲット容器
３ 液体金属供給部
４ タンク
５ 供給流路
６ ポンプ
７ 回収流路
２１ 液体容器
２２ 内側保護容器
２３ 外側保護容器
２４ 供給口
２５ 回収口
２６ ビームダンプ
２７ 案内羽根
２８ 先端側部
２８Ａ 基部
２８Ｂ 先端部
２９ 先端内壁
３０ 先端外壁
３１ 接続部
３２ 溶接部
３３ 開先
３５ 溶接部
１００ 中性子線照射装置
１０２ 加速装置
１０３ 調整装置
１０４ 走査装置
１０５ ターゲット
１０６ 減速装置
１０７ コリメータ
Ｌ 液体金属
Ｎ 中性子線
Ｐ 荷電粒子線
Ｓ 被照射体
Ｖ１ 第一空間
Ｖ２ 第二空間
Ｖｆ 流通空間
Ｖｇ 狭隘流路
Ｖｇ１ 開口部

Claims (9)

1. 高エネルギーの荷電粒子線が照射される液体金属を収容する液体容器であって、
   前記荷電粒子線が照射される先端側部は、先端外壁と、前記先端外壁との間に前記液体金属が流通する狭隘流路をなす先端内壁とを有し、
   前記先端側部は、
   前記先端内壁と前記先端外壁とが前記狭隘流路の開口部を形成しつつ一体化された基部と、
   前記先端内壁と前記先端外壁とが前記狭隘流路を形成しつつ互いに離隔して設けられて前記荷電粒子線に向けて配置される先端部と、
   を有しており、前記先端部の少なくとも前記先端外壁が前記基部の前記先端外壁に対して連続する溶接部を介して接合されている液体容器。
2. 前記基部の前記先端内壁と前記先端外壁とが削り出し加工により一体化されている請求項１に記載の液体容器。
3. 前記先端部の前記先端内壁が前記基部の前記先端内壁と削り出し加工により一体化され、前記溶接部が前記先端部の前記先端外壁と前記基部の前記先端外壁のみを接合している請求項２に記載の液体容器。
4. 前記基部の前記先端内壁と前記先端外壁とが一体化される接続部の表面に曲面加工が施されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の液体容器。
5. 前記溶接部が前記基部における前記先端内壁と前記先端外壁との接続部の近傍に配置されている請求項１〜４のいずれか１つに記載の液体容器。
6. 高エネルギーの荷電粒子線が照射される液体金属を収容する液体容器の製造方法であって、
   前記液体容器は、前記荷電粒子線が照射される先端側部が前記液体金属を流通する狭隘流路をなす先端内壁と先端外壁とを有し、
   前記先端内壁と前記先端外壁とが前記狭隘流路の開口部を形成しつつ一体化された基部と、
   前記先端内壁と前記先端外壁とが前記狭隘流路を形成しつつ互いに離隔して設けられて前記荷電粒子線に向けて配置される先端部と、
   を有しており、
   前記基部および前記先端部を形成する工程と、
   前記先端部の少なくとも前記先端外壁を前記基部の前記先端外壁に対して連続する溶接部に沿って溶接により接合する工程と、
   を含む液体容器の製造方法。
7. 前記基部および前記先端部を形成する工程は、前記基部の前記先端内壁と前記先端外壁とを削り出し加工により一体化して形成する請求項６に記載の液体容器の製造方法。
8. 前記先端部の前記先端内壁を前記基部の前記先端内壁に削り出し加工により一体化して形成し、
   前記先端部の前記先端外壁と前記基部の前記先端外壁のみを前記溶接部に沿って接合する請求項７に記載の液体容器の製造方法。
9. 前記先端部と前記基部の接合にあたり、
   先に電子ビーム溶接により接合する第一接合工程と、
   前記第一接合工程の上からＴｉｇ溶接により接合する第二接合工程と、
   を含む請求項６〜８のいずれか１つに記載の液体容器の製造方法。

Images