JP6741556B2 - ターゲット容器、及びターゲット容器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ターゲット容器、及びターゲット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を水銀等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。ここで、核破砕反応には大量の発熱が伴う。その熱量を除去するために、上記の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（例えば下記特許文献１参照）。ターゲット容器の壁部は、液体金属の冷却及び漏洩防止を目的として、複数層の積層構造を有することが一般的である。より具体的には、下記特許文献１に記載されたターゲットは、液体金属を保持する容器本体と、容器本体を外側から覆う中間殻と、中間殻をさらに外側から覆う外殻とを有する三重構造である。

上記のような三重構造を有するターゲット容器を実際に構築するに当たっては、一例として以下のような構成・方法を採ることが一般的であった。すなわち、容器本体と中間殻とに形成された貫通孔にボルトを挿通することによってこれらを締結するとともに、中間殻の外側に外殻を溶接等によって固定する構成・方法が知られている。

特許第４３９２０９８号公報

しかしながら、上記のような構成では、容器本体や中間殻にボルトを挿通するための貫通孔を形成する必要があることから、当該貫通孔を通じた液体金属の漏洩を生じる可能性がある。特に、核破砕反応が進行する際のターゲット容器の内圧は最大で十数ＭＰａに達することから、貫通孔を通じて液体金属の漏洩が生じやすい。このため、液体金属の漏洩が生じにくいターゲット容器への要請が高まっていた。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、液体金属の漏洩が生じにくいターゲット容器、及びターゲット容器の製造方法を提供することを目的とする。

本発明のターゲット容器は、高エネルギーの陽子を液体金属中に照射することで中性子を発生させるターゲット容器であって、内部に前記液体金属が流通する容器本体と、前記容器本体の外側を覆うとともに、該容器本体との間に第一空間を形成する内側保護容器と、前記内側保護容器の外側を覆うとともに、該内側保護容器との間に第二空間を形成する外側保護容器と、を備え、前記容器本体は、該容器本体の外面から前記内側保護容器側に向かって突出する第一凸部を有し、前記内側保護容器は、該内側保護容器の内面における前記第一凸部と対向する位置に設けられて、該第一凸部に向かって突出する第二凸部、及び該内側保護容器の外面から前記外側保護容器側に向かって突出する第三凸部を有し、前記外側保護容器は、該外側保護容器の内面における前記第三凸部と対向する位置に設けられて、該第三凸部に向かって突出する第四凸部を有し、前記第一凸部と前記第二凸部とを固定する第一固定部と、前記第三凸部と前記第四凸部とを固定する第二固定部と、をさらに備える。

この構成によれば、容器本体の第一凸部と内側保護容器の第二凸部とが第一固定部によって互いに固定され、内側保護容器の第三凸部と外側保護容器の第四凸部とが第二固定部によって互いに固定される。第一固定部、及び第二固定部としては、例えば溶接によって形成される溶接部（溶融池が硬化して形成された部分）を適用することができる。言い換えると、第一凸部、第二凸部、第三凸部、及び第四凸部が形成されていることにより、ボルトやナット等を挿通させるための開口部を設けることなく容器本体、内側保護容器、及び外側保護容器を互いに強固に固定することができる。これにより、液体金属がターゲット容器から漏洩してしまう可能性を低減することができる。

また、ターゲット容器では、前記容器本体の前記第一凸部が形成されている領域の外面に対して直交する方向から見た場合、前記内側保護容器は、前記第二凸部と前記第三凸部とが重ならない位置に設けられてもよい。

この構成によれば、例えば溶接のように熱の入力を伴って第一凸部及び第二凸部を固定し、第三凸部及び第四凸部を固定する場合に、同一箇所における熱疲労の集中を避けることができる。これにより、ターゲット容器の耐久性や構造強度を向上させることができる。
一方で、例えば第一凸部及び第二凸部の設けられる位置と第三凸部及び第四凸部の設けられる位置とが互いに重なっている場合には、狭い領域内に複数回の熱の入力が与えられることから、上記のような熱疲労等の蓄積が大きくなってしまう。

また、ターゲット容器では、前記第一凸部は、先端面が対向する位置に配置された前記第二凸部の先端面と平行であり、前記第三凸部は、先端面が対向する位置に配置された前記第四凸部の先端面と平行であってもよい。

この構成によれば、ターゲット容器の内圧が高まった場合に、第一凸部の先端面と第二凸部の先端面との間、及び第三凸部の先端面と第四凸部の先端面との間で生じる荷重をそれぞれ均一に分散させることができる。したがって、局所的な応力集中による疲労破壊等が生じる可能性を低減することができる。

また、前記内側保護容器は、複数の前記第二凸部が互いに間隔をあけて千鳥状に配列され、前記第三凸部が互いに間隔をあけて千鳥状に配列されてもよい。

この構成によれば、第一凸部（第二凸部、第三凸部、第四凸部）が配列される面内の特定の一方向から複数の第一凸部（第二凸部、第三凸部、第四凸部）を見た場合、これらが千鳥状に配列されていることにより、互いに重なり合うことがない。言い換えると、特定の一方向から見て、全ての第一凸部（第二凸部、第三凸部、第四凸部）を見渡すことができる。したがって、第一凸部（第二凸部、第三凸部、第四凸部）に対して工具等を容易に到達させ、第一固定部（第二固定部）をそれぞれ効率的に形成することができる。
一方で、例えば第一凸部（第二凸部、第三凸部、第四凸部）が格子状に配列されている場合には、特定の一方向から見て複数の第一凸部（第二凸部、第三凸部、第四凸部）が互いに重なり合ってしまうため、ワークの向きを変えて複数の方向から工具等を到達させなければならず、作業効率の低下を招いてしまう。

本発明のターゲット容器の製造方法は、上記のいずれかに記載のターゲット容器を製造するターゲット容器の製造方法であって、前記内側保護容器を前記容器本体の外側に配置する第一配置工程と、前記第一凸部と前記第二凸部とを互いに固定する第一固定工程と、前記外側保護容器を前記内側保護容器の外側に配置する第二配置工程と、前記第三凸部と前記第四凸部とを互いに固定する第二固定工程と、を含む。

この方法によれば、容器本体、内側保護容器、及び外側保護容器を有する三重構造のターゲット容器を容易に製造することができる。

また、ターゲット容器の製造方法は、前記第一固定工程では、電子ビーム溶接によって前記第一凸部と前記第二凸部とを固定し、前記第二固定工程では、電子ビーム溶接によって前記第三凸部と前記第四凸部とを固定してもよい。

この方法によれば、ボルトやナット等を挿通させるための開口部を設けることなく容器本体、内側保護容器、及び外側保護容器を互いに強固に固定することができる。これにより、液体金属がターゲット容器から漏洩してしまう可能性を低減することができる。

本発明によれば、液体金属の漏洩が生じにくいターゲット容器、及びターゲット容器の製造方法を提供することができる。

図１は、本実施形態に係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ターゲット容器の断面図である。 図５は、本発明の実施形態に係るターゲット容器の組み立て前の状態における要部拡大図である。 図６は、本発明の実施形態に係るターゲット容器の組み立て後の状態における要部拡大図である。 図７は、本発明の実施形態に係るターゲット容器の製造方法を示す工程図である。 図８は、本発明の実施形態に係るターゲット容器の製造方法における準備工程を示す図である。 図９は、本発明の実施形態に係るターゲット容器の製造方法における第一配置工程及び第一固定工程を示す図である。 図１０は、本発明の実施形態に係るターゲット容器の製造方法における第一側部取付工程を示す図である。 図１１は、本発明の実施形態に係るターゲット容器の製造方法における第二配置工程及び第二固定工程を示す図である。 図１２は、本発明の実施形態に係るターゲット容器の製造方法における第二側部取付工程を示す図である。 図１３は、本発明の実施形態に係るターゲット容器の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、下記の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、機器又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。本実施形態において、中性子線照射装置１００は、ホウ素中性子捕捉療法（Ｂｏｒｏｎ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｃａｐｔｕｒｅ Ｔｈｅｒａｐｙ：ＢＮＣＴ）に使用される。本実施形態において、中性子線Ｎが照射される被照射体Ｓは患者である。患者にホウ素化合物が投与される。ホウ素化合物が投与された患者の病巣部（照射対象部）に中性子線Ｎが照射される。病巣部に取り込まれたホウ素化合物と、その病巣部に照射された中性子線Ｎとの核反応により、病巣部が治癒される。

図１は、本実施形態に係る中性子線照射装置１００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、円形加速器又は直線加速器を含む。加速装置１０２は、荷電粒子（陽子、電子、又は重粒子）を加速して、荷電粒子線（陽子線、電子線、又は重粒子線）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の進行方向の調整及び荷電粒子線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及び走査装置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１０５、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）、又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（熱中性子又は熱外中性子）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、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。

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を供給流路５を通じてターゲット容器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。

図２及び図３を参照してターゲット容器２の詳細な構成について説明する。図２に示すように、本実施形態に係るターゲット容器２は、おおむね厚肉板状をなすとともに、平面視で略長方形状の外観を呈している。以降の説明では、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（すなわち、長軸方向と直交する方向）を短軸方向と呼ぶ。さらに、長軸方向及び短軸方向に直交する方向を厚さ方向と呼ぶ。

ターゲット容器２は、三重構造の容器である。具体的には、ターゲット容器２は、液体金属Ｌが流通する容器本体２１と、容器本体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。

容器本体２１は、内部（流通空間Ｖｆ）に液体金属Ｌが流通するため、一の部材によって一体に形成されることで液密性・気密性を有している。容器本体２１は、長軸方向における一方側に液体金属供給部３の供給流路５につながる供給口２４と、回収流路７につながる回収口２５と、が形成されている。供給口２４及び回収口２５は、短軸方向に間隔をあけて並ぶとともに、互いに同じ方向（長軸方向一方側）に向かって開口する矩形の孔である。

容器本体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内に設けられている。ビームダンプ２６は中実の部材であり、容器本体２１に入射した荷電粒子線Ｐが後方（長軸方向一方側）へ漏洩することを抑制する。より詳細には、ビームダンプ２６は、供給口２４と回収口２５との間の部分から長軸方向他方側に向かって延びている。ビームダンプ２６の先端部（長軸方向他方側の端部）から容器本体２１の先端部（長軸方向他方側の端部）までの距離は一例として１ｍ程度とされる。また、ビームダンプ２６は、容器本体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。

さらに、容器本体２１は、流通空間Ｖｆ内に液体金属Ｌの流れを案内するための案内羽根２７を有している。一対の案内羽根２７は、長軸方向一方側から他方側に向かうにしたがって、互いに近接するように漸次湾曲している。

容器本体２１は、図４に断面視で示すように、複数の第一凸部Ｔ１を有する。第一凸部Ｔ１は、外面上に当該外面から外側に向かって厚さ方向に突出する突起である。第一凸部Ｔ１は、平面視で（すなわち、容器本体２１の外面に直交する方向から見て）矩形状であり、容器本体２１の外面上で他の第一凸部Ｔ１と間隔をあけて配列されている。なお、本実施形態の複数の第一凸部Ｔ１は、図５又は図６に示すように、任意の直線に沿って等間隔に配列されている。第一凸部Ｔ１は、厚さ方向における寸法が、長軸方向及び短軸方向の全体にわたって一定である。すなわち、第一凸部Ｔ１は、先端面Ａ１（容器本体２１の外面から離間する側の端面）が平坦状である。先端面Ａ１には、後述する内側保護容器２２に設けられた第二凸部Ｔ２の先端面Ａ２が当接・固定される。

内側保護容器２２は、上記の容器本体２１を外側から覆っている。すなわち、内側保護容器２２は、容器本体２１よりも大きな外形寸法を有している。さらに、内側保護容器２２の内面と容器本体２１の外面との間には空間が形成される。内側保護容器２２の内面と容器本体２１の外面との間の空間は、容器本体２１内の液体金属Ｌを遮蔽するための気体が流通する第一空間Ｖ１である。第一空間Ｖ１には、不活性ガス、例えば、ヘリウムが封入される。ターゲット容器２は、使用中にヘリウムの圧力（分圧）を随時監視する機構を備えることが好ましい。ヘリウムの圧力を監視することで、ヘリウム分圧に変化が生じた場合（例えば分圧が低下した場合）に容器本体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。

内側保護容器２２は、内面（容器本体２１と対面する面）の、上記容器本体２１における第一凸部Ｔ１と対向する位置に、それぞれ第二凸部Ｔ２が設けられている。第二凸部Ｔ２は、内側保護容器２２の内面から内側に向かって厚さ方向に突出する突起である。第二凸部Ｔ２は、第一凸部Ｔ１と同様に平面視で矩形状であり、内側保護容器２２の内面上で他の第二凸部Ｔ２と間隔をあけて配列されている。なお、本実施形態では、図５又は図６に示すように、複数の第二凸部Ｔ２は任意の直線に沿って等間隔に配列されている。第二凸部Ｔ２は、厚さ方向における寸法が、長軸方向及び短軸方向の全体にわたって一定である。すなわち、第二凸部Ｔ２は、先端面Ａ２（内側保護容器２２の内面から離間する側の端面）が平坦状である。さらに、第二凸部Ｔ２は、先端面Ａ２が、第一凸部Ｔ１の先端面Ａ１と平行である。なお、２つの面が平行とは、実質的に平行であることを指し、わずかな製造誤差や公差は許容される。

第二凸部Ｔ２は、先端面Ａ２が第一固定部Ｆ１を介して上述した容器本体２１に設けられた第一凸部Ｔ１の先端面Ａ１と固定される。第一固定部Ｆ１は、第一凸部Ｔ１と第二凸部Ｔ２とを電子ビーム溶接することで形成することができる。すなわち、本実施形態における第一固定部Ｆ１とは、溶接によって生じた溶接部（溶融池が硬化した部分）である。なお、第一固定部Ｆ１は、第一凸部Ｔ１と第二凸部Ｔ２との一部としてもよい。

さらに、内側保護容器２２は、外面上に当該外面から外側に向かって厚さ方向に突出する複数の第三凸部Ｔ３が設けられている。第三凸部Ｔ３は、外面上に当該外面から外側に向かって厚さ方向に突出する突起である。第三凸部Ｔ３は、平面視で矩形状であり、内側保護容器２２の外面上で互いに間隔をあけて配列されている。なお、本実施形態では、図５又は図６に示すように、複数の第三凸部Ｔ３は、任意の直線に沿って等間隔に配列されている。第三凸部Ｔ３は、厚さ方向における寸法が、長軸方向及び短軸方向の全体にわたって一定となる。すなわち、第三凸部Ｔ３は、先端面Ａ３（内側保護容器２２の外面から離間する側の端面）が平坦状である。先端面Ａ３には、後述する外側保護容器２３に設けられた第四凸部Ｔ４の先端面Ａ４が第二固定部Ｆ２を介して当接し、固定される。

内側保護容器２２は、図５又は図６に示すように、厚さ方向から見て第二凸部Ｔ２の設けられる位置と第三凸部Ｔ３の設けられる位置とが互いに異なっている。言い換えると、長軸方向と短軸方向とがなす面内において、第二凸部Ｔ２と第三凸部Ｔ３とは互いに重なり合っていない。

また、内側保護容器２２は、図４に示すように、複数の部材を組み合わせて形成することができる。内側保護容器２２は、厚さ方向における両面をなす一対の平板部２２Ｆと、これら一対の平板部２２Ｆ同士の端縁同士を接続する一対の側部２２Ｓと、を有している。平板部２２Ｆの端縁と側部２２Ｓの端縁とは、例えば電子ビーム溶接によって接続され、固定されている。本実施形態の内側保護容器２２は、上述した第二凸部Ｔ２、及び第三凸部Ｔ３が、平板部２２Ｆにのみ設けられており、側部２２Ｓには設けられていない。

外側保護容器２３は、上記の内側保護容器２２を外側から覆っている。すなわち、外側保護容器２３は、内側保護容器２２よりも大きな外形寸法を有している。さらに、外側保護容器２３の内面と内側保護容器２２の外面との間には空間が形成される。外側保護容器２３の内面と内側保護容器２２の外面との間の空間は、容器本体２１内の液体金属Ｌを冷却するための冷却水が流通する第二空間Ｖ２である。

外側保護容器２３の内面であって、上記内側保護容器２２における第三凸部Ｔ３と対向する位置には、それぞれ第四凸部Ｔ４が設けられている。第四凸部Ｔ４は、外側保護容器２３の内面から内側に向かって厚さ方向に突出する突起である。第三凸部Ｔ３と同様に、これら第四凸部Ｔ４は、平面視で矩形状をなしており、外側保護容器２３の内面上で互いに間隔をあけて配列されている。なお、本実施形態では、図５又は図６に示すように、複数の第四凸部Ｔ４は任意の直線に沿って等間隔に配列されている。厚さ方向における第四凸部Ｔ４の寸法は、長軸方向及び短軸方向の全体にわたって一定である。すなわち、第四凸部Ｔ４の先端面Ａ４（外側保護容器２３の内面から離間する側の端面）は平坦状である。さらに、第四凸部Ｔ４は、先端面Ａ４が第三凸部Ｔ３の先端面Ａ３と平行である。

第四凸部Ｔ４は、先端面Ａ４が、第二固定部Ｆ２を介して、内側保護容器２２に設けられた第三凸部Ｔ３の先端面Ａ３に固定される。第二固定部Ｆ２は、第三凸部Ｔ３の先端面Ａ３と第四凸部Ｔ４の先端面Ａ４とを電子ビーム溶接することで形成できる。すなわち、上述の第一固定部Ｆ１と同様に、本実施形態における第二固定部Ｆ２とは、溶接によって生じた溶接部（溶融池が硬化した部分）である。

外側保護容器２３は、図４に示すように、複数の部材を組み合わせることによって形成することができる。外側保護容器２３は、厚さ方向における両面をなす一対の平板部２３Ｆと、これら一対の平板部２３Ｆ同士の端縁同士を厚さ方向に接続する一対の側部２３Ｓと、を有する。平板部２３Ｆの端縁と側部２３Ｓの端縁とは、例えば電子ビーム溶接によって互いに固定・接続されている。上述した第四凸部Ｔ４は、平板部２３Ｆにのみ設けられており、側部２３Ｓには第四凸部Ｔ４は設けられていない。

続いて、ターゲット容器２の製造方法について、図７から図１２を参照して説明する。図７に示すように、本実施形態に係るターゲット容器２の製造方法は、準備工程Ｓ１と、第一配置工程Ｓ２と、第一固定工程Ｓ３と、第一側部取付工程Ｓ４と、第二配置工程Ｓ５と、第二固定工程Ｓ６と、第二側部取付工程Ｓ７と、仕上工程Ｓ８と、を有する。

図８に示すように、準備工程Ｓ１では、上述した容器本体２１を準備する。容器本体２１を得るに当たっては例えばプレスによる絞り加工等が好適に用いられる。また、この段階で容器本体２１には、第一凸部Ｔ１、及び案内羽根２７が設けられていることが望ましい。

準備工程Ｓ１の次に第一配置工程Ｓ２を実行する。図９に示すように、第一配置工程Ｓ２では、容器本体２１の外側に、内側保護容器２２の平板部２２Ｆを配置する。より具体的には、平板部２２Ｆに形成された第二凸部Ｔ２を、容器本体２１に形成された第一凸部Ｔ１に対向させるようにして両者の位置を決定する。

続いて、第一配置工程Ｓ２の次に第一固定工程Ｓ３を実行する。第一固定工程Ｓ３では、互いに対向するようにして配置された第一凸部Ｔ１と第二凸部Ｔ２とを、第一固定部Ｆ１によって固定する（図９参照）。第一固定部Ｆ１を形成するに当たっては電子ビーム溶接が好適に用いられる。なお、第一固定部Ｆ１を形成するための工法は電子ビーム溶接に限定されず、作業スペースが許す限りにおいては例えばアーク溶接やレーザービーム溶接等を用いることができる。

第一固定工程Ｓ３の次に、第一側部取付工程Ｓ４を実行する。図１０に示すように、第一側部取付工程Ｓ４では、平板部２２Ｆの端縁に対して、それぞれ側部２２Ｓが固定される。平板部２２Ｆと側部２２Ｓとを固定するに当たっては電子ビーム溶接が好適に用いられる。この第一側部取付工程Ｓ４に続いて、第二配置工程Ｓ５を実行する。図１１に示すように、第二配置工程Ｓ５では、内側保護容器２２の平板部２２Ｆの外側に、外側保護容器２３の平板部２３Ｆをそれぞれ配置する。より具体的には、平板部２３Ｆに形成された第四凸部Ｔ４を、内側保護容器２２の平板部２２Ｆに形成された第三凸部Ｔ３に対向させるようにして両者の位置を決定する。

続いて、第二固定工程Ｓ６を実行する。第二固定工程Ｓ６では、互いに対向するようにして配置された第三凸部Ｔ３と第四凸部Ｔ４とを、第二固定部Ｆ２によって固定する（図１１）。第二固定部Ｆ２を形成するに当たっては電子ビーム溶接が好適に用いられる。なお、第二固定部Ｆ２を形成するための工法は電子ビーム溶接に限定されず、作業スペースが許す限りにおいては例えばアーク溶接やレーザービーム溶接等を用いることができる。

第二固定工程Ｓ６の次に、第二側部取付工程Ｓ７を実行する。図１２に示すように、第二側部取付工程Ｓ７では、平板部２３Ｆの端縁に対して、それぞれ側部２３Ｓが固定される。平板部２３Ｆと側部２３Ｓとを固定するに当たっては電子ビーム溶接が好適に用いられる。最後に、仕上工程Ｓ８を実行する。仕上工程Ｓ８では、必要に応じて外側保護容器２３の外面等に生じた意図せぬ凹凸や溶接痕等を除去する。

次に、本実施形態に係るターゲット容器２（及び中性子線照射装置１００）の取り扱い方法（作用・効果）について説明する。中性子線照射装置１００を運転するに当たっては、まずターゲット容器２内に液体金属Ｌを予め流通させた状態にする。具体的には、ポンプ６（図２参照）を駆動して、タンク４内の液体金属Ｌをターゲット容器２（容器本体２１）内に供給する。供給口２４を通じて容器本体２１の内部に流れ込んだ液体金属Ｌは、案内羽根２７によって案内されつつ、長軸方向一方側から他方側に向かって流れた後、容器本体２１の先端部（すなわち、長軸方向他方側の端部）で反転し、長軸方向他方側から一方側に向かって流れる。その後、回収口２５に達した液体金属Ｌは、回収流路７を経て再びポンプ６内に貯留される。

タンク４とターゲット容器２との間を循環する中途で、液体金属Ｌに荷電粒子線Ｐが照射される。より詳細には、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が生じる。核破砕反応によって生じた中性子は適宜外部に取り出されて研究や医療等の利用に供される。

ところで、核破砕反応が進行する際のターゲット容器２の内圧は最大で十数ＭＰａに達することが知られている。そこで、本実施形態に係るターゲット容器２は上述のような構成を採っている。すなわち、上述の構成では、容器本体２１の第一凸部Ｔ１と内側保護容器２２の第二凸部Ｔ２とが第一固定部Ｆ１によって互いに固定され、内側保護容器２２の第三凸部Ｔ３と外側保護容器２３の第四凸部Ｔ４とが第二固定部Ｆ２によって互いに固定される。

第一固定部Ｆ１、及び第二固定部Ｆ２としては、例えば溶接によって形成される溶接部（溶融池が硬化して形成された部分）を適用することができる。言い換えると、第一凸部Ｔ１、第二凸部Ｔ２、第三凸部Ｔ３、及び第四凸部Ｔ４が形成されていることにより、ボルトやナット等を挿通させるための開口部を設けることなく容器本体２１、内側保護容器２２、及び外側保護容器２３を互いに強固に固定することができる。これにより、たとえ内圧が高まった場合であっても、液体金属Ｌがターゲット容器２から漏洩してしまう可能性を低減することができる。

さらに、本実施形態に係るターゲット容器２は、容器本体２１の第一凸部Ｔ１が形成されている領域の外面に対して直交する方向から見た場合、第一凸部Ｔ１及び第二凸部Ｔ２の設けられる位置と第三凸部Ｔ３及び第四凸部Ｔ４の設けられる位置とが互いに異なっている。

この構成によれば、例えば溶接のように熱の入力を伴って第一凸部Ｔ１及び第二凸部Ｔ２を固定し、第三凸部Ｔ３及び第四凸部Ｔ４を固定する場合に、同一箇所における熱疲労の集中を避けることができる。これにより、ターゲット容器２の耐久性や構造強度を向上させることができる。

一方で、例えば第一固定部Ｆ１の設けられる位置と第二固定部Ｆ２の設けられる位置とが互いに重なっている場合には、狭い領域内に複数回の熱の入力が与えられることから、上記のような熱疲労等の蓄積が大きくなってしまう。

加えて、本実施形態に係るターゲット容器２では、第一凸部Ｔ１の先端面Ａ１と第二凸部Ｔ２の先端面Ａ２とが互いに平行をなし、第三凸部Ｔ３の先端面Ａ３と第四凸部Ｔ４の先端面Ａ４とが互いに平行である。

この構成によれば、ターゲット容器２の内圧が高まった場合に、第一凸部Ｔ１の先端面Ａ１と第二凸部Ｔ２の先端面Ａ２との間、及び第三凸部Ｔ３の先端面Ａ３と第四凸部Ｔ４の先端面Ａ４との間で生じる荷重をそれぞれ均一に分散させることができる。したがって、局所的な応力集中による疲労破壊等が生じる可能性を低減することができる。

さらに加えて、本実施形態に係るターゲット容器２の製造方法によれば、容器本体２１、内側保護容器２２、及び外側保護容器２３を有する三重構造のターゲット容器２を容易に製造することができる。特に、上述した電子ビーム溶接を用いた方法によれば、ボルトやナット等を挿通させるための開口部を設けることなく容器本体２１、内側保護容器２２、及び外側保護容器２３を互いに強固に固定することができる。これにより、例えば上記の開口部を通じて液体金属Ｌがターゲット容器２から漏洩してしまう可能性を低減することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明した。なお、上記実施形態は一例にすぎず、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいては、上記構成・方法に種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、図５又は図６に示すように、第一凸部Ｔ１、第二凸部Ｔ２、第三凸部Ｔ３、及び第四凸部Ｔ４が、それぞれ任意の直線に沿って等間隔に配列されている例について説明した。しかしながら、第一凸部Ｔ１、第二凸部Ｔ２、第三凸部Ｔ３、及び第四凸部Ｔ４の配置はこの例に限定されない。他の例（変形例）として、図１３に示すように、第一凸部Ｔ１（第二凸部Ｔ２、第三凸部Ｔ３、及び第四凸部Ｔ４）を互いに間隔をあけて千鳥状に配置することも可能である。言い換えると、複数の第一凸部Ｔ１（第二凸部Ｔ２、第三凸部Ｔ３、第四凸部Ｔ４）は、容器本体２１の外面上で、当該外面に沿う方向である第一方向Ｄ１に等間隔をあけて配列された第一列Ｌ１と、第一列Ｌ１と平行に配列された第二列Ｌ２と、を有し、第一方向Ｄ１と直交する第二方向Ｄ２から見て、第一凸部Ｔ１（第二凸部Ｔ２、第三凸部Ｔ３、第四凸部Ｔ４）の設けられる位置が第一列Ｌ１と第二列Ｌ２とで互いに異なっていてもよい。

この構成によれば、第一凸部Ｔ１（第二凸部Ｔ２、第三凸部Ｔ３、第四凸部Ｔ４）が配列される面内の特定の一方向（例えば上記の第二方向Ｄ２）から複数の第一凸部Ｔ１（第二凸部Ｔ２、第三凸部Ｔ３、第四凸部Ｔ４）を見た場合、これらが千鳥状に配列されていることにより、互いに重なり合うことがない。言い換えると、特定の一方向から見て、全ての第一凸部Ｔ１（第二凸部Ｔ２、第三凸部Ｔ３、第四凸部Ｔ４）を見渡すことができる。したがって、これら第一凸部Ｔ１、第二凸部Ｔ２、第三凸部Ｔ３、及び第四凸部Ｔ４に対して工具や溶接用のビーム等を容易に到達させ、第一固定部Ｆ１（第二固定部Ｆ２）をそれぞれ効率的に形成することができる。

一方で、例えば第一凸部Ｔ１、第二凸部Ｔ２、第三凸部Ｔ３、及び第四凸部Ｔ４がそれぞれ格子状に配列されている場合には、特定の一方向（例えば、上記の第二方向Ｄ２）から見て複数の第一凸部Ｔ１（第二凸部Ｔ２、第三凸部Ｔ３、第四凸部Ｔ４）が互いに重なり合ってしまうため、ワークの向きを変えて複数の方向から工具等を到達させなければならず、作業効率の低下を招いてしまう。

また、上記の実施形態では、第一凸部Ｔ１が容器本体２１に一体に設けられ、第二凸部Ｔ２及び第三凸部Ｔ３が内側保護容器２２に一体に設けられ、第四凸部Ｔ４が外側保護容器２３に一体に設けられている構成について説明した。しかしながら、第一凸部Ｔ１、第二凸部Ｔ２、第三凸部Ｔ３、及び第四凸部Ｔ４の配置はこの例に限定されない。他の例（変形例）として、第一凸部Ｔ１、第二凸部Ｔ２、第三凸部Ｔ３、及び第四凸部Ｔ４が、それぞれ容器本体２１、内側保護容器２２、外側保護容器２３とは独立した別の部材によって形成された構成を採ることも可能である。また、この場合にも第一凸部Ｔ１と容器本体２１、第二凸部Ｔ２、及び第三凸部Ｔ３と内側保護容器２２、第四凸部Ｔ４と外側保護容器２３を互いに固定するに当たって、電子ビーム溶接が好適に用いられる。

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 容器本体
２２ 内側保護容器
２２Ｆ 平板部
２２Ｓ 側部
２３ 外側保護容器
２３Ｆ 平板部
２３Ｓ 側部
２４ 供給口
２５ 回収口
２６ ビームダンプ
２７ 案内羽根
Ａ１ 先端面
Ａ２ 先端面
Ａ３ 先端面
Ａ４ 先端面
Ｄ１ 第一方向
Ｄ２ 第二方向
Ｆ１ 第一固定部
Ｆ２ 第二固定部
Ｌ 液体金属
Ｌ１ 第一列
Ｌ２ 第二列
Ｐ 荷電粒子線
Ｓ１ 準備工程
Ｓ２ 第一配置工程
Ｓ３ 第一固定工程
Ｓ４ 第一側部取付工程
Ｓ５ 第二配置工程
Ｓ６ 第二固定工程
Ｓ７ 第二側部取付工程
Ｓ８ 仕上工程
Ｔ１ 第一凸部
Ｔ２ 第二凸部
Ｔ３ 第三凸部
Ｔ４ 第四凸部
Ｖ１ 第一空間
Ｖ２ 第二空間
Ｖｆ 流通空間
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

Claims (6)

1. 高エネルギーの陽子を液体金属中に照射することで中性子を発生させるターゲット容器であって、
   内部に前記液体金属が流通する容器本体と、
   前記容器本体の外側を覆うとともに、該容器本体との間に第一空間を形成する内側保護容器と、
   前記内側保護容器の外側を覆うとともに、該内側保護容器との間に第二空間を形成する外側保護容器と、
   を備え、
   前記容器本体は、該容器本体の外面から前記内側保護容器側に向かって突出する第一凸部を有し、
   前記内側保護容器は、該内側保護容器の内面における前記第一凸部と対向する位置に設けられて、該第一凸部に向かって突出する第二凸部、及び該内側保護容器の外面から前記外側保護容器側に向かって突出する第三凸部を有し、
   前記外側保護容器は、該外側保護容器の内面における前記第三凸部と対向する位置に設けられて、該第三凸部に向かって突出する第四凸部を有し、
   前記第一凸部と前記第二凸部とを固定する第一固定部と、
   前記第三凸部と前記第四凸部とを固定する第二固定部と、をさらに備えるターゲット容器。
2. 前記容器本体の前記第一凸部が形成されている領域の外面に対して直交する方向から見た場合、前記内側保護容器は、前記第二凸部と前記第三凸部とが重ならない位置に設けられる請求項１に記載のターゲット容器。
3. 前記第一凸部は、先端面が対向する位置に配置された前記第二凸部の先端面と平行であり、
   前記第三凸部は、先端面が対向する位置に配置された前記第四凸部の先端面と平行である請求項１又は２に記載のターゲット容器。
4. 前記内側保護容器は、複数の前記第二凸部が互いに間隔をあけて千鳥状に配列され、前記第三凸部が互いに間隔をあけて千鳥状に配列される請求項１から３のいずれか一項に記載のターゲット容器。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のターゲット容器を製造するターゲット容器の製造方法であって、
   前記内側保護容器を前記容器本体の外側に配置する第一配置工程と、
   前記第一凸部と前記第二凸部とを互いに固定する第一固定工程と、
   前記外側保護容器を前記内側保護容器の外側に配置する第二配置工程と、
   前記第三凸部と前記第四凸部とを互いに固定する第二固定工程と、
   を含むターゲット容器の製造方法。
6. 前記第一固定工程では、電子ビーム溶接によって前記第一凸部と前記第二凸部とを固定し、
   前記第二固定工程では、電子ビーム溶接によって前記第三凸部と前記第四凸部とを固定する請求項５に記載のターゲット容器の製造方法。

Images