JP6779857B2 - 反応物質核から反応生成物核を生成する装置、中性子源を用いて反応物質核から反応生成物核を生成するシステム、中性子源を使用して反応物質核から反応生成物核を生成する装置を用いて、中性子源を使用して反応物質核から反応生成物核を生成する方法、中性子源を使用して反応物質核から崩壊生成物核を生成する装置を用いて、中性子源を使用して反応物質核から崩壊生成物核を生成する方法 - Google Patents
反応物質核から反応生成物核を生成する装置、中性子源を用いて反応物質核から反応生成物核を生成するシステム、中性子源を使用して反応物質核から反応生成物核を生成する装置を用いて、中性子源を使用して反応物質核から反応生成物核を生成する方法、中性子源を使用して反応物質核から崩壊生成物核を生成する装置を用いて、中性子源を使用して反応物質核から崩壊生成物核を生成する方法 Download PDFInfo
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Description
モリブデン−98原子核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は約1%より大きいものとする。モリブデン−98の質量は約100kg未満であり、また減速材核の質量は少なくとも1kgとする。前記組み合わせに中性子を照射し、前記中性子を前記反応物質核が捕獲するとき放射性反応生成物核を生成する。
1)原子炉又は臨界未満集合体のどちらでもない中性子源を使用する、
2)減速材核の選択による意図した反応物質核で中性子捕獲の確率を高める、
3)中性子反射器を使用して、散逸する又は漏洩する中性子を反応チャンバに回帰させる、
4)随意的に、中性子捕獲の温度増大、好適には、中性子捕獲の低温増大を使用する、
ことによって、実施することができる。
中性子効率=(反応生成物核の生成率)/(中性子生成率)
である。この定義に関して、上述の生成率は、動作期間中、より具体的には、中性子が生成されているときの動作期間中に観測されるものと理解されたい。この定義に関して、さらに、分母の「中性子生成率」における中性子は、二次的反応(例えば、(n, xn)反応のような)に起因して逐次に生成される中性子ではなく、初期的に生成される中性子を意味するものと理解されたい。初期的に生成される中性子は、例えば、装置外部を起源としてその後に装置に入射する中性子、及びDT反応又は破砕反応のような荷電粒子反応の作用によって装置内で生成した中性子の双方を含む。それに続く中性子増殖、例えば、(n, xn)反応は、分母を増大することには関与しない。さらに、この定義に関して、分子及び分母における率は、時間、日数又はそれ以上のような長期間の時間単位よりも、短い時間インターバル、好適には分、及びより好適には秒にわたって平均をとったものと理解されたい。上述の率は、時間単位のような長期間の時間スパンにわたって平均をとったものではなく、瞬間的な率の文脈で考慮すべきである。
中性子効率=(反応生成物核の生成率)/(中性子生成率)
であり、反応物質核が98Moからなる場合、反応生成物核は99Moである。しかし、若干のモデルでは、反応物質核の温度を変化させることによって30%よりも高い効率が得られることを示した。
Claims (39)
- 反応物質核から反応生成物核を生成する装置において、
複数の反応物質核及び複数の減速材核であって、前記減速材核は、重水素及びベリリウムからなるグループから選択される原子の核を含むものとする、該複数の反応物質核及び複数の減速材核と、
中性子放出器、中性子発生器又は中性子生成装置である中性子源であって、中性子捕獲によって反応生成物核を生成するのに十分な程度に前記反応物質核に近接する、該中性子源と
を備え、
前記反応物質核はモリブデン−98を含み、
モリブデン−98原子核の中性子捕獲率を前記中性子源の中性子生成率で割った値は1%より大きく、
モリブデン−98の質量は1000kg未満であり、また
前記減速材核の質量は少なくとも1kgであり、
前記反応物質核から反応生成物核を生成する装置は、加速粒子が中心標的に入射するとき中性子を放出するように構成される前記中心標的と、数個の同心円状の層であって、前記同心円状の層のうちの1つはモリブデン−98の前記反応物質核であり、前記同心円状の層のうちのいくつかは重水素の前記減速材核である数個の同心円状の層とを備え、さらに、前記装置の少なくとも2つの異なる層を異なる温度に維持できる温度制御を備え、
少なくとも1つの層を250゜K(ケルビン)より低い温度に冷却する、装置。 - 請求項1記載の装置において、前記モリブデン−98の質量は100kg未満である、装置。
- 請求項1記載の装置において、前記モリブデン−98の質量は25kg未満である、装置。
- 請求項2記載の装置において、前記反応物質核の前記中性子捕獲率を前記中性子源の中性子生成率で割った値は5%より大きい、装置。
- 請求項1記載の装置において、前記温度制御は極低温流体を用いる、装置。
- 請求項1記載の装置において、さらに、前記複数の反応物質核及び減速材核を少なくとも部分的に包囲する少なくとも1つの中性子反射器を備え、前記中性子反射器は減速材核を含み、また前記中性子反射器の厚さは、20センチメートルより大きく、15メートル未満とする、装置。
- 請求項1記載の装置において、さらに、反応物質核をより高い密度で含む領域に向けて中性子を反射する外側中性子反射器及び内側中性子反射器の双方を備える、装置。
- 請求項1記載の装置において、前記複数の反応物質核及び減速材核を1つ又は複数のほぼ平行な層間に配置し、また、少なくとも1つの層は、元素組成、化学種の濃度、密度又は温度の点で他の層と明確に異なるものとする、装置。
- 請求項1記載の装置において、さらに、加速粒子が衝突するとき中性子を放出するよう構成した標的を備え、
前記標的は、重水素、三重水素、ヘリウム−4、リチウム−7、ベリリウム、ボロン−11、炭素、窒素−15、酸素、フッ素、ネオン−20、ネオン−22、タンタル、タングステン、鉛、水銀、タリウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、及び他の超ウランからなるグループから選択した原子を含み、
前記加速粒子はアクセスチャンネルから前記装置に進入し、前記アクセスチャンネルは、前記アクセスチャンネルに衝突する前記加速粒子のうち50パーセントより多くの加速粒子を受け入れるよう構成する、装置。 - 反応物質核から反応生成物核を生成する装置において、
中性子放出器、中性子発生器又は中性子生成装置である中性子源と、
第1平均微視的熱中性子捕獲断面積を有する複数の第1の反応物質核と、
同位体の核種が中性子源から放出された全中性子のうち少なくとも1%を捕獲するものであり、反応物質核ではない該同位体からなる同位体集合と、
すべての核が前記同位体集合からなる複数の第2の核であって、前記第2の核の少なくとも90%が前記反応物質核における任意の反応物質核の微視的熱中性子捕獲断面積よりも小さい微視的熱中性子捕獲断面積を有し、また前記複数の第2核の総質量は1キログラムより大きい、該複数の第2の核と、
を備え、
前記複数の第2の核は、重水素及びベリリウムからなるグループから選択される原子の核を含むものとし、
また、前記中性子源は、中性子捕獲によって反応生成物核を生成するのに十分な程度に前記反応物質核に近接して配置し、
前記反応物質核はモリブデン−98を含み、
前記反応物質核から反応生成物核を生成する装置は、加速粒子が中心標的に入射するとき中性子を放出するように構成される前記中心標的と、数個の同心円状の層であって、前記同心円状の層のうちの1つはモリブデン−98の前記反応物質核であり、前記同心円状の層のうちのいくつかは重水素の前記減速材核である数個の同心円状の層とを備え、さらに、前記装置の少なくとも2つの異なる層を異なる温度に維持できる温度制御を備え、
少なくとも1つの層を250゜K(ケルビン)より低い温度に冷却する、装置。 - 請求項10記載の装置において、前記反応物質核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は1%より大きい、装置。
- 請求項10記載の装置において、前記反応物質核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は5%より大きい、装置。
- 請求項10記載の装置において、前記装置は、さらに、モリブデン−99反応生成物核、及びテクネチウム−99m崩壊生成物核を備える、装置。
- 請求項10記載の装置において、前記温度制御は極低温流体を用いる、装置。
- 請求項10記載の装置において、さらに、前記複数の第1の反応物質核及び前記複数の第2の核を少なくとも部分的に包囲する少なくとも1つの中性子反射器を備え、前記中性子反射器は前記複数の第2の核を有し、また前記中性子反射器の厚さは、20センチメートルより大きく、かつ15メートル未満とする、装置。
- 請求項10記載の装置において、さらに、反応物質核をより高い密度で含む前記複数の反応物質核の領域に向けて中性子を反射する外側中性子反射器及び内側中性子反射器の双方を備える、装置。
- 請求項10記載の装置において、さらに、加速粒子が衝突するとき中性子を放出するよう構成した標的を備え、前記標的は、重水素、三重水素、ヘリウム−4、リチウム−7、ベリリウム、ボロン−11、炭素、窒素−15、酸素、フッ素、ネオン−20、ネオン−22、タンタル、タングステン、鉛、水銀、タリウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、及び他の超ウランからなるグループから選択した原子を含み、
前記加速粒子はアクセスチャンネルから前記装置に進入し、前記アクセスチャンネルは、前記アクセスチャンネルに衝突する前記加速粒子のうち50パーセントより多くの加速粒子を受け入れるよう構成する、装置。 - 中性子源を使用して反応物質核から崩壊生成物核を生成する装置を用いて、中性子源を使用して反応物質核から崩壊生成物核を生成する方法において、
中性子を発生させるステップと、
第1平均微視的熱中性子捕獲断面積を有する複数の第1の反応物質核を準備するステップと、
同位体の核種が中性子源から放出された全中性子のうち少なくとも1%を捕獲するものであり、反応物質核ではない該同位体からなる同位体集合を準備するステップと、
すべての核が前記同位体集合からなる複数の第2の核であって、前記第2の核の少なくとも90%が前記反応物質核における任意の反応物質核の微視的熱中性子捕獲断面積よりも小さい微視的熱中性子捕獲断面積を有し、また前記複数の第2核の総質量が1キログラムより大きい、該複数の第2の核を準備するステップと、
前記中性子が前記反応物質核によって捕獲されるとき反応生成物核を生成するよう前記中性子を前記複数の反応物質核に照射するステップと、
前記反応生成物同位体の放射性崩壊によって生成される崩壊生成物核を前記複数の反応物質核から抽出するステップと、
を有し、
前記複数の第2の核は、重水素及びベリリウムからなるグループから選択される原子の核を含むものとし、
前記反応物質核はモリブデン−98を含み、
前記装置は加速粒子が中心標的に入射するとき中性子を放出するように構成される前記中心標的と、数個の層であって、同心円状の層のうちの1つはモリブデン−98の前記反応物質核であり、前記同心円状の層のうちのいくつかは重水素の前記減速材核である数個の層とを備え、前記中性子源を使用して反応物質核から崩壊生成物核を生成する方法において、さらに、前記装置の少なくとも2つの異なる層を異なる温度に維持できる温度制御を使用するステップを備え、
少なくとも1つの層を250゜K(ケルビン)より低い温度に冷却する、方法。 - 請求項18記載の方法において、前記中性子は原子炉又は未臨界原子炉によって生成する、方法。
- 請求項18記載の方法において、前記中性子は中性子放出器、中性子発生器又は中性子生成装置である源によって生成する、方法。
- 請求項18記載の方法において、
前記崩壊生成物核はテクネチウム−99mを含み、また
前記反応物質核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は1%より大きい、方法。 - 請求項18記載の方法において、さらに、前記複数の第1の反応物質核及び前記複数の第2の核を少なくとも1つの中性子反射器によって少なくとも部分的に包囲するステップを有し、前記中性子反射器は前記複数の第2の核を有し、また前記中性子反射器の厚さは、20センチメートルより大きく、かつ15メートル未満とする、方法。
- 請求項18記載の方法において、さらに、反応物質核をより高い密度で含む領域に向けて中性子を反射する外側中性子反射器及び内側中性子反射器の双方を設けるステップを有する、方法。
- 請求項18記載の方法において、前記温度制御は極低温流体を用いる、方法。
- 請求項18記載の方法において、さらに、加速粒子が衝突するとき中性子を放出するよう標的を構成するステップを有し、
前記標的は、重水素、三重水素、ヘリウム−4、リチウム−7、ベリリウム、ボロン−11、炭素、窒素−15、酸素、フッ素、ネオン−20、ネオン−22、タンタル、タングステン、鉛、水銀、タリウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、及び他の超ウランからなるグループから選択した原子を含み、
前記加速粒子はアクセスチャンネルから装置に進入し、前記アクセスチャンネルは、前記アクセスチャンネルに衝突する前記加速粒子のうち50パーセントより多くの加速粒子を受け入れるよう構成する、方法。 - 中性子源を用いて反応物質核から反応生成物核を生成するシステムにおいて、
複数の反応物質核及び複数の減速材核であって、前記減速材核は、重水素及びベリリウムからなるグループから選択される原子の核を含むものとする、該複数の反応物質核及び複数の減速材核と、
中性子源と
を備え、
前記反応物質核はモリブデン−98を含み、
モリブデン−98原子核の中性子捕獲率を前記中性子源の中性子生成率で割った値は1%より大きく、
モリブデン−98の質量は100kg未満であり、また
減速材核の質量は少なくとも1kgであり、
前記中性子源を用いて反応物質核から反応生成物核を生成するシステムは、加速粒子が中心標的に入射するとき中性子を放出するように構成される前記中心標的と、数個の同心円状の層であって、前記同心円状の層のうちの1つはモリブデン−98の前記反応物質核であり、前記同心円状の層のうちのいくつかは重水素の前記減速材核である数個の同心円状の層とを備え、さらに、前記システムの少なくとも2つの異なる層を異なる温度に維持できる温度制御を備え、
少なくとも1つの層を250゜K(ケルビン)より低い温度に冷却する、システム。 - 請求項26記載のシステムにおいて、前記中性子源は、原子炉又は未臨界原子炉とする、システム。
- 請求項26記載のシステムにおいて、前記中性子は、中性子放出器、中性子発生器又は中性子生成装置である源によって生成する、システム。
- 請求項26記載のシステムにおいて、さらに、加速粒子が衝突するとき中性子を放出するよう構成した標的を備え、
前記標的は、重水素、三重水素、ヘリウム−4、リチウム−7、ベリリウム、ボロン−11、炭素、窒素−15、酸素、フッ素、ネオン−20、ネオン−22、タンタル、タングステン、鉛、水銀、タリウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、及び他の超ウランからなるグループから選択した原子を含み、
前記加速粒子はアクセスチャンネルから前記システムに進入し、前記アクセスチャンネルは、前記アクセスチャンネルに衝突する前記加速粒子のうち50パーセントより多くの加速粒子を受け入れるよう構成する、システム。 - 請求項26記載のシステムにおいて、さらに、減速材核を含む少なくとも1つの中性子反射器を備え、前記中性子反射器は、前記複数の反応物質核及び前記複数の減速材核を少なくとも部分的に包囲し、また前記中性子反射器の厚さは、20センチメートルより大きく、15メートル未満とする、システム。
- 請求項26記載のシステムにおいて、さらに、反応物質核をより高い密度で含む前記複数の反応物質核の領域に向けて中性子を反射する外側中性子反射器及び内側中性子反射器の双方を備える、システム。
- 請求項26記載のシステムにおいて、前記温度制御は極低温流体を用いる、システム。
- 複数の反応物質核及び複数の減速材核を組み合わせるステップであって、前記減速材核は、重水素及びベリリウムからなるグループから選択される原子の核を含むものとする、該複数の反応物質核及び複数の減速材核を組み合わせるステップと、
中性子放出器、中性子発生器又は中性子生成装置である中性子源を、中性子捕獲によって反応生成物核を生成するのに十分な程度に前記反応物質核に近接して配置するステップと
を備え、
前記反応物質核はモリブデン−98を含み、
装置は加速粒子が中心標的に入射するとき中性子を放出するように構成される前記中心標的と、数個の同心円状の層であって、前記同心円状の層のうちの1つはモリブデン−98の前記反応物質核であり、前記同心円状の層のうちのいくつかは重水素の前記減速材核である数個の同心円状の層とを備え、少なくとも1つの層を250゜K(ケルビン)より低い温度に冷却し、
反応物質核の中性子捕獲率を高めるために、冷却層を前記中性子源に十分に近接し、また
前記組み合わせに中性子を照射し、前記中性子を前記反応物質核が捕獲するとき放射性反応生成物核を生成するステップと、
前記照射した組み合わせから前記反応生成物核及び崩壊生成物核のうち少なくとも一方を抽出するステップと
を有する、方法。 - 請求項33記載の方法において、前記反応物質核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は1%より大きい、方法。
- 請求項33記載の方法において、前記崩壊生成物核はテクネチウム−99mとする、方法。
- 反応生成物核を生成するため、反応物質核、及び前記反応物質核に近接する中性子源を備え、前記中性子源は中性子捕獲によって反応生成物核を生成するのに十分な程度に近接させて配置するシステムであって、前記システムの前記反応物質核の少なくとも100gを250゜K(ケルビン)より低い温度に冷却し、
さらに、減速材核を備え、前記減速材核は、重水素及びベリリウムからなるグループから選択される原子の核を含み、
前記反応物質核はモリブデン−98を含み、
システムは加速粒子が中心標的に入射するとき中性子を放出するように構成される前記中心標的と、数個の同心円状の層であって、前記同心円状の層のうちの1つはモリブデン−98の前記反応物質核であり、前記同心円状の層のうちのいくつかは重水素の前記減速材核である数個の同心円状の層とを備える、システム。 - 請求項36記載のシステムにおいて、前記モリブデン−98原子核の中性子捕獲率を中性子源の中性子生成率で割った値は1%より大きい、システム。
- 反応物質核から反応生成物核を生成する装置において、
中性子源と、
第1平均微視的熱中性子捕獲断面積を有する複数の第1の反応物質核と、
同位体の核種が中性子源から放出された全中性子のうち少なくとも1%を捕獲するものであり、反応物質核ではない該同位体からなる同位体集合と、
すべての核が前記同位体集合からなる複数の第2の核であって、前記第2の核の少なくとも90%が前記反応物質核における任意の反応物質核の微視的熱中性子捕獲断面積よりも小さい微視的熱中性子捕獲断面積を有し、また前記複数の第2核の総質量は1キログラムより大きい、該複数の第2の核と、
を備え、
前記複数の第2の核は、重水素及びベリリウムから選択される原子の核を含むものとし、
また、前記中性子源は、中性子捕獲によって反応生成物核を生成するのに十分な程度に前記反応物質核に近接して配置し、
前記反応物質核はモリブデン−98を含み、
前記装置は加速粒子が中心標的に入射するとき中性子を放出するように構成される前記中心標的と、数個の同心円状の層であって、前記同心円状の層のうちの1つはモリブデン−98の前記反応物質核であり、前記同心円状の層のうちのいくつかは重水素の前記減速材核である数個の同心円状の層とを備え、少なくとも1つの層を250゜K(ケルビン)より低い温度に冷却し、
反応物質核の中性子捕獲率を高めるために、冷却層を前記中性子源に十分に近接する、装置。 - 中性子源を使用して反応物質核から反応生成物核を生成する装置を用いて、中性子源を使用して反応物質核から反応生成物核を生成する方法において、
中性子を発生させるステップと、
第1平均微視的熱中性子捕獲断面積を有する複数の第1の反応物質核を準備するステップと、
同位体の核種が中性子源から放出された全中性子のうち少なくとも1%を捕獲するものであり、反応物質核ではない該同位体からなる同位体集合を準備するステップと、
すべての核が前記同位体集合からなる複数の第2の核であって、前記第2の核の少なくとも90%が前記反応物質核における任意の反応物質核の微視的熱中性子捕獲断面積よりも小さい微視的熱中性子捕獲断面積を有し、また前記複数の第2核の総質量が1キログラムより大きい、該複数の第2の核を準備するステップと、
前記中性子が前記反応物質核によって捕獲されるとき反応生成物核を生成するよう前記中性子を前記複数の反応物質核に照射するステップと、
を有し、
前記複数の第2の核は、重水素及びベリリウムからなるグループから選択される原子の核を含むものとし、
前記反応物質核はモリブデン−98を含み、
前記装置は加速粒子が中心標的に入射するとき中性子を放出するように構成される前記中心標的と、数個の同心円状の層であって、前記同心円状の層のうちの1つはモリブデン−98の前記反応物質核であり、前記同心円状の層のうちのいくつかは重水素の前記減速材核である数個の同心円状の層とを備え、少なくとも1つの層を250゜K(ケルビン)より低い温度に冷却し、
反応物質核の中性子捕獲率を高めるために、冷却層を前記中性子源に十分に近接する、方法。
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