JP6789539B2 - Target for neutron generator - Google Patents

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本発明は、荷電粒子線が照射されて中性子線を発生する中性子発生装置用のターゲット、及び、冷却対象を水等の冷却材により冷却する冷却構造に関する。 The present invention relates to a target for a neutron generator that is irradiated with charged particle beams to generate neutron beams, and a cooling structure that cools a cooling target with a coolant such as water.

がんを治療する放射線療法の一種に、ホウ素中性子捕捉療法（Boron Neutron Capture Therapy；ＢＮＣＴ）がある。ホウ素中性子捕捉療法は、がん細胞に選択的に蓄積させたホウ素化合物に中性子を照射し、１０Ｂ（ｎ，α）７Ｌｉの核反応により生成するα粒子やリチウム原子核によってがん細胞を破壊する治療法である。α粒子やリチウム原子核の飛程は細胞の大きさと同程度であるため、ホウ素中性子捕捉療法によると、正常細胞を大きく損傷すること無く、がん細胞のみを選択的に破壊することが可能である。 Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) is a type of radiation therapy that treats cancer. In boron neutron capture therapy, neutrons are irradiated to a boron compound selectively accumulated in cancer cells, and the cancer cells are destroyed by α particles and lithium nuclei generated by a nuclear reaction of 10 B (n, α) 7 Li. It is a treatment method to do. Since the range of alpha particles and lithium nuclei is about the same as the size of cells, it is possible to selectively destroy only cancer cells without significantly damaging normal cells by boron neutron capture therapy. ..

ホウ素中性子捕捉療法においては、ボロノフェニルアラニン（Borono-phenylalanine；ＢＰＡ）や、ボロカプテイト（Sodium mercapto-undecahydro-dodecaborato；ＢＳＨ）等を患者に投与し、これらのホウ素化合物が集積されたがん細胞に中性子線を照射する。中性子の反応断面積はエネルギが低いほど大きくなる一方で、患者の組織の深部に到達する程度の高いエネルギも必要とされる。但し、高速中性子のようにエネルギが過大であると、正常細胞までも大きく損傷してしまう。そのため、治療のために照射する中性子線は、熱外中性子の強度が高く、高速中性子の混入率は低いことが求められる。 In boron neutron capture therapy, Borono-phenylalanine (BPA), Sodium mercapto-undecahydro-dodecaborato (BSH), etc. are administered to patients, and neutrons are administered to cancer cells in which these boron compounds are accumulated. Irradiate the line. While the reaction cross section of neutrons increases with lower energy, it also requires high energy to reach deep into the patient's tissue. However, if the energy is excessive like fast neutrons, even normal cells will be seriously damaged. Therefore, the neutron beam irradiated for treatment is required to have a high intensity of extrathermal neutrons and a low mixing rate of fast neutrons.

従来、ホウ素中性子捕捉療法は、研究用原子炉を中性子源として実施されることが多かった。しかしながら、研究用原子炉は、運転の開始及び停止に時間が掛かる上に、治療を実施する際に原子炉の運用計画と治療日程とを調整する必要が生じていた。また、既設の研究用原子炉は、維持管理費や寿命の観点から、継続的に利用を続けるのにも将来的に限界がある。そこで、近年、加速器を利用して中性子線を発生させる装置の開発が進められている。 Traditionally, boron neutron capture therapy has often been performed using a research reactor as the neutron source. However, it takes time to start and stop the operation of the research reactor, and it is necessary to adjust the operation plan and the treatment schedule of the reactor when performing the treatment. In addition, the existing research reactor has a limit in the future even if it can be continuously used from the viewpoint of maintenance cost and life. Therefore, in recent years, the development of a device for generating a neutron beam using an accelerator has been promoted.

加速器が生成した中性子をホウ素中性子捕捉療法に利用する中性子発生装置は、一般に、荷電粒子線を発生させる加速器と、荷電粒子線が照射されて中性子線を発生するターゲットと、ターゲットが発生した中性子線を減速して被照射体に照射する減速照射装置とを備える。ターゲットには、中性子源として機能するターゲット材が保持され、ターゲット材に陽子線等の荷電粒子線が照射されることにより中性子発生反応が起こる。ターゲット材としては、７Ｌｉ（ｐ，ｎ）７Ｂｅの反応を生じるリチウムや、９Ｂｅ（ｐ，ｎ）９Ｂ、９Ｂｅ（ｐ，ｘｎ）の反応を生じるベリリウムや、核破砕反応を生じるタンタル、タングステン等の重金属について検討されている。 A neutron generator that uses neutrons generated by an accelerator for boron neutron capture therapy is generally an accelerator that generates charged particle beams, a target that is irradiated with charged particle beams to generate neutron rays, and a neutron beam generated by the target. It is provided with a deceleration irradiation device that decelerates and irradiates the irradiated body. A target material that functions as a neutron source is held in the target, and a neutron generation reaction occurs when the target material is irradiated with a charged particle beam such as a proton beam. Target materials include lithium, which produces a reaction of 7 Li (p, n) and 7 Be, beryllium, which produces a reaction of 9 Be (p, n) 9 B, and 9 Be (p, xn), and spallation reaction. Heavy metals such as tantalum and tungsten are being studied.

リチウムやベリリウムをターゲット材とすると、重金属による核破砕反応と比較してガンマ線の発生が少なくて済むため、遮蔽が容易となり、治療の安全性も高くなる。さらに、リチウムとベリリウムとを比較すると、リチウムは、中性子収率が低く、化学的に不安定であり、融点も低いものの、低い入射陽子エネルギで中性子を発生させることが可能である。つまり、発生する中性子線のエネルギに加えて、二次放射線の発生も低度に抑えられるという優位性がある。入射陽子エネルギの閾値は、９Ｂｅ（ｐ，ｎ）９Ｂの反応では約２．０６ＭｅＶであるのに対し、７Ｌｉ（ｐ，ｎ）７Ｂｅの反応では約１．８８ＭｅＶであり、巨視的断面積はリチウムの方が入射陽子エネルギの全般にわたって大きい。そのため、リチウムは、装置を小型化ないし軽量化するのに適したターゲット材として有望視されている。 When lithium or beryllium is used as the target material, less gamma rays are generated as compared with the spallation reaction by heavy metals, so that shielding is easy and treatment safety is improved. Furthermore, comparing lithium and beryllium, lithium has a low neutron yield, is chemically unstable, and has a low melting point, but is capable of generating neutrons with low incident proton energy. In other words, in addition to the energy of the generated neutron rays, the generation of secondary radiation is also suppressed to a low degree. The threshold value of the incident proton energy is about 2.06 MeV in the reaction of 9 Be (p, n) 9 B, whereas it is about 1.88 MeV in the reaction of 7 Li (p, n) 7 Be, which is macroscopic. Lithium has a larger cross-sectional area over the overall incident proton energy. Therefore, lithium is regarded as a promising target material suitable for reducing the size or weight of the device.

一般に、中性子発生装置用のターゲットには、荷電粒子線が照射されて発熱するターゲット材を冷却するために冷却機構が備えられる。冷却機構としては、ターゲット材を保持する基板に水等の冷却材を循環させる方式が一般的である。例えば、特許文献１には、陽子の照射面とは反体側の面に複数のリブによって仕切られており、水等の冷却媒体が流される冷却通路を備えたターゲットについて開示されている。また、特許文献２には、複数の冷媒流入路から流入する各冷媒を合流させて荷電粒子照射ターゲットを冷却し、合流した冷媒を冷媒流出路から流出させる合流冷却空間を備えた荷電粒子照射ターゲット冷却装置について開示されている。 Generally, a target for a neutron generator is provided with a cooling mechanism for cooling a target material that is irradiated with charged particle beams and generates heat. As a cooling mechanism, a method of circulating a coolant such as water on a substrate holding the target material is common. For example, Patent Document 1 discloses a target provided with a cooling passage in which a surface opposite to the proton irradiation surface is partitioned by a plurality of ribs and a cooling medium such as water flows through the surface. Further, Patent Document 2 describes a charged particle irradiation target provided with a confluent cooling space in which each refrigerant flowing in from a plurality of refrigerant inflow passages is merged to cool the charged particle irradiation target, and the merged refrigerant is discharged from the refrigerant outflow passage. The cooling device is disclosed.

また、従来、発熱体を効率的に除熱するための伝熱技術が検討されている。例えば、非特許文献１には、ガスタービンの動翼に、タービュレンスプロモータとして機能するリブを種々の形状で設け、空冷により除熱する冷却構造が記載されている。 Further, conventionally, a heat transfer technique for efficiently removing heat from a heating element has been studied. For example, Non-Patent Document 1 describes a cooling structure in which ribs functioning as turbulence promoters are provided in various shapes on the moving blades of a gas turbine, and heat is removed by air cooling.

特開２００６−０４７１１５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-047115 特開２０１４−０４４０９８号公報JP-A-2014-044098

武石賢一郎、「高温ガスタービンにおける伝熱技術の進歩」、伝熱、社団法人日本伝熱学会、２０００年１月、第３９巻、第１５４号、ｐ．２−１２Kenichiro Takeishi, "Advances in Heat Transfer Technology in High Temperature Gas Turbines", Heat Transfer, Japan Heat Transfer Society, January 2000, Vol. 39, No. 154, p. 2-12

ホウ素中性子捕捉療法では、１×１０９［ｎ／ｃｍ２／ｓ］以上の熱外中性子束の使用が推奨されている。ターゲット材がリチウムやベリリウムである場合は、一般に、閾値に近い入射陽子エネルギで中性子を発生させるため、電流値は数十ｍＡ程度、ビームパワーとしては数十ｋＷ程度の陽子線を照射する必要がある。このような高いビームパワーの照射を行う場合、中性子発生装置用のターゲットには、数ＭＷ／ｍ２に及ぶ熱流束が生じるので、ターゲット材を冷却するための冷却機構は、高い冷却能力を備えていなければならない。 In boron neutron capture therapy, use of 1 × 10 9 [n / cm 2 / s] or more epithermal neutron flux is recommended. When the target material is lithium or beryllium, neutrons are generally generated with incident proton energy close to the threshold value, so it is necessary to irradiate a proton beam with a current value of about several tens of mA and a beam power of about several tens of kW. is there. When irradiating with such a high beam power, a heat flux of several MW / m 2 is generated in the target for the neutron generator, so that the cooling mechanism for cooling the target material has a high cooling capacity. Must be.

しかしながら、従来の冷却機構は、伝熱の効率が悪く、高いビームパワーの照射を行う場合に、ターゲット材の温度上昇を十分に抑えることができなかった。特に、リチウムは、融点が約１８０℃と低く、熱伝導率もベリリウム等に劣っているため、ターゲット材がリチウムである場合に陽子線が照射され続けると、ターゲット材が溶融して漏出したり、基板とターゲット材とが合金化したりする等の虞があった。また、ターゲット材の温度上昇や基板の焼損を避けるために陽子線の電流値を低く設定せざるを得なくなり、低い入射陽子エネルギで高い熱外中性子束を得ることができないといった問題があった。 However, the conventional cooling mechanism has poor heat transfer efficiency, and cannot sufficiently suppress the temperature rise of the target material when irradiating with a high beam power. In particular, lithium has a low melting point of about 180 ° C. and is inferior to beryllium in thermal conductivity. Therefore, if the target material is lithium and the proton beam continues to be irradiated, the target material may melt and leak. , There was a risk that the substrate and the target material would be alloyed. Further, in order to avoid the temperature rise of the target material and the burning of the substrate, the current value of the proton beam has to be set low, and there is a problem that a high extrathermal neutron flux cannot be obtained with a low incident proton energy.

一方、特許文献１においては、水等の冷却媒体が所定の冷却通路に流されることでターゲットの冷却が行われるものとされている。しかしながら、特許文献１のように、ターゲットにリブを設け、リブで仕切られる空間を冷却通路とする技術では、ターゲット材としてリチウムを用いる場合に、リチウムと冷却媒体の水とが反応してしまうという問題がある。これに対して、リチウムと冷却媒体とが接触しない冷却構造にすると、ターゲット側と冷却媒体との間の伝熱が悪化し、除熱の効率が低くなるという問題が生じる。 On the other hand, in Patent Document 1, it is assumed that the target is cooled by flowing a cooling medium such as water through a predetermined cooling passage. However, in the technique of providing ribs on the target and using the space partitioned by the ribs as a cooling passage as in Patent Document 1, when lithium is used as the target material, lithium reacts with water in the cooling medium. There's a problem. On the other hand, if the cooling structure is such that the lithium and the cooling medium do not come into contact with each other, the heat transfer between the target side and the cooling medium deteriorates, and the heat removal efficiency becomes low.

また、特許文献２においては、水等の冷媒が合流冷却空間に流されることでターゲットの冷却が行われるものとされている。同じ冷媒の流量では、冷媒の流れる層の厚さを５ｍｍとする方が、２．５ｍｍとする場合と比較して高い除熱効果が得られるとされており、層の厚さが５ｍｍの場合、凡そ４５リットル／分の流量で５０ｋＷ程度の排熱量が得られている。しかしながら、特許文献２のように、冷媒の層の厚さが５ｍｍ程度と厚くなると、ターゲットから出射される熱外中性子束が低下したり、冷媒が放射化したりする虞が高くなってしまう。そのため、冷媒が流される空間がより狭い構造であっても冷却対象を十分に除熱できる、除熱の効率が高い冷却構造が望まれる。 Further, in Patent Document 2, it is assumed that the target is cooled by flowing a refrigerant such as water into the confluence cooling space. At the same flow rate of the refrigerant, it is said that a higher heat removal effect can be obtained when the thickness of the layer through which the refrigerant flows is 5 mm as compared with the case where the thickness is 2.5 mm, and when the layer thickness is 5 mm. A heat exhaust amount of about 50 kW is obtained at a flow rate of about 45 liters / minute. However, as in Patent Document 2, when the thickness of the refrigerant layer is as thick as about 5 mm, there is a high possibility that the extrathermal neutron flux emitted from the target will decrease or the refrigerant will be activated. Therefore, a cooling structure with high heat removal efficiency is desired, which can sufficiently remove heat from the object to be cooled even if the space through which the refrigerant flows is narrower.

また、非特許文献１においては、タービュレンスプロモータの設置により熱伝達率が増加するとされている。しかしながら、非特許文献１では、空冷において、熱伝達率の増加に伴って圧力損失も増加するとされており、中性子発生装置用のターゲットの除熱を期待できる冷却構造とはなっていない。ターゲット材の温度上昇を十分に抑え、且つ、ビームパワーについての制約も少なくするためには、数ＭＷ／ｍ２程度以上の冷却能力を発揮し得る除熱の効率が高い冷却構造が望まれる。 Further, in Non-Patent Document 1, it is stated that the heat transfer coefficient is increased by installing the Turbulence promoter. However, in Non-Patent Document 1, it is said that in air cooling, the pressure loss increases as the heat transfer coefficient increases, and the cooling structure cannot be expected to remove heat from the target for the neutron generator. In order to sufficiently suppress the temperature rise of the target material and reduce the restrictions on the beam power, a cooling structure with high heat removal efficiency capable of exhibiting a cooling capacity of about several MW / m 2 or more is desired.

そこで、本発明は、冷却材による除熱の効率が高い中性子発生装置用のターゲット及び冷却構造を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a target and a cooling structure for a neutron generator having high efficiency of heat removal by a coolant.

前記課題を解決するために、本発明に係る中性子発生装置用のターゲットは、荷電粒子線が照射されて中性子を発生するターゲット材と、前記ターゲット材を保持する基板と、前記基板に設けられ、冷却材が流される冷却材流路と、を備え、前記冷却材流路は、壁面から突出したリブ列を有し、前記リブ列は、前記壁面の中心線よりも一方の側に、前記冷却材の流れ方向について間隔をあけて配列した第１リブと、前記壁面の中心線よりも他方の側に、前記冷却材の流れ方向について間隔をあけて配列した第２リブと、を含んでなり、前記第１リブ及び前記第２リブは、前記壁面の中心線側から外側に向かうにつれて前記冷却材の流れ方向の下流側に位置するように傾斜し、前記冷却材の流れ方向について互い違いに配置されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the target for the neutron generator according to the present invention is provided on the target material that is irradiated with charged particle beams to generate neutrons, a substrate that holds the target material, and the substrate. The coolant flow path is provided with a coolant flow path through which the coolant flows, and the coolant flow path has a rib row protruding from the wall surface, and the rib row is on one side of the center line of the wall surface. The first ribs arranged at intervals in the flow direction of the coolant and the second ribs arranged at intervals in the flow direction of the coolant are included on the other side of the center line of the wall surface. The first rib and the second rib are inclined so as to be located on the downstream side of the flow direction of the coolant from the center line side of the wall surface toward the outside, and are arranged alternately with respect to the flow direction of the coolant. It is characterized by being done.

中性子発生装置用のターゲットに適用される一つの冷却構造は、冷却対象である被冷却部材に設けられ、冷却材が流される冷却材流路を備え、前記冷却材流路は、壁面から突出したリブ列を有し、前記リブ列は、前記壁面の中心線よりも一方の側に、前記冷却材の流れ方向について間隔をあけて配列した第１リブと、前記壁面の中心線よりも他方の側に、前記冷却材の流れ方向について間隔をあけて配列した第２リブと、を含んでなり、前記第１リブ及び前記第２リブは、前記壁面の中心線側から外側に向かうにつれて前記冷却材の流れ方向の下流側に位置するように傾斜し、前記冷却材の流れ方向について互い違いに配置されていることを特徴とする。そして、前記第１リブ及び前記第２リブは、前記冷却材の流れ方向の上流側に位置する前縁と、前記冷却材の流れ方向の下流側に位置する後縁とが、前記中心線側において鋭角を成して隣接している。または、前記第１リブ及び前記第２リブが設けられた前記壁面は、間隔をあけて配列した前記第１リブ同士の間、及び、間隔をあけて配列した前記第２リブ同士の間に微細穴を有する。 One cooling structure applied to the target for the neutron generator is provided on the member to be cooled to be cooled, and includes a coolant flow path through which the coolant flows, and the coolant flow path protrudes from the wall surface. The rib row has a rib row, and the rib row has a first rib arranged on one side of the center line of the wall surface at intervals in the flow direction of the coolant, and the rib row of the other side of the center line of the wall surface. The side includes second ribs arranged at intervals in the flow direction of the coolant, and the first rib and the second rib are cooled from the center line side of the wall surface toward the outside. It is characterized in that it is inclined so as to be located on the downstream side in the flow direction of the coolant and is arranged alternately with respect to the flow direction of the coolant. The first rib and the second rib have a front edge located on the upstream side in the flow direction of the coolant and a trailing edge located on the downstream side in the flow direction of the coolant on the center line side. Adjacent to each other with an acute angle. Alternatively, the first rib and the wall surface provided with the second rib are finely formed between the first ribs arranged at intervals and between the second ribs arranged at intervals. Has a hole.

本発明によれば、冷却材による除熱の効率が高い中性子発生装置用のターゲット及び冷却構造を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a target and a cooling structure for a neutron generator having high efficiency of heat removal by a coolant.

中性子発生装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the neutron generator. 中性子発生装置用のターゲットを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the target for a neutron generator. 中性子発生装置用の保持基板を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the holding substrate for a neutron generator. 中性子発生装置用のターゲットの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the target for a neutron generator. 中性子発生装置用のターゲットの冷却材流路の要部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the main part of the coolant flow path of the target for a neutron generator. 冷却材流路の壁面に設けられるマイクロピットの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the micropit provided on the wall surface of a coolant flow path. マイクロピットの配置の第１例を示す冷却材流路の平面図である。It is a top view of the coolant flow path which shows the 1st example of the arrangement of the micropit. マイクロピットの配置の第２例を示す冷却材流路の平面図である。It is a top view of the coolant flow path which shows the 2nd example of the arrangement of a micropit. マイクロピットの配置の第３例を示す冷却材流路の平面図である。It is a top view of the coolant flow path which shows the 3rd example of the arrangement of a micropit. 流路幅の第１例を示す冷却材流路の斜視図である。It is a perspective view of the coolant flow path which shows the 1st example of the flow path width. 流路幅の第１例における二次流れの解析結果を示すベクトル図である。It is a vector figure which shows the analysis result of the secondary flow in the 1st example of the flow path width. 流路幅の第２例を示す冷却材流路の斜視図である。It is a perspective view of the coolant flow path which shows the 2nd example of the flow path width. 流路幅の第２例における二次流れの解析結果を示すベクトル図である。It is a vector figure which shows the analysis result of the secondary flow in the 2nd example of the flow path width. リブ同士の間隔の第１例を示す冷却材流路の平面図である。It is a top view of the coolant flow path which shows the 1st example of the spacing between ribs. リブ同士の間隔の第１例における熱伝達率の解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of the heat transfer coefficient in the 1st example of the distance between ribs. リブ同士の間隔の第２例を示す冷却材流路の平面図である。It is a top view of the coolant flow path which shows the 2nd example of the distance between ribs. リブ同士の間隔の第２例における熱伝達率の解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of the heat transfer coefficient in the 2nd example of the distance between ribs. リブの形状の一例を示す冷却材流路の平面図である。It is a top view of the coolant flow path which shows an example of the shape of a rib. リブの形状の一例における熱伝達率の解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of the heat transfer coefficient in an example of the shape of a rib.

以下、本発明の一実施形態に係る中性子発生装置用のターゲット及び冷却構造について、図を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において共通する構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。 Hereinafter, the target and the cooling structure for the neutron generator according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same reference numerals are given to the common configurations in each figure, and duplicate description is omitted.

［中性子発生装置］
はじめに、中性子発生装置用のターゲットが備えられる中性子発生装置の概略構成について説明する。 [Neutron generator]
First, a schematic configuration of a neutron generator equipped with a target for the neutron generator will be described.

図１は、中性子発生装置の概略構成を示す図である。
図１に示すように、中性子発生装置１００は、荷電粒子線発生装置１と、中性子減速照射部２と、導管４と、中性子発生装置用のターゲット５と、を備えている。中性子発生装置１００は、加速器を利用する加速器型の中性子発生装置であり、ホウ素中性子捕捉療法における中性子線源として好適に用いられる。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a neutron generator.
As shown in FIG. 1, the neutron generator 100 includes a charged particle beam generator 1, a neutron deceleration irradiation unit 2, a conduit 4, and a target 5 for the neutron generator. The neutron generator 100 is an accelerator-type neutron generator that uses an accelerator, and is suitably used as a neutron source in boron neutron capture therapy.

中性子発生装置１００において、荷電粒子線発生装置１は、所定のエネルギの陽子線等（荷電粒子線６）を発生する。荷電粒子線６は、導管４を通じてターゲット５に到達し、ターゲット５は、荷電粒子線６を照射されて所定のエネルギ帯域の中性子線を発生させる。そして、中性子減速照射部２は、ターゲット５が出射した中性子線を減速し、照射野が整形された中性子線９を出射する。 In the neutron generator 100, the charged particle beam generator 1 generates a proton beam or the like (charged particle beam 6) having a predetermined energy. The charged particle beam 6 reaches the target 5 through the conduit 4, and the target 5 is irradiated with the charged particle beam 6 to generate a neutron beam in a predetermined energy band. Then, the neutron deceleration irradiation unit 2 decelerates the neutron beam emitted by the target 5, and emits the neutron beam 9 whose irradiation field is shaped.

中性子発生装置１００において、中性子減速照射部２から出射された中性子線９は、被照射体３に照射されて中性子捕獲反応を生じる。すなわち、ホウ素（１０Ｂ）を含むホウ素化合物を集積させたがん細胞を被照射体３とし、中性子線９を照射することにより、１０Ｂ（ｎ，α）７Ｌｉの核反応でα線やリチウム線を発生させることができる。これらα線やリチウム線が、がん細胞を選択的に損傷することにより、正常細胞の損傷少なく、がんの治療が行われる。 In the neutron generator 100, the neutron beam 9 emitted from the neutron deceleration irradiation unit 2 is irradiated to the irradiated body 3 to cause a neutron capture reaction. That is, a cancer cell in which a boron compound containing boron ( 10 B) is accumulated is designated as an irradiated body 3, and by irradiating with a neutron beam 9, an α ray or an α ray or a nuclear reaction of 10 B (n, α) 7 Li is generated. Lithium rays can be generated. By selectively damaging cancer cells by these α rays and lithium rays, cancer treatment is performed with less damage to normal cells.

［荷電粒子線発生装置］
荷電粒子線発生装置１は、例えば、荷電粒子線として陽子線を発生する。陽子線を発生する荷電粒子線発生装置１は、図１に示すように、陽子を発生させるイオン源１ａと、陽子を加速する加速器１ｂと、を備えて構成される。 [Charged particle beam generator]
The charged particle beam generator 1 generates a proton beam as a charged particle beam, for example. As shown in FIG. 1, the charged particle beam generator 1 that generates a proton beam is configured to include an ion source 1a that generates a proton and an accelerator 1b that accelerates the proton.

イオン源１ａとしては、例えば、電子サイクロトロン共鳴（Electron Cyclotron Resonance；ＥＣＲ）イオン源が用いられる。ＥＣＲイオン源は、強磁場下に水素ガスを導入し、高周波を印加して電子サイクロトロン共鳴を生じさせることにより、水素のプラズマを高密度に生成する。そして、生成した水素イオン（１Ｈ＋）は、磁気ミラーによって集積されて加速器１ｂに引き出される。ＥＣＲイオン源は、無電極放電によるため長時間にわたって安定した運転が可能である。 As the ion source 1a, for example, an Electron Cyclotron Resonance (ECR) ion source is used. The ECR ion source introduces hydrogen gas under a strong magnetic field and applies a high frequency to generate electron cyclotron resonance, thereby generating hydrogen plasma at a high density. Then, the generated hydrogen ions ( 1 H + ) are accumulated by the magnetic mirror and drawn out to the accelerator 1b. Since the ECR ion source is an electrodeless discharge, stable operation is possible for a long time.

加速器１ｂとしては、例えば、静電型加速器が用いられる。静電型加速器は、電極間に直流高電圧を印加し、一定した静電界の下で荷電粒子を加速する。静電型加速器によると、連続した荷電粒子線６を発生させることが可能である。静電型加速器としては、例えば、ダイナミトロン型加速器（ＩＢＡ社製等）を用いることができる。また、コッククロフトウォルトン型、バンデグラフ型等の静電型加速器や、サイクロトロン等の高周波型加速器、高周波四重極型加速器、ドリフトチューブ型加速器等を用いることもできる。 As the accelerator 1b, for example, an electrostatic accelerator is used. The electrostatic accelerator applies a high DC voltage between the electrodes to accelerate charged particles under a constant electrostatic field. According to the electrostatic accelerator, it is possible to generate a continuous charged particle beam 6. As the electrostatic accelerator, for example, a dynamitron type accelerator (manufactured by IBA, etc.) can be used. Further, an electrostatic accelerator such as a Cockcroft-Walton type or a bandegraph type, a high frequency type accelerator such as a cyclotron, a high frequency quadrupole type accelerator, a drift tube type accelerator or the like can also be used.

［導管］
導管４は、荷電粒子線発生装置１とターゲット５との間を接続し、荷電粒子線発生装置１が出射した荷電粒子線６をターゲット５に導く経路を形成している。導管４には、荷電粒子線６が幅方向に発散するのを抑制する集束レンズ７が設置されている。集束レンズ７は、例えば、複数の四重極電磁石を荷電粒子線６の照射方向に沿って設置し、それぞれの極性を反転させた配置として構成される。なお、導管４は、図１に示すような直線状の形態に限定されるものでは無く、曲線部を有する任意形状の経路を形成してもよい。導管４の曲線部には、荷電粒子線６を偏向させる偏向電磁石等を設置することが可能である。 [conduit]
The conduit 4 connects between the charged particle beam generator 1 and the target 5, and forms a path for guiding the charged particle beam 6 emitted by the charged particle beam generator 1 to the target 5. A focusing lens 7 that suppresses the emission of the charged particle beam 6 in the width direction is installed in the conduit 4. The focusing lens 7 is configured, for example, in an arrangement in which a plurality of quadrupole electromagnets are installed along the irradiation direction of the charged particle beam 6 and their polarities are reversed. The conduit 4 is not limited to the linear shape as shown in FIG. 1, and may form an arbitrary shape path having a curved portion. A deflection electromagnet or the like that deflects the charged particle beam 6 can be installed on the curved portion of the conduit 4.

［ターゲット］
ターゲット５は、中性子源として機能し、荷電粒子線６が照射されて中性子を発生するターゲット材５４（図２Ａ及び図２Ｃ参照）を保持している。ターゲット５は、不図示の冷却ジャケットが装着された状態で導管４の終端に配置されている。ターゲット５には、冷却ジャケットを介して循環的に冷却材が供給され、荷電粒子線６が照射されて発熱したターゲット材５４の除熱が行われるようになっている。 [target]
The target 5 functions as a neutron source and holds a target material 54 (see FIGS. 2A and 2C) that is irradiated with a charged particle beam 6 to generate neutrons. The target 5 is arranged at the end of the conduit 4 with a cooling jacket (not shown) attached. A cooling material is periodically supplied to the target 5 via a cooling jacket, and the target material 54, which is irradiated with the charged particle beam 6 to generate heat, is deheated.

ターゲット材５４としては、例えば、固体リチウムが用いられる。リチウムは、陽子線を照射されると７Ｌｉ（ｐ，ｎ）７Ｂｅの核反応により中性子線を発生する。この核反応に必要な入射陽子エネルギの閾値は、約１．８８ＭｅＶである。そのため、荷電粒子線発生装置１においては、この閾値以上であり、且つ、エネルギが過大な高速中性子等が発生し難い、低いエネルギの陽子線が生成される。 As the target material 54, for example, solid lithium is used. When lithium is irradiated with a proton beam, it generates a neutron beam by a nuclear reaction of 7 Li (p, n) 7 Be. The threshold of incident proton energy required for this nuclear reaction is about 1.88 MeV. Therefore, in the charged particle beam generator 1, a low-energy proton beam that is equal to or higher than this threshold value and is unlikely to generate fast neutrons or the like having excessive energy is generated.

ターゲット材５４に照射する陽子線のエネルギは、具体的には、４．０ＭｅＶ以下、好ましくは３．０ＭｅＶ以下、より好ましくは２．８ＭｅＶ以下の範囲である。また、陽子線の電流値は、１０ｍＡ以上１００ｍＡ以下、ターゲット材５４に対する熱負荷を少なくする等の観点からは、好ましくは１０ｍＡ以上２０ｍＡ以下の範囲とする。このようなビームパワーで照射を行う場合、ターゲット材５４の表面における陽子線の照射領域を８０ｍｍ角と仮定すると、熱流束は６．６Ｍ［Ｗ／ｍ２］程度が想定される。 Specifically, the energy of the proton beam irradiating the target material 54 is in the range of 4.0 MeV or less, preferably 3.0 MeV or less, and more preferably 2.8 MeV or less. The current value of the proton beam is preferably in the range of 10 mA or more and 100 mA or less, and preferably 10 mA or more and 20 mA or less from the viewpoint of reducing the heat load on the target material 54. When irradiating with such a beam power, assuming that the irradiation region of the proton beam on the surface of the target material 54 is 80 mm square, the heat flux is assumed to be about 6.6 M [W / m 2 ].

［中性子減速照射部］
中性子減速照射部２は、ターゲット５が発生した中性子線を減速し、減速されると共に照射野が整形された中性子線９を被照射体３に照射する。中性子減速照射部２は、導管４の終端側に位置しており、ターゲット５の側方及び後方を囲むように配置されている。図１に示すように、中性子減速照射部２は、減速材２１と、反射材２２と、遮蔽材２３と、コリメータ２４と、を備えている。 [Neutron deceleration irradiation unit]
The neutron deceleration irradiation unit 2 decelerates the neutron beam generated by the target 5, and irradiates the irradiated body 3 with the neutron beam 9 whose irradiation field is shaped while being decelerated. The neutron deceleration irradiation unit 2 is located on the terminal side of the conduit 4, and is arranged so as to surround the side and the rear of the target 5. As shown in FIG. 1, the neutron moderator irradiation unit 2 includes a moderator 21, a reflector 22, a shielding material 23, and a collimator 24.

ホウ素中性子捕捉療法において、被照射体３に照射される中性子線９の熱外中性子束は、治療を短時間に効果的に行う観点から、１×１０９［ｎ／ｃｍ２／ｓ］以上が推奨される。また、中性子線９の高速中性子混入率は、正常細胞の損傷を避ける観点から、２×１０−１３［Ｇｙ／ｃｍ２］以下が推奨される。また、高速中性子線やガンマ線の混入も防止する必要がある。そのため、中性子減速照射部２では、ターゲット５が発生した中性子線を熱外中性子線のエネルギ帯域まで減速させると共に、高速中性子線やガンマ線等の他成分を遮蔽する。 In boron neutron capture therapy, the extrathermal neutron flux of the neutron beam 9 irradiated to the irradiated body 3 is 1 × 10 9 [n / cm 2 / s] or more from the viewpoint of effectively performing the treatment in a short time. Recommended. The fast neutron contamination rate of the neutron beam 9 is recommended to be 2 × 10 -13 [Gy / cm 2 ] or less from the viewpoint of avoiding damage to normal cells. It is also necessary to prevent the mixing of fast neutron rays and gamma rays. Therefore, the neutron deceleration irradiation unit 2 decelerates the neutron beam generated by the target 5 to the energy band of the extrathermal neutron beam, and shields other components such as fast neutron beam and gamma ray.

減速材２１は、概略形状が柱状を呈しており、ターゲット５の前方に、荷電粒子線６の照射軸と略同心となるようにターゲット５の周囲を囲んで配置されている。荷電粒子線６を照射されてターゲット５が出射した中性子線は、減速材２１に入射して減速された後、コリメータ２４の中央の開口に入射するようになっている。 The moderator 21 has a columnar shape in general shape, and is arranged in front of the target 5 so as to be substantially concentric with the irradiation axis of the charged particle beam 6 so as to surround the periphery of the target 5. The neutron beam emitted by the target 5 after being irradiated with the charged particle beam 6 is incident on the moderator 21 to be decelerated, and then incident on the central opening of the collimator 24.

減速材２１の材質としては、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、ポリエチレン、重水（Ｄ２Ｏ）、鉄（Ｆｅ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等が挙げられる。減速材２１は、一種の材質で形成されていてもよいし、複数種の材質が組み合わされて形成されていてもよい。 As the material of the moderator 21, for example, magnesium fluoride (MgF 2), aluminum fluoride (AlF 3), calcium fluoride (CaF 2), lithium fluoride (LiF), polyethylene, heavy water (D 2 O), Examples thereof include iron (Fe), lead (Pb), bismuth (Bi), and aluminum (Al). The moderator 21 may be formed of one kind of material, or may be formed by combining a plurality of kinds of materials.

減速材２１の材質としては、特に、フッ化マグネシウムが好ましい。フッ化マグネシウムは、真密度に対するかため嵩密度（相対密度）が、９５％以上、好ましくは９８％以上、より好ましくは９９％以上とされる。フッ化マグネシウムは、単結晶体、及び、単結晶同士が焼結している焼結体のうちのいずれであってもよい。フッ化マグネシウムは、熱外中性子域の吸収断面積が小さく、高速中性子域の散乱断面積が大きい。そのため、フッ化マグネシウムによると、高速中性子混入率を低減しつつ、コリメータ２４の開口に入射する熱外中性子束を高めることができる。 Magnesium fluoride is particularly preferable as the material of the moderator 21. Magnesium fluoride has a firm bulk density (relative density) of 95% or more, preferably 98% or more, and more preferably 99% or more with respect to the true density. Magnesium fluoride may be either a single crystal or a sintered body in which single crystals are sintered. Magnesium fluoride has a small absorption cross section in the extrathermal neutron region and a large scattering cross section in the fast neutron region. Therefore, according to magnesium fluoride, it is possible to increase the extrathermal neutron flux incident on the opening of the collimator 24 while reducing the fast neutron mixing rate.

反射材２２は、概略形状が筒状を呈しており、減速材２１の側方から後方にかけて、減速材２１の周囲を囲んで配置されている。減速材２１によって減速され、減速材２１の側方や後方に出射された中性子線は、反射材２２によって反射されてコリメータ２４の開口に入射する。 The reflective material 22 has a tubular shape in general, and is arranged so as to surround the moderator 21 from the side to the rear of the moderator 21. The neutron beam decelerated by the moderator 21 and emitted to the side or the rear of the moderator 21 is reflected by the reflector 22 and enters the opening of the collimator 24.

反射材２２の材質としては、例えば、鉄（Ｆｅ）、鉛（Ｐｂ）、黒鉛（Ｃ）、ベリリウム（Ｂｅ）等が挙げられる。反射材２２は、一種の材質で形成されていてもよいし、複数種の材質が組み合わされて形成されていてもよい。 Examples of the material of the reflective material 22 include iron (Fe), lead (Pb), graphite (C), beryllium (Be) and the like. The reflective material 22 may be formed of one kind of material, or may be formed by combining a plurality of kinds of materials.

反射材２２の材質としては、特に、鉛又は鉛−ビスマス合金等の鉛合金が好ましい。鉛は、中性子の散乱断面積が大きい一方、中性子の吸収断面積が小さく、ガンマ線の遮蔽能も高い。そのため、外部への放射線の漏洩を防止しつつ、コリメータ２４の開口に入射する熱外中性子束を高めることができる。 As the material of the reflective material 22, a lead alloy such as lead or a lead-bismuth alloy is particularly preferable. Lead has a large neutron scattering cross section, a small neutron absorption cross section, and a high gamma ray shielding ability. Therefore, it is possible to increase the extrathermal neutron flux incident on the opening of the collimator 24 while preventing the leakage of radiation to the outside.

遮蔽材２３は、減速材２１の後方や、反射材２２の周囲に配置されている。減速材２１によって減速され、減速材２１から出射された熱中性子線や高速中性子線、二次的に発生したガンマ線は、遮蔽材２３によって吸収ないし反射され、外部への漏洩が防止される。 The shielding material 23 is arranged behind the moderator 21 and around the reflective material 22. The thermal neutron rays, fast neutron rays, and secondary gamma rays generated by the moderator 21 and emitted from the moderator 21 are absorbed or reflected by the shielding material 23 to prevent leakage to the outside.

遮蔽材２３の材質としては、例えば、カドミウム（Ｃｄ）、インジウム（Ｉｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ビスマス（Ｂｉ）、鉄（Ｆｅ）、鉛（Ｐｂ）、フッ化鉛（ＰｂＦ２）、炭化ホウ素をはじめとするホウ素化合物、パラフィン、水、フッ化リチウム−ポリエチレン、ホウ素−ポリエチレン等が挙げられる。遮蔽材２３は、一種の材質で形成されていてもよいし、複数種の材質が組み合わされて形成されていてもよい。 Examples of the material of the shielding material 23 include cadmium (Cd), indium (In), hafnium (Hf), gadolinium (Gd), bismuth (Bi), iron (Fe), lead (Pb), and lead fluoride (PbF). 2 ), boron compounds such as boron carbide, paraffin, water, lithium fluoride-polyethylene, boron-polyethylene and the like can be mentioned. The shielding material 23 may be formed of one kind of material, or may be formed by combining a plurality of kinds of materials.

遮蔽材２３の材質としては、特に、カドミウム、ビスマス及びフッ化リチウム−ポリエチレンが好ましい。カドミウムは、熱中性子の吸収断面積が大きく、ビスマスは、ガンマ線の遮蔽能が高く、フッ化リチウム−ポリエチレンは、中性子の吸収能が高い。そのため、これらを組み合わせて使用することにより、中性子減速照射部２の周囲の中性子線量やガンマ線量を効果的に低減することができる。 As the material of the shielding material 23, cadmium, bismuth and lithium fluoride-polyethylene are particularly preferable. Cadmium has a large absorption cross section of thermal neutrons, bismus has a high gamma ray shielding ability, and lithium fluoride-polyethylene has a high neutron absorption ability. Therefore, by using these in combination, the neutron dose and gamma dose around the neutron deceleration irradiation unit 2 can be effectively reduced.

コリメータ２４は、後方に向かってテーパ状に縮径する開口を有しており、減速材２１の後方に、荷電粒子線６の照射軸と開口とが略同心となるように配置されている。減速材２１によって減速された中性子線は、コリメータ２４の開口に入射して照射野が整形された後、被照射体３に照射される。 The collimator 24 has an opening that tapers toward the rear, and is arranged behind the moderator 21 so that the irradiation axis of the charged particle beam 6 and the opening are substantially concentric. The neutron beam decelerated by the moderator 21 enters the opening of the collimator 24 to shape the irradiation field, and then irradiates the irradiated body 3.

コリメータ２４の材質としては、反射材２２や遮蔽材２３と同様の材質を適宜組み合わせて用いることができる。コリメータ２４は、鉛又は鉛合金の反射材と、フッ化リチウム−ポリエチレンの遮蔽材とを厚さ方向に積層して用いることが好ましい。このような材質の組み合わせであると、中性子線の直進性を高めて適正な照射野に整形しながら、被照射体３の周囲の高速中性子線量やガンマ線量等も効果的に低減することができる。 As the material of the collimator 24, the same materials as those of the reflective material 22 and the shielding material 23 can be appropriately combined and used. The collimator 24 is preferably used by laminating a lead or lead alloy reflective material and a lithium fluoride-polyethylene shielding material in the thickness direction. With such a combination of materials, it is possible to effectively reduce the fast neutron dose, gamma dose, etc. around the irradiated body 3 while improving the straightness of the neutron beam and shaping it into an appropriate irradiation field. ..

次に、中性子発生装置用のターゲットが備える冷却構造について、ターゲットの具体的な構成と共に図面を参照しながら説明する。 Next, the cooling structure of the target for the neutron generator will be described with reference to the drawings together with the specific configuration of the target.

図２Ａは、中性子発生装置用のターゲットの斜視図、図２Ｂは、中性子発生装置用のターゲットの保持基板の斜視図、図２Ｃは、中性子発生装置用のターゲットの構造を示す断面図である。
図２Ａにおいては、中性子発生装置用のターゲット５の凹部１１０が、金属箔５６とターゲット材５４の一部を切り欠き、金属箔５６の残部を透視して示されている。また、図２Ｂにおいては、保持基板５０を構成する第２基板５２のみを単独で斜め上方から視た状態が示されている。また、図２Ｃにおいては、図２ＡのＩ−Ｉ線における断面がターゲット５の一部（貫通孔１３２，１３４）を透視して示されている。 2A is a perspective view of the target for the neutron generator, FIG. 2B is a perspective view of the holding substrate of the target for the neutron generator, and FIG. 2C is a cross-sectional view showing the structure of the target for the neutron generator.
In FIG. 2A, the recess 110 of the target 5 for the neutron generator is shown by cutting out a part of the metal foil 56 and the target material 54 and seeing through the rest of the metal foil 56. Further, in FIG. 2B, a state in which only the second substrate 52 constituting the holding substrate 50 is viewed alone from diagonally above is shown. Further, in FIG. 2C, the cross section in the line I-I of FIG. 2A is shown through a part of the target 5 (through holes 132, 134).

図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、ターゲット５は、保持基板（基板）５０と、ターゲット材５４と、金属箔５６と、冷却材流路１６０と、を備えている。ターゲット５は、概略形状が矩形平板状を呈しており、金属箔５６に覆われたターゲット材５４が荷電粒子線６の照射方向の上流側を向くように導管４（図１参照）の終端に固定される。ターゲット５の寸法は、例えば、長さが１１０ｍｍ、幅が１１０ｍｍ、厚さが１０ｍｍである。 As shown in FIGS. 2A, 2B and 2C, the target 5 includes a holding substrate (substrate) 50, a target material 54, a metal foil 56, and a coolant flow path 160. The target 5 has a rectangular flat plate shape in general shape, and is at the end of the conduit 4 (see FIG. 1) so that the target material 54 covered with the metal foil 56 faces the upstream side in the irradiation direction of the charged particle beam 6. It is fixed. The dimensions of the target 5 are, for example, 110 mm in length, 110 mm in width, and 10 mm in thickness.

保持基板５０は、凹部１１０が形成された第１基板５１と、条溝１２０が形成された第２基板５２と、が重ねられた構造を有している。保持基板５０は、荷電粒子線６が照射されるターゲット材５４を保持し、ターゲット材５４を保持する保持基板５０が、中性子発生装置用のターゲット５が備える冷却構造の冷却対象、すなわち被冷却部材に相当する。 The holding substrate 50 has a structure in which the first substrate 51 on which the recess 110 is formed and the second substrate 52 on which the groove 120 is formed are overlapped. The holding substrate 50 holds the target material 54 irradiated with the charged particle beam 6, and the holding substrate 50 holding the target material 54 is a cooling target of the cooling structure included in the target 5 for the neutron generator, that is, a member to be cooled. Corresponds to.

図２Ａに示すように、第１基板５１は、一方の主面に減肉された凹部１１０を有するエンボス構造が形成されており、他方の主面に第２基板５２が接合されている。また、第２基板５２は、一方の主面に複数の条溝１２０が形成されており、この主面に第１基板５１が接合されている。第１基板５１と第２基板５２との接合は、例えば、熱間静水圧（等方加圧）プレス（Hot Isostatic Pressing；ＨＩＰ）によって行われる。 As shown in FIG. 2A, the first substrate 51 has an embossed structure having a thinned recess 110 on one main surface, and the second substrate 52 is joined to the other main surface. Further, in the second substrate 52, a plurality of grooves 120 are formed on one main surface, and the first substrate 51 is joined to the main surface. The bonding between the first substrate 51 and the second substrate 52 is performed by, for example, a hot isostatic pressing (HIP).

第１基板５１は、図２Ａに示すように、概略形状が矩形平板状を呈しており、一方の主面に、ターゲット材５４を保持する凹部１１０と、凹部１１０を囲む縁枠部１１２と、縁枠部１１２の内側に位置する複数の島部１１４と、を有している。第１基板５１の厚さは、例えば、０．３ｍｍ以上２．５ｍｍ以下、好ましくは２．０±０．２ｍｍである。 As shown in FIG. 2A, the first substrate 51 has a rectangular flat plate shape in outline shape, and has a recess 110 for holding the target material 54 and an edge frame portion 112 surrounding the recess 110 on one main surface. It has a plurality of island portions 114 located inside the edge frame portion 112. The thickness of the first substrate 51 is, for example, 0.3 mm or more and 2.5 mm or less, preferably 2.0 ± 0.2 mm.

第１基板５１の凹部１１０は、第１基板５１の主面が略一様な深さに減肉されて設けられている。凹部１１０は、第１基板５１の主面の外縁に縁枠部１１２を残し、縁枠部１１２よりも内側に複数の島部１１４を残して減肉されている。凹部１１０には、ターゲット材５４が略隙間無く満たされ、凹部の深さに一致する厚さでターゲット材５４が保持される。凹部１１０の深さは、例えば、５０μｍ以上１５０μｍ以下、好ましくは１４０μｍ以上１５０μｍ以下である。 The recess 110 of the first substrate 51 is provided so that the main surface of the first substrate 51 is thinned to a substantially uniform depth. The recess 110 is thinned by leaving an edge frame portion 112 on the outer edge of the main surface of the first substrate 51 and leaving a plurality of island portions 114 inside the edge frame portion 112. The recess 110 is filled with the target material 54 with substantially no gap, and the target material 54 is held with a thickness corresponding to the depth of the recess. The depth of the recess 110 is, for example, 50 μm or more and 150 μm or less, preferably 140 μm or more and 150 μm or less.

第１基板５１の島部１１４は、凹部１１０に離散的に配置されている。島部１１４は、凹部１１０の底面に対して、縁枠部１１２と略同じ高さに設けられている。縁枠部１１２の上面と島部１１４の上面には、ターゲット材５４を凹部１１０に密封するための金属箔５６が接合される。凹部１１０に複数の島部１１４が設けられることにより、金属箔５６と保持基板５０との接合強度が高められ、厚さ方向に熱変形した金属箔５６が膨れや撓みを生じないようになっている。 The islands 114 of the first substrate 51 are discretely arranged in the recesses 110. The island portion 114 is provided at substantially the same height as the edge frame portion 112 with respect to the bottom surface of the recess 110. A metal foil 56 for sealing the target material 54 in the recess 110 is joined to the upper surface of the edge frame portion 112 and the upper surface of the island portion 114. By providing the plurality of islands 114 in the recess 110, the joint strength between the metal foil 56 and the holding substrate 50 is increased, and the metal foil 56 thermally deformed in the thickness direction does not swell or bend. There is.

第１基板５１の材質は、好ましくはタンタル又はその合金、より好ましくは純タンタルとされる。タンタルは、ブリスタリングに対する耐性が高く、加工性も良いため、形状が高精度なターゲット５を製造するのに適している。また、リチウムの濡れ性が良好であるため、ターゲット材５４がリチウムである場合、凹部１１０への充填性が向上し、ターゲット５の製造工程や製造設備が簡易化される。第１基板５１の加工は、例えば、フライス加工、放電加工、エッチング加工等の適宜の方法によって行われる。 The material of the first substrate 51 is preferably tantalum or an alloy thereof, and more preferably pure tantalum. Since tantalum has high resistance to blistering and good workability, it is suitable for producing a target 5 having a highly accurate shape. Further, since the wettability of lithium is good, when the target material 54 is lithium, the filling property into the recess 110 is improved, and the manufacturing process and manufacturing equipment of the target 5 are simplified. The processing of the first substrate 51 is performed by an appropriate method such as milling, electric discharge machining, or etching.

第２基板５２は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、概略形状が第１基板５１と略同寸の矩形平板状を呈しており、一方の主面に、複数の条溝１２０を有している。条溝１２０は、第２基板５２の表面が溝加工され、横断面視において矩形状に減肉されて設けられている。複数の条溝１２０は、互いに平行に所定間隔で並列しており、各条溝１２０の両端は、第２基板５２の両端面のそれぞれに達している。第２基板５２の厚さは、例えば、７．０ｍｍ以上１３．０ｍｍ以下、好ましくは９．０±１．０ｍｍである。 As shown in FIGS. 2A and 2B, the second substrate 52 has a rectangular flat plate shape having a schematic shape substantially the same as that of the first substrate 51, and has a plurality of grooves 120 on one main surface. ing. The groove 120 is provided so that the surface of the second substrate 52 is grooved and the thickness is reduced to a rectangular shape in a cross-sectional view. The plurality of grooves 120 are parallel to each other and arranged in parallel at predetermined intervals, and both ends of each groove 120 reach both end surfaces of the second substrate 52. The thickness of the second substrate 52 is, for example, 7.0 mm or more and 13.0 mm or less, preferably 9.0 ± 1.0 mm.

第２基板５２の材質は、好ましくは銅又はその合金、より好ましくは銅とされる。銅は、加工性が良く、熱伝導率も高いため、冷却材流路１６０となる条溝１２０を形成するのに適している。第２基板５２の加工は、例えば、フライス加工、放電加工等の適宜の方法によって行われる。 The material of the second substrate 52 is preferably copper or an alloy thereof, and more preferably copper. Copper has good workability and high thermal conductivity, and is therefore suitable for forming the groove 120 serving as the coolant flow path 160. The processing of the second substrate 52 is performed by an appropriate method such as milling or electric discharge machining.

金属箔５６は、保持基板５０に保持されるターゲット材５４を封止している。金属箔５６は、全周縁が縁枠部１１２の上面に接合されると共に、中央側が島部１１４の上面に接合され、ターゲット材５４が充填された凹部１１０を気密に密封する。金属箔５６が備えられることにより、荷電粒子線６が照射されてターゲット材５４が溶融したとしても、凹部１１０から漏出したり、凹部１１０内で偏ったりするのが防止される。また、ターゲット材５４がリチウムである場合、リチウムが大気に暴露されて、水分、窒素等と反応することが防止される。金属箔５６の厚さは、例えば、８．０μｍ以上１２．０μｍ以下、好ましくは１０．０±１．０μｍである。 The metal foil 56 seals the target material 54 held on the holding substrate 50. The entire peripheral edge of the metal foil 56 is joined to the upper surface of the edge frame portion 112, and the central side is joined to the upper surface of the island portion 114 to airtightly seal the recess 110 filled with the target material 54. By providing the metal foil 56, even if the target material 54 is melted by being irradiated with the charged particle beam 6, it is prevented from leaking from the recess 110 or being biased in the recess 110. Further, when the target material 54 is lithium, it is prevented that lithium is exposed to the atmosphere and reacts with water, nitrogen and the like. The thickness of the metal foil 56 is, for example, 8.0 μm or more and 12.0 μm or less, preferably 10.0 ± 1.0 μm.

金属箔５６の材質としては、例えば、チタン、チタン合金、ベリリウム、ベリリウム合金、ステンレス鋼等が挙げられる。金属箔５６の材質としては、特に、チタン又はチタン合金が好ましい。金属箔５６がこのような材質であると、ターゲット材５４との反応によって腐食し難く、また、荷電粒子線６のエネルギ損失が抑えられて発熱が抑制される。金属箔５６と第１基板５１との接合は、例えば、熱間静水圧（等方加圧）プレス、レーザ溶接、電子線溶接等によって行われる。熱間静水圧（等方加圧）プレスにおける接合温度は、第１基板５１と第２基板５２との接合温度よりも低温であることが好ましい。 Examples of the material of the metal foil 56 include titanium, titanium alloy, beryllium, beryllium alloy, stainless steel and the like. As the material of the metal foil 56, titanium or a titanium alloy is particularly preferable. When the metal foil 56 is made of such a material, it is less likely to be corroded by the reaction with the target material 54, and the energy loss of the charged particle beam 6 is suppressed to suppress heat generation. The metal foil 56 and the first substrate 51 are joined by, for example, hot hydrostatic pressure (isotropic pressure) pressing, laser welding, electron beam welding, or the like. The bonding temperature in the hot hydrostatic pressure (isotropic pressure) press is preferably lower than the bonding temperature between the first substrate 51 and the second substrate 52.

図２Ａに示すように、第１基板５１は、第１基板５１を厚さ方向に貫通し、凹部１１０と第１基板５１の反対側の主面側とを連通する第１貫通孔１３１と、第２貫通孔１３２と、を有している。第１貫通孔１３１は、凹部１１０の底面において、中央から離れた隅部付近に開口しており、第１基板５１の反対側の主面の隅部付近に貫通している。一方、第２貫通孔１３２は、凹部１１０の底面において、第１貫通孔１３１の対角線上の隅部付近に開口しており、第１基板５１の反対側の主面の隅部付近に貫通している。 As shown in FIG. 2A, the first substrate 51 includes a first through hole 131 that penetrates the first substrate 51 in the thickness direction and communicates between the recess 110 and the main surface side on the opposite side of the first substrate 51. It has a second through hole 132. The first through hole 131 opens near a corner portion away from the center on the bottom surface of the recess 110, and penetrates near a corner portion of the main surface on the opposite side of the first substrate 51. On the other hand, the second through hole 132 opens in the vicinity of the diagonal corner of the first through hole 131 on the bottom surface of the recess 110, and penetrates near the corner of the main surface on the opposite side of the first substrate 51. ing.

また、図２Ｂに示すように、第２基板５２は、第２基板５２を厚さ方向に貫通し、第２基板５２の一方の主面側と他方の主面側とを連通する第３貫通孔１３３と、第４貫通孔１３４と、を有している。第３貫通孔１３３は、第２基板５２の一方の主面において、条溝１２０と交差しない隅部付近に開口しており、第２基板５２の他方の主面の隅部付近に貫通している。一方、第４貫通孔１３４は、第２基板５２の一方の主面において、第３貫通孔１３３の対角線上の条溝１２０と交差しない隅部付近に開口しており、第２基板５２の他方の主面の隅部付近に貫通している。第３貫通孔１３３及び第４貫通孔１３４は、第１基板５１と第２基板５２とが接合されたとき、第１貫通孔１３１及び第２貫通孔１３２のそれぞれと内周面が面一となる位置に開口している。 Further, as shown in FIG. 2B, the second substrate 52 penetrates the second substrate 52 in the thickness direction and communicates with one main surface side and the other main surface side of the second substrate 52. It has a hole 133 and a fourth through hole 134. The third through hole 133 opens in the vicinity of a corner portion of one main surface of the second substrate 52 that does not intersect with the groove 120, and penetrates the vicinity of a corner portion of the other main surface of the second substrate 52. There is. On the other hand, the fourth through hole 134 is open on one main surface of the second substrate 52 near a corner that does not intersect the diagonal groove 120 of the third through hole 133, and is the other of the second substrate 52. It penetrates near the corner of the main surface of. When the first substrate 51 and the second substrate 52 are joined to each of the third through hole 133 and the fourth through hole 134, the inner peripheral surfaces of the first through hole 131 and the second through hole 132 are flush with each other. It is open at the position where.

図２Ｃに示すように、第１貫通孔１３１と第３貫通孔１３３は、第１基板５１と第２基板５２とが接合されたときに注入孔１３６を形成する。注入孔１３６は、例えば、第１基板５１の材質とターゲット材５４との濡れ性が良好である場合等に、予め金属箔５６で密封した凹部１１０に、液体の状態のターゲット材５４を注入するために用いられる。また、第２貫通孔１３２と第４貫通孔１３４は、第１基板５１と第２基板５２とが接合されたときに排出孔１３８を形成する。排出孔１３８は、予め金属箔５６で密封されている凹部１１０に、注入孔１３６を通じてターゲット材５４を充填するとき、凹部１１０に充填しきれなかった余剰のターゲット材５４や凹部１１０内の気体を排出するために用いられる。 As shown in FIG. 2C, the first through hole 131 and the third through hole 133 form an injection hole 136 when the first substrate 51 and the second substrate 52 are joined. The injection hole 136 injects the target material 54 in a liquid state into the recess 110 previously sealed with the metal foil 56, for example, when the material of the first substrate 51 and the target material 54 have good wettability. Used for Further, the second through hole 132 and the fourth through hole 134 form a discharge hole 138 when the first substrate 51 and the second substrate 52 are joined. The discharge hole 138 fills the recess 110, which is sealed with the metal foil 56 in advance, with the target material 54 through the injection hole 136, and the excess target material 54 and the gas in the recess 110 that could not be filled in the recess 110 are filled. Used for discharging.

ターゲット材５４の凹部１１０への充填は、ターゲット材５４がリチウムである場合、アルゴンガス等による不活性ガス雰囲気又は真空雰囲気の下で行う。例えば、充填用の注入配管を注入孔１３６に接続し、保持基板５０をリチウムの融点以上、且つ、保持基板５０が軟化しない程度の温度域、例えば、４００℃から５００℃程度に加熱する。そして、凹部１１０内の気体を排出孔１３８を通じて排出しながら、注入孔１３６を通じて凹部１１０にリチウムの溶湯を注入し、毛細管現象によって隙間無く充填させる。注入孔１３６や排出孔１３８は、凹部１１０にターゲット材５４を充填して凝固させた後、注入配管を切断してから、溶接、圧接等により封止する。 When the target material 54 is lithium, the filling of the target material 54 into the recess 110 is performed in an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere with argon gas or the like. For example, an injection pipe for filling is connected to the injection hole 136, and the holding substrate 50 is heated to a temperature range above the melting point of lithium and to the extent that the holding substrate 50 does not soften, for example, about 400 ° C. to 500 ° C. Then, while discharging the gas in the recess 110 through the discharge hole 138, the molten lithium is injected into the recess 110 through the injection hole 136 and filled without a gap by the capillary phenomenon. The injection hole 136 and the discharge hole 138 are sealed by welding, pressure welding, or the like after the injection pipe is cut after the recess 110 is filled with the target material 54 and solidified.

注入孔１３６や排出孔１３８を用いた充填法によると、開放された凹部１１０にターゲット材５４を充填し、凝固させた後に金属箔５６で密封する場合と比較して、リチウム等のターゲット材５４が大気に暴露されるのを容易に防止することができる。また、狭い凹部１１０の全体にターゲット材５４が満たされ易いため、凹部１１０内に空隙が生じ難くなる。そのため、リチウムをターゲット材５４としたターゲット５を、簡易な工程及び設備で製造することができる。なお、ターゲット材５４の凹部１１０における充填状態については、例えば、Ｘ線、温度分布、超音波等で検知することが可能である。 According to the filling method using the injection hole 136 and the discharge hole 138, the target material 54 such as lithium is compared with the case where the open recess 110 is filled with the target material 54, solidified, and then sealed with the metal foil 56. Can be easily prevented from being exposed to the atmosphere. Further, since the target material 54 is easily filled in the entire narrow recess 110, it is difficult for a gap to be formed in the recess 110. Therefore, the target 5 using lithium as the target material 54 can be manufactured by a simple process and equipment. The filling state of the target material 54 in the recess 110 can be detected by, for example, X-rays, temperature distribution, ultrasonic waves, or the like.

図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、冷却材流路１６０は、保持基板５０に貫通孔として設けられている。冷却材流路１６０は、第２基板５２に設けられた複数の条溝１２０の上部が第１基板５１で塞がれることにより、平行に複数形成されている。図２Ｃに示すように、冷却材流路１６０の横断面視の形状は、矩形状であり、リブ列６０（図３参照）が形成された第１基板５１が上壁面、第２基板５２が側壁面及び底壁面を成している。図２Ｂに示すように、複数の冷却材流路１６０は、互いに所定間隔をあけて並列しており、保持基板５０の一端面から他端面まで貫通している。 As shown in FIGS. 2A, 2B and 2C, the coolant flow path 160 is provided as a through hole in the holding substrate 50. A plurality of coolant flow paths 160 are formed in parallel by closing the upper portions of the plurality of groove 120s provided in the second substrate 52 with the first substrate 51. As shown in FIG. 2C, the shape of the coolant flow path 160 in cross-sectional view is rectangular, with the first substrate 51 on which the rib rows 60 (see FIG. 3) are formed being the upper wall surface and the second substrate 52 being It forms a side wall surface and a bottom wall surface. As shown in FIG. 2B, the plurality of coolant flow paths 160 are arranged in parallel with each other at predetermined intervals, and penetrate from one end surface to the other end surface of the holding substrate 50.

冷却材流路１６０は、保持基板５０の一端面側及び他端面側のそれぞれにおいて、不図示の冷却ジャケットが備える冷却材の供給路及び排出路と接続されるようになっている。複数の冷却材流路１６０には、荷電粒子線６が照射される間、並向流とした冷却材が流されてターゲット材５４の除熱が行われる。冷却材としては、例えば、水が用いられる。冷却材の入口温度は、例えば、常温（２０±１５℃）である。また、冷却材流路１６０の横断面における冷却材の平均流速は、例えば、２ｍ／ｓ以上、好ましくは５ｍ／ｓ以上とする。 The coolant flow path 160 is connected to a coolant supply path and a coolant discharge path included in a cooling jacket (not shown) on one end surface side and the other end surface side of the holding substrate 50, respectively. While the charged particle beam 6 is irradiated through the plurality of coolant flow paths 160, the coolant in parallel flow is flowed to remove heat from the target material 54. As the coolant, for example, water is used. The inlet temperature of the coolant is, for example, normal temperature (20 ± 15 ° C.). The average flow velocity of the coolant in the cross section of the coolant flow path 160 is, for example, 2 m / s or more, preferably 5 m / s or more.

図３は、中性子発生装置用のターゲットの冷却材流路の要部を示す斜視図である。
図３においては、ターゲット５が備える冷却材流路１６０の一部区間を、荷電粒子線６の照射方向の下流側、すなわち、ターゲット５の背面側から透視して視た斜視図が示されている。荷電粒子線６が照射されたときに発熱の中心となるターゲット材５４は、図３の紙面の奥側に位置する。 FIG. 3 is a perspective view showing a main part of the coolant flow path of the target for the neutron generator.
FIG. 3 shows a perspective view of a part of the coolant flow path 160 included in the target 5 as seen through from the downstream side in the irradiation direction of the charged particle beam 6, that is, the back side of the target 5. There is. The target material 54, which is the center of heat generation when the charged particle beam 6 is irradiated, is located on the inner side of the paper surface of FIG.

図３において、Ｗは、冷却材流路１６０の壁面（１６０ｃ）に平行な流路横幅、Ｈは、冷却材流路１６０の壁面（１６０ｃ）に垂直な流路縦幅を示す。また、ＲＷは、冷却材の流れ方向（主流の方向）に沿ったリブ幅（リブ６１，６２の前縁６０ａと後縁６０ｂとの間の最大長さ）、Ｐは、リブ列６０におけるリブ同士の間隔（リブ６１，６２の後縁６０ｂとその下流のリブ６１，６２の前縁６０ａとの間の距離）、ＲＯは、冷却材の流れ方向についてのリブ傾斜距離（リブ６１，６２を斜辺とした対辺の長さ）、ＲＡは、冷却材の流れ方向に垂直な方向に沿ったリブ長さ（リブ６１，６２を斜辺とした隣辺の長さ）、ＲＨは、冷却材流路１６０の壁面（１６０ｃ）に垂直なリブ高さを示す。 In FIG. 3, W indicates the width of the flow path parallel to the wall surface (160c) of the coolant flow path 160, and H indicates the vertical width of the flow path perpendicular to the wall surface (160c) of the coolant flow path 160. Also, R W is along the flow direction of the coolant (main flow direction) rib width (maximum length between the leading edge 60a and trailing edge 60b of the ribs 61, 62), P is the rib columns 60 The distance between the ribs (distance between the trailing edges 60b of the ribs 61 and 62 and the front edge 60a of the ribs 61 and 62 downstream thereof), RO is the rib inclination distance with respect to the flow direction of the coolant (rib 61, 62 is the length of the opposite side with the hypotenuse), RA is the rib length along the direction perpendicular to the flow direction of the coolant (the length of the adjacent side with the ribs 61 and 62 as the hypotenuse), and RH is The rib height perpendicular to the wall surface (160c) of the coolant flow path 160 is shown.

図３に示すように、冷却材流路１６０は、壁面（１６０ｃ）から突出したリブ列６０を有している。リブ列６０は、複数の突起状のリブ６１，６２によって構成されている。リブ列６０は、第１基板５１の表面であって、第２基板５２に形成されている条溝１２０に臨む位置に設けられており（図２Ａ等参照）、冷却材流路１６０の上壁面１６０ｃ、すなわち、ターゲット材５４が位置する側の壁面に配置されている。 As shown in FIG. 3, the coolant flow path 160 has a rib row 60 protruding from the wall surface (160c). The rib row 60 is composed of a plurality of protruding ribs 61 and 62. The rib row 60 is a surface of the first substrate 51 and is provided at a position facing the groove 120 formed in the second substrate 52 (see FIG. 2A and the like), and is an upper wall surface of the coolant flow path 160. It is arranged on the wall surface of 160c, that is, the side on which the target material 54 is located.

リブ列６０は、冷却材流路１６０の壁面（１６０ｃ）の中心線（図３に鎖線で示す。）よりも一方の側（右壁面１６０ａ側）に配列した第１リブ６１と、冷却材流路１６０の壁面（１６０ｃ）の中心線よりも他方の側（左壁面１６０ｂ側）に配列した第２リブ６２と、を含んでなる。第１リブ６１及び第２リブ６２は、いずれも冷却材の流れ方向（図３に白抜き矢印で示す主流の方向）に沿って間隔をあけて配列している。第１リブ６１及び第２リブ６２は、いずれも周期的に配列しており、第１リブ６１同士の間隔と第２リブ６２同士の間隔は、互いに略同幅とされている。 The rib row 60 includes the first rib 61 arranged on one side (right wall surface 160a side) of the center line (shown by a chain line in FIG. 3) of the wall surface (160c) of the coolant flow path 160, and the coolant flow. It includes a second rib 62 arranged on the other side (left wall surface 160b side) from the center line of the wall surface (160c) of the road 160. Both the first rib 61 and the second rib 62 are arranged at intervals along the flow direction of the coolant (the direction of the mainstream indicated by the white arrow in FIG. 3). The first rib 61 and the second rib 62 are both arranged periodically, and the distance between the first ribs 61 and the distance between the second ribs 62 are substantially the same width as each other.

第１リブ６１及び第２リブ６２は、図３において、冷却材の流れ方向の上流側に位置する前縁６０ａと、冷却材の流れ方向の下流側に位置する後縁６０ｂとが平行に設けられている。第１リブ６１及び第２リブ６２は、冷却材流路１６０の右壁面１６０ａ及び左壁面１６０ｂのそれぞれから上壁面１６０ｃの中心線付近まで延在しており、冷却材流路１６０の横断面視においては、上壁面１６０ｃの表面上に、左右にかけて略隙間無く設けられている（図２Ｃ参照）。 In FIG. 3, the first rib 61 and the second rib 62 are provided with a front edge 60a located on the upstream side in the flow direction of the coolant and a trailing edge 60b located on the downstream side in the flow direction of the coolant in parallel. Has been done. The first rib 61 and the second rib 62 extend from each of the right wall surface 160a and the left wall surface 160b of the coolant flow path 160 to the vicinity of the center line of the upper wall surface 160c, and are viewed in cross section of the coolant flow path 160. Is provided on the surface of the upper wall surface 160c with substantially no gap from the left and right (see FIG. 2C).

第１リブ６１及び第２リブ６２は、冷却材の流れの乱流化を促進し、冷却材による除熱の効率を高める作用を示す。冷却材の流れは、上壁面１６０ｃの側において、リブ６１，６２に衝突して剥離し、下流側に配置されているリブ６１，６２に再付着する。また、リブ６１，６２に衝突して上壁面１６０ｃ側に潜り込み、リブ同士の間において、冷却材の主流の方向に沿った二次的な循環流を生じる。そのため、冷却材の流れは、強く乱流化されると共に、冷却材の流れが再付着する部位においては、冷却材流路１６０の壁面を覆う蒸気膜が迅速に破壊され、熱伝達率が大きく向上する効果が得られる。また、第１リブ６１及び第２リブ６２は、冷却材流路１６０の表面積を拡張するので、冷却材による伝熱面積が増大する効果も得られる。 The first rib 61 and the second rib 62 have an effect of promoting turbulence of the flow of the coolant and increasing the efficiency of heat removal by the coolant. The flow of the coolant collides with the ribs 61 and 62 on the upper wall surface 160c side, peels off, and reattaches to the ribs 61 and 62 arranged on the downstream side. Further, it collides with the ribs 61 and 62 and sneaks into the upper wall surface 160c side, and a secondary circulating flow is generated between the ribs along the mainstream direction of the coolant. Therefore, the flow of the coolant is strongly turbulent, and the vapor film covering the wall surface of the coolant flow path 160 is rapidly destroyed at the site where the flow of the coolant reattaches, resulting in a large heat transfer coefficient. The effect of improvement can be obtained. Further, since the first rib 61 and the second rib 62 expand the surface area of the coolant flow path 160, the effect of increasing the heat transfer area by the coolant can also be obtained.

図３に示すように、第１リブ６１及び第２リブ６２は、冷却材流路１６０の壁面（１６０ｃ）の中心線側から外側に向かうにつれて冷却材の流れ方向の下流側に位置するように傾斜して配置されている。具体的には、第１リブ６１及び第２リブ６２は、平面視の形状が平行四辺形を呈しており、冷却材流路１６０の上壁面１６０ｃの中心線側に位置する先端部よりも、冷却材流路１６０の右壁面１６０ａ側や左壁面１６０ｂ側に位置する基端部が、冷却材の主流の方向の下流側に位置している。このように第１リブ６１及び第２リブ６２が傾斜していることにより、リブ６１，６２に衝突した冷却材の流れが、垂直な方向（左右方向）の流れに積極的に変換され、左右方向に流れる旋回流や剪断流の発達により、冷却材の流れの乱流化が大きく促進されるようになっている。 As shown in FIG. 3, the first rib 61 and the second rib 62 are located on the downstream side in the coolant flow direction from the center line side to the outside of the wall surface (160c) of the coolant flow path 160. It is arranged at an angle. Specifically, the first rib 61 and the second rib 62 have a parallelogram shape in a plan view, and are more than the tip portions located on the center line side of the upper wall surface 160c of the coolant flow path 160. The base end portion located on the right wall surface 160a side or the left wall surface 160b side of the coolant flow path 160 is located on the downstream side in the mainstream direction of the coolant. Since the first rib 61 and the second rib 62 are inclined in this way, the flow of the coolant colliding with the ribs 61 and 62 is positively converted into a flow in the vertical direction (left-right direction), and the left and right directions are positively converted. Due to the development of swirling flow and shear flow flowing in the direction, turbulence of the coolant flow is greatly promoted.

また、図３に示すように、第１リブ６１及び第２リブ６２は、冷却材の流れ方向に沿って互い違いに配置されている。第１リブ６１と第２リブ６２は、配列しているリブ同士の間の中間位置にずれて交互に並び、千鳥配列を形成している。傾斜した第１リブ６１及び第２リブ６２が互い違いに配置されることにより、冷却材の流れ方向に垂直な方向（左右方向）に変換された旋回流や剪断流が、間隔をあけて配列しているリブ毎に交互に逆方向に発達し、熱伝達率が均一性高い分布で高められるようになっている。 Further, as shown in FIG. 3, the first rib 61 and the second rib 62 are alternately arranged along the flow direction of the coolant. The first rib 61 and the second rib 62 are arranged alternately at intermediate positions between the arranged ribs to form a staggered arrangement. By arranging the inclined first ribs 61 and the second ribs 62 in a staggered manner, the swirling flow and the shear flow converted in the direction perpendicular to the flow direction of the coolant (left-right direction) are arranged at intervals. It develops alternately in the opposite direction for each rib, and the heat transfer coefficient is enhanced with a highly uniform distribution.

また、図３に示すように、冷却材流路１６０の壁面（１６０ｃ）は、間隔をあけて配列した第１リブ６１同士の間、及び、間隔をあけて配列した第２リブ６２同士の間のそれぞれに、微細な窪み状のマイクロピット（微細穴）８０を有している。マイクロピット８０は、図３において、リブ同士の間の壁面（１６０ｃ）の上流側半部（リブ同士の間の中間位置よりも上流側）に、リブ６１，６２の後縁６０ｂに沿って配置されている。 Further, as shown in FIG. 3, the wall surface (160c) of the coolant flow path 160 is between the first ribs 61 arranged at intervals and between the second ribs 62 arranged at intervals. Each of the above has a fine recessed micropit (fine hole) 80. In FIG. 3, the micropit 80 is arranged along the trailing edge 60b of the ribs 61 and 62 in the upstream half of the wall surface (160c) between the ribs (upstream from the intermediate position between the ribs). Has been done.

図４は、冷却材流路の壁面に設けられるマイクロピットの構造を示す断面図である。
図４において、Ｄ１は、マイクロピット８０の底面深さ、Ｄ２は、マイクロピット８０のテーパ面深さ、φ１は、マイクロピット８０の開口径、φ２は、マイクロピット８０の底面内径、θは、テーパ角度を示す。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a micropit provided on the wall surface of the coolant flow path.
In FIG. 4, D 1 is the depth of the bottom surface of the micro pit 80, D 2 is the depth of the tapered surface of the micro pit 80, φ 1 is the opening diameter of the micro pit 80, and φ 2 is the inner diameter of the bottom surface of the micro pit 80. , Θ indicate the taper angle.

図４に示すように、マイクロピット８０は、冷却材流路の壁面（１６０ｃ）に略逆円錐台状に窪んだテーパ穴として設けられる。マイクロピット８０の底面１８０ａは、所定の曲率のＲ底を形成しており、側面１８０ｂは、底面１８０ａに向かって内径が縮径するテーパ面を形成している。マイクロピット８０は、例えば、冷却材流路１６０の壁面となる第１基板５１の表面にレーザ加工を施すことにより形成される。 As shown in FIG. 4, the micropit 80 is provided as a tapered hole recessed in a substantially inverted truncated cone shape on the wall surface (160c) of the coolant flow path. The bottom surface 180a of the micropit 80 forms an R bottom having a predetermined curvature, and the side surface 180b forms a tapered surface whose inner diameter is reduced toward the bottom surface 180a. The micropit 80 is formed, for example, by laser machining the surface of the first substrate 51, which is the wall surface of the coolant flow path 160.

マイクロピット８０の寸法は、例えば、底面深さ（Ｄ１）が、７５〜１００μｍ、テーパ面深さ（Ｄ２）が、７５μｍ、開口径（φ１）が、４８μｍ、底面内径（φ２）が、３５μｍ、テーパ角度（θ）が、約５°である。 The dimensions of the micropit 80 are, for example, a bottom surface depth (D 1 ) of 75 to 100 μm, a tapered surface depth (D 2 ) of 75 μm, an opening diameter (φ 1 ) of 48 μm, and a bottom surface inner diameter (φ 2 ). However, it is 35 μm and the taper angle (θ) is about 5 °.

マイクロピット８０は、冷却材の沸騰核として機能する。ターゲット材５４の発熱により生じた冷却材の蒸気は、マイクロピット８０の内側に捕捉されて成長し、膨張した気泡が壁面から放出される。そのため、マイクロピット８０を冷却材流路１６０の壁面に設けることにより、核沸騰型の冷却が促進され、冷却材による除熱の効率が大きく高められる。マイクロピット８０は、図３に示す配置の他、冷却材流路１６０の側壁面１６０ａ，１６０ｂの近傍や、リブ６１，６２の近傍に、格子配列、千鳥配列等の適宜の配列で配置することが可能である。 The micropit 80 functions as a boiling core of the coolant. The coolant vapor generated by the heat generated by the target material 54 is trapped inside the micropit 80 and grows, and the expanded bubbles are released from the wall surface. Therefore, by providing the micropit 80 on the wall surface of the coolant flow path 160, the nucleate boiling type cooling is promoted, and the efficiency of heat removal by the coolant is greatly enhanced. In addition to the arrangement shown in FIG. 3, the micropits 80 are arranged in an appropriate arrangement such as a lattice arrangement or a staggered arrangement in the vicinity of the side wall surfaces 160a and 160b of the coolant flow path 160 and in the vicinity of the ribs 61 and 62. Is possible.

図５Ａは、マイクロピットの配置の第１例を示す冷却材流路の平面図、図５Ｂは、マイクロピットの配置の第２例を示す冷却材流路の平面図、図５Ｃは、マイクロピットの配置の第３例を示す冷却材流路の平面図である。
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃにおいては、マイクロピット８０を配置するのに適した領域の、リブ同士の間の壁面（１６０ｃ）の上流側半部以外の例を破線（２００）で示している。 5A is a plan view of the coolant flow path showing the first example of the arrangement of the micropits, FIG. 5B is the plan view of the coolant flow path showing the second example of the arrangement of the micropits, and FIG. 5C is the micropit. It is a top view of the coolant flow path which shows the 3rd example of the arrangement of.
In FIGS. 5A, 5B and 5C, an example of a region suitable for arranging the micropit 80 other than the upstream half of the wall surface (160c) between the ribs is shown by a broken line (200). ..

図５Ａに示すように、マイクロピット８０を配置する領域２００は、リブ同士の間の壁面（１６０ｃ）の下流側半部（リブ同士の間の中間位置よりも下流側）に、リブ６１，６２の前縁６０ａに沿って位置させることもできる。冷却材流路１６０の壁面のうち、リブ６１，６２の前縁６０ａの近傍は、冷却材の流れがリブ６１，６２に衝突して潜り込むため、リブ６１，６２の根本付近に滞留して局所的に循環する二次流れが生じ易く、熱伝達率が低下し易い領域である。このような領域にマイクロピット８０を配置すると、図３に示す配置と同様、リブ６１，６２の根本付近の局所的な対流熱伝達の低下を、核沸騰を促進して補うことが可能である。 As shown in FIG. 5A, the region 200 in which the micropit 80 is arranged is located in the downstream half of the wall surface (160c) between the ribs (downstream from the intermediate position between the ribs), the ribs 61 and 62. It can also be positioned along the front edge 60a of. Of the wall surface of the coolant flow path 160, the vicinity of the front edges 60a of the ribs 61 and 62 is localized near the roots of the ribs 61 and 62 because the flow of the coolant collides with the ribs 61 and 62 and slips into the wall surface. This is a region where a secondary flow that circulates is likely to occur and the heat transfer coefficient is likely to decrease. By arranging the micropit 80 in such a region, it is possible to promote and compensate for the decrease in local convective heat transfer near the roots of the ribs 61 and 62, as in the arrangement shown in FIG. ..

また、図５Ｂに示すように、マイクロピット８０を配置する領域２００は、リブ同士の間の壁面（１６０ｃ）の外側半部に、冷却材流路１６０の側壁面１６０ａ，１６０ｂに沿って位置させることもできる。冷却材流路１６０の壁面のうち、外側の隅部付近（側壁面１６０ａ，１６０ｂの付近）は、冷却材の流れ方向に垂直な方向（左右方向）に発達した旋回流が、逆方向に局所的に旋回して滞留する二次流れを生じ易く、熱伝達率が低下し易い領域である。このような領域にマイクロピット８０を配置すると、隅部付近の局所的な対流熱伝達の低下を、核沸騰を促進して補うことが可能である。 Further, as shown in FIG. 5B, the region 200 in which the micropit 80 is arranged is located in the outer half of the wall surface (160c) between the ribs along the side wall surfaces 160a and 160b of the coolant flow path 160. You can also do it. Of the wall surface of the coolant flow path 160, in the vicinity of the outer corners (near the side wall surfaces 160a and 160b), the swirling flow developed in the direction perpendicular to the coolant flow direction (left-right direction) is locally localized in the opposite direction. This is a region in which a secondary flow that swirls and stays is likely to occur, and the heat transfer coefficient is likely to decrease. By arranging the micropit 80 in such a region, it is possible to promote and compensate for the decrease in local convective heat transfer near the corner.

また、図５Ｃに示すように、マイクロピット８０を配置する領域２００は、リブ同士の間の壁面（１６０ｃ）の、リブ６１，６２の基端と、その下流側に配置されているリブ６１，６２の先端とを結ぶ線よりも下流側且つ外側の半部に、リブ６１，６２の前縁６０ａや、冷却材流路１６０の側壁面１６０ａ，１６０ｂに沿って位置させることもできる。このようなヌセルト数が小さくなり易い領域にマイクロピット８０を配置すると、図５Ａや図５Ｂの配置よりも更に除熱の効率を高めることができる。 Further, as shown in FIG. 5C, the region 200 in which the micropit 80 is arranged is the base ends of the ribs 61 and 62 on the wall surface (160c) between the ribs and the ribs 61 arranged on the downstream side thereof. It can also be located on the downstream side and the outer half of the line connecting the tip of 62 along the front edges 60a of the ribs 61 and 62 and the side wall surfaces 160a and 160b of the coolant flow path 160. When the micropit 80 is arranged in such a region where the Nusselt number tends to be small, the efficiency of heat removal can be further improved as compared with the arrangement of FIGS. 5A and 5B.

図６Ａは、流路幅の第１例を示す冷却材流路の斜視図、図６Ｂは、流路幅の第１例における二次流れの解析結果を示すベクトル図である。また、図７Ａは、流路幅の第２例を示す冷却材流路の斜視図、図７Ｂは、流路幅の第２例における二次流れの解析結果を示すベクトル図である。
図６Ａ及び図７Ａにおいては、第１リブ６１及び第２リブ６２が設けられた壁面（１６０ｃ）の流路幅の具体例を示している。また、図６Ｂ及び図７Ｂにおいては、図６Ａ及び図７Ａの任意横断面（II−II断面）について、解析された冷却材の二次流れの速度ベクトルを簡略化して示している。細線の矢印は、熱伝達率が相対的に低い流れ、太線の矢印は、熱伝達率が相対的に高い流れを表す。 FIG. 6A is a perspective view of the coolant flow path showing the first example of the flow path width, and FIG. 6B is a vector diagram showing the analysis result of the secondary flow in the first example of the flow path width. Further, FIG. 7A is a perspective view of the coolant flow path showing the second example of the flow path width, and FIG. 7B is a vector diagram showing the analysis result of the secondary flow in the second example of the flow path width.
6A and 7A show specific examples of the flow path width of the wall surface (160c) provided with the first rib 61 and the second rib 62. Further, in FIGS. 6B and 7B, the velocity vector of the secondary flow of the analyzed coolant is simplified and shown for the arbitrary cross section (II-II cross section) of FIGS. 6A and 7A. The thin arrow indicates a flow with a relatively low heat transfer coefficient, and the thick arrow indicates a flow with a relatively high heat transfer coefficient.

図６Ａに示す冷却材流路１６０は、流路横幅（Ｗ）が、６．０ｍｍ、流路縦幅（Ｈ）が、５．０ｍｍである。すなわち、流路縦幅（Ｈ）は、流路横幅（Ｗ）の１倍未満の長さである。なお、図６Ａに示す冷却材流路１６０において、リブ幅（ＲＷ）は、１．０ｍｍ、リブ同士の間隔（Ｐ）は、５．０ｍｍ、リブの傾斜距離（ＲＯ）は、１．５ｍｍ、リブ長さ（ＲＡ）は、３．０ｍｍ、リブ高さ（ＲＨ）は、１．０ｍｍが想定される。 The coolant flow path 160 shown in FIG. 6A has a flow path width (W) of 6.0 mm and a flow path vertical width (H) of 5.0 mm. That is, the flow path vertical width (H) is less than one time the flow path horizontal width (W). Incidentally, in the coolant channel 160 shown in FIG. 6A, the rib width (R W) is 1.0 mm, spacing of the ribs between (P) is 5.0 mm, the inclination distance of the rib (R O) is 1. It is assumed that the rib length ( RA ) is 3.0 mm and the rib height ( RH ) is 1.0 mm.

一方、図７Ａに示す冷却材流路１６０は、流路横幅（Ｗ）が、６．０ｍｍ、流路縦幅（Ｈ）が、３．０ｍｍに短縮されている。すなわち、流路縦幅（Ｈ）は、流路横幅（Ｗ）の０．５倍の長さであり、冷却材流路１６０の横断面視において、第１リブ６１及び第２リブ６２のそれぞれの直下（図における手前側）に、略正方形状の空間がそれぞれ確保されている。なお、図７Ａに示す冷却材流路１６０において、リブ幅（ＲＷ）、リブ同士の間隔（Ｐ）、リブの傾斜距離（ＲＯ）、リブ長さ（ＲＡ）及びリブ高さ（ＲＨ）は、図６Ａに示す冷却材流路１６０と同寸が想定される。 On the other hand, in the coolant flow path 160 shown in FIG. 7A, the flow path width (W) is shortened to 6.0 mm and the flow path vertical width (H) is shortened to 3.0 mm. That is, the vertical width (H) of the flow path is 0.5 times the horizontal width (W) of the flow path, and the first rib 61 and the second rib 62 are respectively viewed in the cross-sectional view of the coolant flow path 160. A substantially square-shaped space is secured directly below (the front side in the figure). Incidentally, in the coolant channel 160 shown in FIG. 7A, the rib width (R W), spacing ribs between (P), the rib inclination distance (R O), the rib length (R A) and the rib height (R H ) is assumed to have the same size as the coolant flow path 160 shown in FIG. 6A.

図６Ｂに示すように、流路縦幅（Ｈ）が５．０ｍｍの冷却材流路１６０では、冷却材流路１６０の横断面視において、第１リブ６１及び第２リブ６２のそれぞれの直下に、扁平な楕円軌道で旋回する旋回流がそれぞれ生じている。旋回流は、左右の対称性が必ずしも高くなく、一方側（左側）がやや大きい軌道を描いている。冷却材流路１６０の中央付近では昇降流が十分に発達して無く、上壁面付近や側壁面付近において、熱伝達率の分布にばらつきが生じている。また、冷却材流路１６０の下壁面側では、熱伝達率が低くなっており、冷却能力に大きな影響を与える程度の熱流束は生じていないことが分かる。 As shown in FIG. 6B, in the coolant flow path 160 having a flow path vertical width (H) of 5.0 mm, in a cross-sectional view of the coolant flow path 160, it is directly below each of the first rib 61 and the second rib 62. There are swirling currents that swirl in a flat elliptical orbit. The swirling flow does not necessarily have high left-right symmetry, and one side (left side) draws a slightly larger orbit. The ascending / descending flow is not sufficiently developed near the center of the coolant flow path 160, and the distribution of the heat transfer coefficient varies near the upper wall surface and the side wall surface. Further, it can be seen that the heat transfer coefficient is low on the lower wall surface side of the coolant flow path 160, and that heat flux that does not significantly affect the cooling capacity is not generated.

これに対して、図７Ｂに示すように、流路縦幅（Ｈ）が３．０ｍｍに短縮された冷却材流路１６０では、冷却材流路１６０の横断面視において、第１リブ６１及び第２リブ６２のそれぞれの直下に、左右の対称性が高く、真円に近い軌道で互いに逆方向に旋回する旋回流がそれぞれ生じている。冷却材流路１６０の中央付近や側壁面付近では昇降流による熱伝達が促進されており、上壁面付近や側壁面付近においては、熱伝達率が高い領域が均一性高く分布している。また、冷却材流路１６０の下壁面側では、熱伝達率が高くなっており、伝熱量が少なく、冷却能力への寄与が小さい領域が削減されていることが分かる。 On the other hand, as shown in FIG. 7B, in the coolant flow path 160 in which the vertical width (H) of the flow path is shortened to 3.0 mm, the first rib 61 and the first rib 61 and the coolant flow path 160 are viewed in cross section. Immediately below each of the second ribs 62, swirling currents having high left-right symmetry and swirling in opposite directions on orbits close to a perfect circle are generated. Heat transfer due to the up-and-down flow is promoted near the center of the coolant flow path 160 and near the side wall surface, and regions having a high heat transfer coefficient are uniformly distributed near the upper wall surface and the side wall surface. Further, it can be seen that on the lower wall surface side of the coolant flow path 160, the region where the heat transfer coefficient is high, the amount of heat transfer is small, and the contribution to the cooling capacity is small is reduced.

図６Ｂ及び図７Ｂが示すように、冷却材流路１６０の流路縦幅（Ｈ）が、流路横幅（Ｗ）に対して狭く設けられており、流路横幅（Ｗ）の凡そ１／２倍の長さであると、冷却材の流れ方向に垂直な方向（左右方向）について、第１リブ６１及び第２リブ６２のそれぞれの直下に生じる旋回流の対称性が高くなり、冷却材流路１６０の壁面（１６０ｃ）に垂直な方向（上下方向）の対流熱伝達が促進されるといえる。また、流路縦幅（Ｈ）が流路横幅（Ｗ）に対して狭く設けられることにより、冷却材の流速が増大するため、冷却材による除熱の効率が一層高められるといえる。 As shown in FIGS. 6B and 7B, the flow path vertical width (H) of the coolant flow path 160 is narrower than the flow path width (W), and is approximately 1 / of the flow path width (W). If the length is doubled, the symmetry of the swirling flow generated directly under each of the first rib 61 and the second rib 62 becomes higher in the direction perpendicular to the flow direction of the coolant (horizontal direction), and the coolant It can be said that convective heat transfer in the direction perpendicular to the wall surface (160c) of the flow path 160 (vertical direction) is promoted. Further, it can be said that the efficiency of heat removal by the coolant is further enhanced because the flow velocity of the coolant is increased by providing the flow path vertical width (H) to be narrower than the flow path horizontal width (W).

したがって、冷却材流路１６０は、第１リブ６１及び第２リブ６２が配列した壁面（１６０ｃ）に対して垂直な流路幅（流路縦幅（Ｈ））が、当該壁面に対して平行な流路幅（流路横幅（Ｗ））の１倍未満の長さであることが好ましく、凡そ０．５倍の長さであることが特に好ましい。なお、凡そ０．５倍の長さには、同等の結果が見込まれる、０．４倍以上０．６倍以下の長さが含まれる。より好ましい長さは、０．４５倍以上０．５５倍以下の長さである。 Therefore, in the coolant flow path 160, the flow path width (flow path vertical width (H)) perpendicular to the wall surface (160c) in which the first rib 61 and the second rib 62 are arranged is parallel to the wall surface. The length is preferably less than 1 times the width of the flow path (width of the flow path (W)), and particularly preferably about 0.5 times. It should be noted that the length of about 0.5 times includes a length of 0.4 times or more and 0.6 times or less, which is expected to have the same result. A more preferable length is 0.45 times or more and 0.55 times or less.

図８Ａは、リブ同士の間隔の第１例を示す冷却材流路の平面図、図８Ｂは、リブ同士の間隔の第１例における熱伝達率の解析結果を示す図である。また、図９Ａは、リブ同士の間隔の第２例を示す冷却材流路の平面図、図９Ｂは、リブ同士の間隔の第２例における熱伝達率の解析結果を示す図である。
図８Ａ及び図９Ａにおいては、第１リブ６１及び第２リブ６２のリブ同士の間隔の具体例を示している。また、図８Ｂ及び図９Ｂにおいては、冷却材流路１６０の壁面と冷却材との熱伝達率（熱伝達係数）の高低をドットの疎密で示している。ドットの密度が中程度の領域は、乱流が促進されることにより熱伝達係数が大きく増大した領域、ドットの密度が高い領域は、熱伝達係数が８０Ｍ［Ｗ／ｍ２・Ｋ］程度まで顕著に増大した領域を表す。 FIG. 8A is a plan view of the coolant flow path showing the first example of the distance between the ribs, and FIG. 8B is a diagram showing the analysis result of the heat transfer coefficient in the first example of the distance between the ribs. Further, FIG. 9A is a plan view of the coolant flow path showing the second example of the distance between the ribs, and FIG. 9B is a diagram showing the analysis result of the heat transfer coefficient in the second example of the distance between the ribs.
8A and 9A show specific examples of the distance between the ribs of the first rib 61 and the second rib 62. Further, in FIGS. 8B and 9B, the height of the heat transfer coefficient (heat transfer coefficient) between the wall surface of the coolant flow path 160 and the coolant is shown by the density of dots. In the region where the dot density is medium, the heat transfer coefficient is greatly increased due to the promotion of turbulence, and in the region where the dot density is high, the heat transfer coefficient is up to about 80M [W / m 2 · K]. Represents a significantly increased area.

熱伝達率の解析は、１本の冷却材流路１６０の長さ２４ｍｍの区間に周期境界条件を課して計算したものである。冷却材流路１６０が設けられた基板は、横幅が、９．０ｍｍ、縦幅が９．５ｍｍであり、上面に６．６Ｍ［Ｗ／ｍ２］の等熱流束を印加し、上面と冷却材流路１６０との間の厚さは、１．５ｍｍとしている。基板は、銅製として物性値を定数で与えている。冷却材は、水であり、冷却材流路１６０の入口において、断面平均温度は、２５℃、断面平均流速は、２ｍ／ｓである。水の静圧は、１ＭＰａ、物性値は、状態式：ＩＡＰＷＳ−ＩＦ９７を用いて求めている。乱流モデルは、２層型realizable k-εモデルを用いた定常ＲＡＮＳ（Reynolds-Averaged Navier - Stokes equations）で解析している。 The analysis of the heat transfer coefficient was calculated by imposing a periodic boundary condition on a section of one coolant flow path 160 having a length of 24 mm. The substrate provided with the coolant flow path 160 has a width of 9.0 mm and a length of 9.5 mm, and an isothermal flux of 6.6 M [W / m 2 ] is applied to the upper surface to cool the upper surface. The thickness between the material flow path 160 and the material flow path 160 is 1.5 mm. The substrate is made of copper and is given a constant physical property value. The coolant is water, and at the inlet of the coolant flow path 160, the average cross-sectional temperature is 25 ° C. and the average cross-sectional flow velocity is 2 m / s. The static pressure of water is 1 MPa, and the physical property value is obtained using the state formula: IAPWS-IF97. The turbulent flow model is analyzed by steady-state RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations) using a two-layer realistic k-ε model.

図８Ａに示す冷却材流路１６０は、リブ幅（ＲＷ）が、１．０ｍｍ、リブ同士の間隔（Ｐ）が、５．０ｍｍである。すなわち、リブ同士の間隔（Ｐ）は、リブ幅（ＲＷ）の５倍の長さである。なお、図８Ａに示す冷却材流路１６０において、流路横幅（Ｗ）は、６．０ｍｍ、流路縦幅（Ｈ）は、５．０ｍｍ、リブの傾斜距離（ＲＯ）は、１．５ｍｍ、リブ長さ（ＲＡ）は、３．０ｍｍ、リブ高さ（ＲＨ）は、１．０ｍｍである。 Coolant channel 160 shown in Figure 8A, the rib width (R W) is 1.0 mm, spacing of the ribs between (P) is a 5.0 mm. That is, the interval of the ribs between (P) is 5 times the length of the rib width (R W). Incidentally, in the coolant channel 160 shown in FIG. 8A, the channel width (W) is 6.0 mm, the channel longitudinal width (H) is 5.0 mm, the inclination distance of the rib (R O) is 1. The rib length ( RA ) is 3.0 mm, and the rib height ( RH ) is 1.0 mm.

一方、図９Ａに示す冷却材流路１６０は、リブ幅（ＲＷ）が、１．０ｍｍ、リブ同士の間隔（Ｐ）が、３．０ｍｍに短縮されている。すなわち、リブ同士の間隔（Ｐ）は、リブ幅（ＲＷ）の３倍の長さであり、単位区間当たりにおけるリブ６１，６２の数が増加している。なお、図９Ａに示す冷却材流路１６０において、流路横幅（Ｗ）、流路縦幅（Ｈ）、リブの傾斜距離（ＲＯ）、リブ長さ（ＲＡ）及びリブ高さ（ＲＨ）は、図８Ａに示す冷却材流路１６０と同寸である。 On the other hand, the coolant channel 160 shown in FIG. 9A, the rib width (R W) is 1.0 mm, spacing of the ribs between (P) has been reduced to 3.0 mm. That is, the interval of the ribs between (P) is three times the length of the rib width (R W), the number of ribs 61 and 62 per unit interval is increased. In the coolant flow path 160 shown in FIG. 9A, the flow path width (W), flow path vertical width (H), rib inclination distance ( RO ), rib length ( RA ), and rib height (R). H ) has the same size as the coolant flow path 160 shown in FIG. 8A.

図８Ｂに示すように、リブ同士の間隔（Ｐ）が５．０ｍｍの冷却材流路１６０では、熱伝達係数が大きく増大した領域が、主として、冷却材流路１６０の壁面（１６０ｃ）の中心側に位置しており、リブ列６０に沿って蛇行して分布している。一方、熱伝達係数が顕著に増大した領域は、第１リブ６１や第２リブ６２の先端部、すなわち、冷却材流路１６０の壁面（１６０ｃ）の中心付近に分布しており、取り分け、前縁６０ａに近い上流側の表面に集中している。図８Ｂに示す冷却材流路１６０では、全壁面における平均熱伝達率が、３．９２×１０４［Ｗ／ｍ２／Ｋ］となる。 As shown in FIG. 8B, in the coolant flow path 160 having a rib-to-rib spacing (P) of 5.0 mm, the region where the heat transfer coefficient is greatly increased is mainly the center of the wall surface (160c) of the coolant flow path 160. It is located on the side and is distributed meandering along the rib row 60. On the other hand, the region where the heat transfer coefficient is remarkably increased is distributed near the tip of the first rib 61 and the second rib 62, that is, near the center of the wall surface (160c) of the coolant flow path 160, and is particularly front. It is concentrated on the upstream surface near the edge 60a. In coolant channel 160 shown in FIG. 8B, the average heat transfer coefficient in all walls, becomes 3.92 × 10 4 [W / m 2 / K].

これに対して、図９Ｂに示すように、リブ同士の間隔（Ｐ）が３．０ｍｍに短縮された冷却材流路１６０では、第１リブ６１や第２リブ６２の先端部の表面のみならず、リブ同士の間の壁面（１６０ｃ）においても、中心付近で熱伝達係数が顕著に増大している。また、熱伝達係数が顕著に増大した領域は、冷却材流路１６０の側壁面１６０ａ，１６０ｂの近傍においても拡大している。図９Ｂに示す冷却材流路１６０では、冷却材流路１６０の壁面の表面積が増大することにより、全壁面における平均熱伝達率が、４．１０×１０４［Ｗ／ｍ２／Ｋ］に増大している。 On the other hand, as shown in FIG. 9B, in the coolant flow path 160 in which the distance (P) between the ribs is shortened to 3.0 mm, only the surface of the tip portion of the first rib 61 or the second rib 62 can be used. However, even on the wall surface (160c) between the ribs, the heat transfer coefficient is remarkably increased near the center. Further, the region where the heat transfer coefficient is remarkably increased is also expanded in the vicinity of the side wall surfaces 160a and 160b of the coolant flow path 160. In the coolant flow path 160 shown in FIG. 9B, the surface area of the wall surface of the coolant flow path 160 is increased, so that the average heat transfer coefficient on all the wall surfaces is 4.10 × 10 4 [W / m 2 / K]. It is increasing.

図８Ｂ及び図９Ｂが示すように、冷却材の流れ方向に沿ってあけられたリブ同士の間隔（Ｐ）が、冷却材の流れ方向に沿ったリブ幅（ＲＷ）に対して狭く設けられていると、冷却材による伝熱面積が増大するだけでなく、冷却材の流れの再付着による冷却や、冷却材流路１６０の壁面（１６０ｃ）に垂直な方向の対流熱伝達等が促進されるといえる。具体的には、冷却材流路１６０の壁面における最高温度は、１３５℃から１２７℃に低下し、基板の上面の最高温度は、１５５℃から１４６℃に低下する結果が得られる。 As shown in FIG. 8B and 9B, the interval of the ribs between drilled along the flow direction of the coolant (P) is narrower provided for the coolant flow direction along the rib width (R W) If this is done, not only the heat transfer area by the coolant is increased, but also cooling by reattachment of the coolant flow and convective heat transfer in the direction perpendicular to the wall surface (160c) of the coolant flow path 160 are promoted. It can be said that. Specifically, the maximum temperature on the wall surface of the coolant flow path 160 is lowered from 135 ° C. to 127 ° C., and the maximum temperature on the upper surface of the substrate is lowered from 155 ° C. to 146 ° C.

したがって、第１リブ６１及び第２リブ６２は、冷却材の流れ方向に沿ってあけられたリブ同士の間隔（Ｐ）が、冷却材の流れ方向に沿ったリブ幅（ＲＷ）の５倍未満の長さであることが好ましく、２倍以上４倍以下の長さがより好ましく、凡そ３倍の長さであることがより好ましい。なお、凡そ３倍の長さには、同等の結果が見込まれる、２．５倍以上３．５倍以下の長さが含まれる。 Thus, the first rib 61 and second rib 62, 5 times the spacing of the ribs between drilled along the flow direction of the coolant (P) is, along the flow direction of the coolant rib width (R W) The length is preferably less than, more preferably 2 times or more and 4 times or less, and more preferably approximately 3 times. It should be noted that the approximately three-fold length includes a length of 2.5 times or more and 3.5 times or less, which is expected to have the same result.

図１０Ａは、リブの形状の一例を示す冷却材流路の平面図、図１０Ｂは、リブの形状の一例における熱伝達率の解析結果を示す図である。
図１０Ａにおいては、第１リブ６１及び第２リブ６２の形状を変えた一例を示している。また、図１０Ｂにおいては、冷却材流路１６０の壁面と冷却材との熱伝達率（熱伝達係数）の高低をドットの疎密で示している。ドットの密度が中程度の領域は、乱流が促進されることにより熱伝達係数が大きく増大した領域、ドットの密度が高い領域は、熱伝達係数が８０Ｍ［Ｗ／ｍ２・Ｋ］程度まで顕著に増大した領域を表す。図１０Ｂにおける熱伝達率は、定常ＲＡＮＳにより前記と同様の条件で解析した結果である。 FIG. 10A is a plan view of the coolant flow path showing an example of the rib shape, and FIG. 10B is a diagram showing the analysis result of the heat transfer coefficient in the rib shape example.
FIG. 10A shows an example in which the shapes of the first rib 61 and the second rib 62 are changed. Further, in FIG. 10B, the height of the heat transfer coefficient (heat transfer coefficient) between the wall surface of the coolant flow path 160 and the coolant is shown by the density of dots. The region where the dot density is medium is the region where the heat transfer coefficient is greatly increased due to the promotion of turbulence, and the region where the dot density is high is the region where the heat transfer coefficient is up to about 80 M [W / m 2 · K]. Represents a significantly increased area. The heat transfer coefficient in FIG. 10B is the result of analysis under the same conditions as described above by steady-state RANS.

図１０Ａにおいて、ｒＯは、冷却材の流れ方向についてのリブの屈曲点までの傾斜距離（リブ６１，６２の基端から屈曲点ｆｐまでの後縁６０ｂを斜辺とした対辺の長さ）、ｒＡは、冷却材の流れ方向に垂直な方向に沿ったリブの屈曲点までの長さ（リブ６１，６２の基端から屈曲点ｆｐまでの後縁６０ｂを斜辺とした隣辺の長さ）を示す。 In FIG. 10A, r O is the inclination distance to the bending point of the rib in the flow direction of the cooling material (the length of the opposite side with the trailing edge 60b from the base end of the ribs 61 and 62 to the bending point fp as the hypotenuse). r A is the length to the bending point of the rib along the direction perpendicular to the flow direction of the coolant (the length of the adjacent side with the trailing edge 60b from the base ends of the ribs 61 and 62 to the bending point fp as the hypotenuse). ) Is shown.

図１０Ａに示す第１リブ６１及び第２リブ６２は、前縁６０ａが平面視で屈曲点や変曲点を有しない直線状である一方、後縁６０ｂが屈曲点ｆｐを有する折れ線状である。そして、後縁６０ｂの屈曲点ｆｐよりも中心線側が冷却材の流れ方向の上流側に位置するように傾斜して前縁６０ａに隣接し、リブ６１，６２の先端部に鋭角を形成している。 The first rib 61 and the second rib 62 shown in FIG. 10A are linear in which the front edge 60a has no bending point or inflection point in a plan view, while the trailing edge 60b has a bending line fp. .. Then, the center line side of the trailing edge 60b is inclined so as to be located on the upstream side in the flow direction of the coolant so as to be adjacent to the front edge 60a, and an acute angle is formed at the tip portions of the ribs 61 and 62. There is.

図１０Ａに示す第１リブ６１及び第２リブ６２について、リブの屈曲点までの傾斜距離（ｒＯ）は、０．７５ｍｍ、リブの屈曲点までの長さ（ｒＡ）は、１．５ｍｍが想定される。なお、図１０Ａに示す第１リブ６１及び第２リブ６２について、流路横幅（Ｗ）、流路縦幅（Ｈ）、リブ幅（ＲＷ）、リブ同士の間隔（Ｐ）、リブの傾斜距離（ＲＯ）、リブ長さ（ＲＡ）及びリブ高さ（ＲＨ）は、図８Ａに示す冷却材流路１６０と同寸が想定される。すなわち、リブの屈曲点ｆｐは、図１０Ａにおいては、前縁６０ａに平行な後縁６０ｂの中点に対応する。 For the first rib 61 and the second rib 62 shown in FIG. 10A, the inclination distance (r O ) to the bending point of the rib is 0.75 mm, and the length (r A ) to the bending point of the rib is 1.5 mm. Is assumed. Note that the first rib 61 and second rib 62 shown in FIG. 10A, the channel width (W), the channel longitudinal width (H), the rib width (R W), spacing ribs between (P), the rib inclination of the The distance ( RO ), rib length ( RA ), and rib height ( RH ) are assumed to be the same dimensions as the coolant flow path 160 shown in FIG. 8A. That is, the bending point fp of the rib corresponds to the midpoint of the trailing edge 60b parallel to the leading edge 60a in FIG. 10A.

図１０Ａに示すように、リブ６１，６２の先端部が鋭角な冷却材流路１６０では、図９Ａに示す冷却材流路１６０と比較して、冷却材流路１６０の壁面（１６０ｃ）の中心線付近において、第１リブ６１と第２リブ６２との間隔が広くなっている。そして、図１０Ｂに示すように、熱伝達係数が顕著に増大した領域は、第１リブ６１や第２リブ６２の先端部の表面、リブ同士の間の壁面（１６０ｃ）の中心付近、及び、冷却材流路１６０の側壁面１６０ａ，１６０ｂの近傍のそれぞれにおいて分布が拡大している。冷却材の流れ方向に垂直な方向（左右方向）における熱伝達率分布の対称性は、図９Ａに示す冷却材流路１６０と比較して高くなっている。 As shown in FIG. 10A, in the coolant flow path 160 in which the tips of the ribs 61 and 62 are acute, the center of the wall surface (160c) of the coolant flow path 160 is compared with that of the coolant flow path 160 shown in FIG. 9A. In the vicinity of the line, the distance between the first rib 61 and the second rib 62 is widened. Then, as shown in FIG. 10B, the regions where the heat transfer coefficient is remarkably increased are the surfaces of the tips of the first rib 61 and the second rib 62, the vicinity of the center of the wall surface (160c) between the ribs, and the region. The distribution is expanding in the vicinity of the side wall surfaces 160a and 160b of the coolant flow path 160, respectively. The symmetry of the heat transfer coefficient distribution in the direction perpendicular to the flow direction of the coolant (left-right direction) is higher than that of the coolant flow path 160 shown in FIG. 9A.

図１０Ｂが示すように、第１リブ６１及び第２リブ６２の前縁６０ａと後縁６０ｂとが、冷却材流路１６０の壁面の中心線側において鋭角を成して隣接していると、第１リブ６１と第２リブ６２との間隔が広くなり、リブ６１，６２の先端部の側面が、冷却材の流れ方向に垂直な方向（左右方向）の流れに対して抵抗を及ぼし難くなる。そのため、左右方向に流れる旋回流や剪断流が、間隔をあけて配列しているリブ毎に均等な周期で交互に逆方向に発達し易くなるといえる。 As shown in FIG. 10B, when the front edge 60a and the trailing edge 60b of the first rib 61 and the second rib 62 are adjacent to each other at an acute angle on the center line side of the wall surface of the coolant flow path 160. The distance between the first rib 61 and the second rib 62 becomes wider, and the side surfaces of the tips of the ribs 61 and 62 are less likely to exert resistance to the flow in the direction perpendicular to the flow direction of the coolant (left-right direction). .. Therefore, it can be said that the swirling flow and the shearing flow flowing in the left-right direction are likely to develop alternately in the opposite direction at equal intervals for each rib arranged at intervals.

したがって、第１リブ６１及び第２リブ６２は、冷却材の流れ方向の上流側に位置する前縁６０ａと、冷却材の流れ方向の下流側に位置する後縁６０ｂとが、冷却材流路１６０の壁面（１６０ｃ）の中心線側において鋭角を成して隣接していることが好ましい。なお、リブ６１，６２の先端部の角度や、屈曲点等の位置は、リブ６１，６２が機能する範囲で適宜の角度や位置とすることが可能である。 Therefore, in the first rib 61 and the second rib 62, the front edge 60a located on the upstream side in the flow direction of the coolant and the trailing edge 60b located on the downstream side in the flow direction of the coolant are the coolant flow paths. It is preferable that the wall surface (160c) of 160 is adjacent to each other at an acute angle on the center line side. The angle of the tip of the ribs 61 and 62 and the position of the bending point and the like can be set to an appropriate angle and position within the range in which the ribs 61 and 62 function.

以上の冷却材流路１６０の構成を有する冷却構造によると、冷却材による除熱の効率が高く、約１．１×１０５［Ｗ／ｍ２／Ｋ］以上の熱伝達率を備える中性子発生装置用のターゲットを提供することができる。冷却材流路１６０の厚さは、５．０ｍｍ未満、３．０ｍｍ程度に短縮しても高い冷却能力を実現することが可能であり、ターゲット５を薄肉に設けることが可能である。また、第１リブ６１及び第２リブ６２の形状や配置を調整することにより、ターゲット材としてリチウムを用いる場合に、２０〜４０ｋＷ程度の高いビームパワーの照射を行ったとしても、リチウムの温度上昇を融点以下の低温に抑えることができる。 According to the cooling structure with a configuration of more coolant channels 160, high efficiency of heat removal by the coolant, neutron generator comprising about 1.1 × 10 5 [W / m 2 / K] or more heat transfer coefficient A target for the device can be provided. Even if the thickness of the coolant flow path 160 is shortened to less than 5.0 mm or about 3.0 mm, a high cooling capacity can be realized, and the target 5 can be provided with a thin wall. Further, by adjusting the shape and arrangement of the first rib 61 and the second rib 62, when lithium is used as the target material, the temperature of lithium rises even if a high beam power of about 20 to 40 kW is irradiated. Can be suppressed to a low temperature below the melting point.

なお、以上の冷却構造、中性子発生装置用のターゲットは、本発明に趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形、構成の置換、構成の省略等を行うことが可能である。 The cooling structure and the target for the neutron generator can be modified in various ways, the configuration can be replaced, the configuration can be omitted, and the like without departing from the spirit of the present invention.

例えば、前記の冷却構造は、前記の中性子発生装置用のターゲット５の他、その他の任意の被冷却部材を冷却対象として適用することが可能である。冷却対象である被冷却部材は、リブ列６０やマイクロピット（微細穴）８０を有する冷却材流路１６０を形成可能である限り、形状、寸法、材質等は特に限定されない。このような冷却構造において、冷却材流路１６０は、複数本が形成されていてもよいし、単一本が形成されていてもよい。前記の冷却材流路１６０の構成が備えられることにより、冷却材による除熱の効率が高い冷却構造を提供することが可能である。 For example, in the cooling structure, in addition to the target 5 for the neutron generator, any other member to be cooled can be applied as a cooling target. The shape, dimensions, material, and the like of the member to be cooled are not particularly limited as long as the coolant flow path 160 having the rib row 60 and the micropits (microholes) 80 can be formed. In such a cooling structure, a plurality of coolant flow paths 160 may be formed or a single coolant flow path 160 may be formed. By providing the configuration of the coolant flow path 160, it is possible to provide a cooling structure having high efficiency of heat removal by the coolant.

また、冷却材流路１６０及びリブ６１，６２は、前縁６０ａや後縁６０ｂの根本が曲面で構成されていてもよい。リブ６１，６２が冷却材流路１６０の壁面から所定の曲率の曲面で立ち上がる形状とされることにより、冷却材の流れがリブ６１，６２に衝突して潜り込むとき、リブ６１，６２の根本付近に局所的に循環する二次流れが生じ難くなり、受熱した高温の冷却材の滞留が防止される。前縁６０ａや後縁６０ｂの根本の曲率半径は、冷却材流路１６０の壁面の表面積を確保する観点から、リブ高さ（ＲＨ）の５０％以下とすることが好ましい。 Further, in the coolant flow path 160 and the ribs 61 and 62, the roots of the front edge 60a and the trailing edge 60b may be formed of curved surfaces. By forming the ribs 61 and 62 so as to rise from the wall surface of the coolant flow path 160 with a curved surface having a predetermined curvature, when the flow of the coolant collides with the ribs 61 and 62 and slips in, the vicinity of the roots of the ribs 61 and 62 It becomes difficult for a secondary flow that circulates locally to occur, and the retention of the high-temperature coolant that has received heat is prevented. The radius of curvature of the roots of the front edge 60a and the trailing edge 60b is preferably 50% or less of the rib height ( RH ) from the viewpoint of securing the surface area of the wall surface of the coolant flow path 160.

また、冷却材流路１６０及びリブ６１，６２は、形状、寸法が前記の形態に限定されるものでは無く、同等の冷却能力を得れる適宜の形状、寸法に設けることができる。また、リブ６１，６２は、適宜の間隔に設けることができる。第１リブ６１及び第２リブ６２は、冷却材流路１６０の右壁面１６０ａ及び左壁面１６０ｂのそれぞれと密着せず、僅かに隙間をあけて設けられていてもよい。隙間の一例としては、流路横幅（Ｗ）６．０ｍｍに対して、０．５ｍｍ以下程度が想定される。 Further, the shape and dimensions of the coolant flow path 160 and the ribs 61 and 62 are not limited to the above-mentioned form, and can be provided in an appropriate shape and size that can obtain the same cooling capacity. Further, the ribs 61 and 62 can be provided at appropriate intervals. The first rib 61 and the second rib 62 may not be in close contact with each of the right wall surface 160a and the left wall surface 160b of the coolant flow path 160, and may be provided with a slight gap. As an example of the gap, about 0.5 mm or less is assumed with respect to the flow path width (W) of 6.0 mm.

また、マイクロピット（微細穴）８０は、冷却材流路１６０の壁面に適宜の配置で設けられていてもよいし、リブ６１，６２の表面に適宜の配置で設けられていてもよいし、或いは、冷却材流路１６０に設けられていなくてもよい。 Further, the micropits (microholes) 80 may be provided on the wall surface of the coolant flow path 160 in an appropriate arrangement, or may be provided on the surfaces of the ribs 61 and 62 in an appropriate arrangement. Alternatively, it may not be provided in the coolant flow path 160.

また、前記の中性子発生装置用のターゲット５において、保持基板５０は、第１基板５１と第２基板５２とが重ねられた構造を有し、冷却材流路１６０は、第２基板５２に設けられた条溝１２０の上部が第１基板５１で塞がれることにより形成されている。しかしながら、保持基板５０は、例えば、凹部１１０が形成された第１基板と、条溝１２０が形成された第２基板と、条溝１２０を塞ぐ面を有する第３基板とが重ねられた構造としてもよい。すなわち、条溝１２０が形成された第２基板５２とリブ列６０が設けられた面を有する第３基板とを重ね、条溝１２０の上部を第３基板で塞ぐことにより冷却材流路１６０を形成し、これらに対して、凹部１１０が形成された第１基板を接合してもよい。第３基板の材質は、好ましくは銅又はその合金、より好ましくは銅である。第３基板の接合は、例えば、熱間静水圧（等方加圧）プレス、ろう接等によって行うことが可能である。 Further, in the target 5 for the neutron generator, the holding substrate 50 has a structure in which the first substrate 51 and the second substrate 52 are overlapped, and the coolant flow path 160 is provided in the second substrate 52. It is formed by closing the upper portion of the formed groove 120 with the first substrate 51. However, the holding substrate 50 has a structure in which, for example, a first substrate on which the recess 110 is formed, a second substrate on which the groove 120 is formed, and a third substrate having a surface for closing the groove 120 are overlapped. May be good. That is, the coolant flow path 160 is formed by overlapping the second substrate 52 on which the groove 120 is formed and the third substrate having the surface provided with the rib row 60, and closing the upper portion of the groove 120 with the third substrate. The first substrate which is formed and the recess 110 is formed may be joined to these. The material of the third substrate is preferably copper or an alloy thereof, and more preferably copper. The joining of the third substrate can be performed by, for example, a hot hydrostatic pressure (isotropic pressure) press, brazing, or the like.

また、前記の中性子発生装置用のターゲット５において、第１基板５１の島部１１４は、平面視の形状が矩形状とされている。しかしながら、島部１１４は、直線及び曲線のいずれで構成される形状であってもよく、例えば、平面視の形状が、正方形、台形、平行四辺形、菱形、三角形、５角形や６角形等の多角形、円形、楕円形等の適宜の形状であってよい。島部１１４の形状は、複数の島部１１４について、互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。 Further, in the target 5 for the neutron generator, the island portion 114 of the first substrate 51 has a rectangular shape in a plan view. However, the island portion 114 may have a shape composed of either a straight line or a curved line, and the shape in a plan view is, for example, a square, a trapezoid, a parallelogram, a rhombus, a triangle, a pentagon, a hexagon, or the like. It may have an appropriate shape such as a polygon, a circle, or an ellipse. The shape of the islands 114 may be the same as or different from each other for the plurality of islands 114.

また、前記の中性子発生装置用のターゲット５において、第１基板５１の島部１１４は、二方向に並列して行列状に配置されている。しかしながら、島部１１４は、その他の規則的な配置とされていてもよいし、不規則的な配置とされていてもよい。例えば、隣接する行列間で互い違いに配置させて千鳥配列させてもよい。また、６角形の島部１１４と６角形や円形の凹部１１０とをハニカム状に交互に六方配置させてもよい。或いは、島部１１４は、凹部１１０の中央から放射状に離散させて点対称に配列させてもよい。 Further, in the target 5 for the neutron generator, the islands 114 of the first substrate 51 are arranged in a matrix in parallel in two directions. However, the islands 114 may have other regular arrangements or irregular arrangements. For example, they may be staggered and staggered between adjacent matrices. Further, the hexagonal islands 114 and the hexagonal or circular recesses 110 may be alternately arranged in a hexagonal manner in a honeycomb shape. Alternatively, the island portions 114 may be discretely separated radially from the center of the recess 110 and arranged point-symmetrically.

また、前記の中性子発生装置用のターゲット５は、前記の中性子発生装置１００の他、その他の任意の構成の中性子発生装置に備えることができる。例えば、中性子減速照射部２は、減速材２１、反射材２２、遮蔽材２３及びコリメータ２４のそれぞれを適宜の形状や配置として構成してよい。 Further, the target 5 for the neutron generator can be provided in the neutron generator 100 or any other neutron generator having an arbitrary configuration. For example, the neutron moderator irradiation unit 2 may configure each of the moderator 21, the reflector 22, the shielding material 23, and the collimator 24 as an appropriate shape and arrangement.

１００ 中性子発生装置
１ 荷電粒子線発生装置
１ａ イオン源
１ｂ 加速器
２ 中性子減速照射部
４ 導管
５ ターゲット
６ 荷電粒子線
７ 集束レンズ
９ 中性子線
２１ 減速材
２２ 反射材
２３ 遮蔽材
２４ コリメータ
５０ 保持基板（基板、被冷却部材）
５１ 第１基板
５２ 第２基板
５４ ターゲット材
５６ 金属箔
６０ リブ列
６０ａ 前縁
６０ｂ 後縁
６１ 第１リブ
６２ 第２リブ
８０ マイクロピット（微細穴）
１１０ 凹部
１１２ 縁枠部
１１４ 島部
１２０ 条溝
１３１ 第１貫通孔
１３２ 第２貫通孔
１３３ 第３貫通孔
１３４ 第４貫通孔
１３６ 注入孔
１３８ 排出孔
１６０ 冷却材流路
１６０ａ 右壁面
１６０ｂ 左壁面
１６０ｃ 上壁面
１８０ａ 底面
１８０ｂ 側面 100 Neutron generator 1 Charged particle beam generator 1a Ion source 1b Accelerator 2 Neutron moderator 2 Conduit 5 Target 6 Charged particle beam 7 Focusing lens 9 Neutron beam 21 Moderator 22 Reflector 23 Shielding material 24 Collimator 50 Holding substrate , Cooled member)
51 1st substrate 52 2nd substrate 54 Target material 56 Metal foil 60 Rib row 60a Front edge 60b Trailing edge 61 1st rib 62 2nd rib 80 Micropit (fine hole)
110 Recess 112 Edge frame 114 Island 120 Groove 131 1st through hole 132 2nd through hole 133 3rd through hole 134 4th through hole 136 Injection hole 138 Discharge hole 160 Coolant flow path 160a Right wall surface 160b Left wall surface 160c Upper wall surface 180a Bottom surface 180b Side surface

Claims (4)

荷電粒子線が照射されて中性子を発生するターゲット材と、
前記ターゲット材を保持する基板と、
前記基板に設けられ、冷却材が流される冷却材流路と、を備え、
前記冷却材流路は、壁面から突出したリブ列を有し、
前記リブ列は、前記冷却材の流れ方向に延びる前記壁面の中心線よりも一方の側に、前記冷却材の流れ方向に沿って間隔をあけて配列した第１リブと、前記冷却材の流れ方向に延びる前記壁面の中心線よりも他方の側に、前記冷却材の流れ方向に沿って間隔をあけて配列した第２リブと、を含んでなり、
前記第１リブ及び前記第２リブは、前記壁面の中心線側から外側に向かうにつれて前記冷却材の流れ方向の下流側に位置するように傾斜し、前記冷却材の流れ方向に沿って互い違いに配置されている中性子発生装置用のターゲット。 A target material that is irradiated with charged particle beams to generate neutrons,
A substrate that holds the target material and
A coolant flow path provided on the substrate through which the coolant flows is provided.
The coolant flow path has a rib row protruding from the wall surface.
The rib rows are arranged on one side of the center line of the wall surface extending in the flow direction of the coolant at intervals along the flow direction of the coolant, and the flow of the coolant. On the other side of the center line of the wall surface extending in the direction, the second ribs arranged at intervals along the flow direction of the coolant are included.
The first rib and the second rib are inclined so as to be located on the downstream side in the flow direction of the coolant from the center line side of the wall surface toward the outside, and are alternately arranged along the flow direction of the coolant. Target for the neutron generator in place. 前記第１リブ及び前記第２リブが設けられた前記壁面は、間隔をあけて配列した前記第１リブ同士の間、及び、間隔をあけて配列した前記第２リブ同士の間に微細穴を有する請求項１に記載の中性子発生装置用のターゲット。 The first rib and the wall surface provided with the second rib have fine holes between the first ribs arranged at intervals and between the second ribs arranged at intervals. The target for the neutron generator according to claim 1. 前記第１リブ及び前記第２リブは、前記冷却材の流れ方向の上流側に位置する前縁と、前記冷却材の流れ方向の下流側に位置する後縁とが、前記中心線側において鋭角を成して隣接している請求項１又は請求項２に記載の中性子発生装置用のターゲット。 The first rib and the second rib have an acute angle on the center line side between a front edge located on the upstream side in the flow direction of the coolant and a trailing edge located on the downstream side in the flow direction of the coolant. The target for the neutron generator according to claim 1 or 2, which is adjacent to each other. 前記冷却材流路は、前記第１リブ及び前記第２リブが配列した前記壁面に対して垂直な流路幅が、当該壁面に対して平行な流路幅の０．４倍以上０．６倍以下の長さである請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の中性子発生装置用のターゲット。 In the coolant flow path, the flow path width perpendicular to the wall surface in which the first rib and the second rib are arranged is 0.4 times or more and 0.6 times the flow path width parallel to the wall surface. The target for a neutron generator according to any one of claims 1 to 3, which is not more than twice as long.
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