JPH11133199A - Solid target and solid target system - Google Patents

Solid target and solid target system

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JPH11133199A
JPH11133199A JP30157897A JP30157897A JPH11133199A JP H11133199 A JPH11133199 A JP H11133199A JP 30157897 A JP30157897 A JP 30157897A JP 30157897 A JP30157897 A JP 30157897A JP H11133199 A JPH11133199 A JP H11133199A
Authority
JP
Japan
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target
coolant
flat
solid target
solid
Prior art date
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Application number
JP30157897A
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Japanese (ja)
Inventor
Michio Murase
道雄 村瀬
Hisato Tagawa
久人 田川
Katsuyuki Kumasaka
勝行 熊坂
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH11133199A publication Critical patent/JPH11133199A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid target capable of lengthening a life, excellent in cost effectiveness, and capable of reducing capacity of a cooling installation. SOLUTION: In a solid target 20 generating neutron by being irradiated with high-energy proton ray 10, a plurality of flat plate-shaped targets 25 made of heavy metal are disposed leaving a fixed gap between them in the incoming direction of the proton ray 10, the fixed gap forms a coolant passage 14 permitting coolant to flow therein for cooling the flat plate-shaped targets 25, and center temperature of each of the flat plate-shaped targets 25 is caused to fall within a fixed temperature range by making the thickness of the flat plate- shaped targets 25 greater as the distance from an incoming position of the proton ray 10 gets larger.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高エネルギーの陽
子線等を重金属に照射して核破砕により高密度の中性子
を発生させる固体ターゲットとその冷却設備を備えた固
体ターゲットシステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid target for generating high-density neutrons by blasting a heavy metal by irradiating a heavy metal with a high energy proton beam or the like, and a solid target system provided with a cooling system for the solid target.

【0002】[0002]

【従来の技術】高エネルギーの陽子線を重金属に照射し
て核破砕により高密度の中性子を発生させるターゲット
システムは、入射エネルギーに対して最も多くの中性子
を発生させることができ、原子炉に比べて設備が簡素で
ある。このため、中性子を利用する生命科学,物質・材
料研究,核物理,医療などの多様な利用を目的として、
欧州,米国,日本など世界的に大出力のターゲットシス
テムの建設が計画されている。ターゲットには、タンタ
ルやタングステンなどの固体ターゲットと、水銀などの
液体金属ターゲットがあり、固体ターゲットは従来から
使用されている。しかし、現在、計画されているターゲ
ットシステムは、出力が従来の10倍以上であり、ター
ゲットでの発熱密度は3kW/cm3 以上となり、ターゲ
ットの冷却,信頼性確保と寿命が重要課題となってい
る。
2. Description of the Related Art A target system that irradiates a heavy metal with a high-energy proton beam to generate high-density neutrons by spallation can generate the largest amount of neutrons with respect to incident energy. And the facilities are simple. Therefore, for the purpose of various uses such as life science using neutrons, material / materials research, nuclear physics, medical treatment, etc.
The construction of high-power target systems in Europe, the United States, and Japan is planned. The target includes a solid target such as tantalum or tungsten, and a liquid metal target such as mercury. The solid target has been used conventionally. However, at present, the output of the target system which is planned is 10 times or more that of the conventional system, and the heat generation density of the target is 3 kW / cm 3 or more. Therefore, the cooling, reliability and life of the target are important issues. I have.

【0003】固体ターゲットの従来技術としては、例え
ば、13th Meeting of the International Collaboratio
n on Advanced Neutron Sources, October 11-14,pp.51
8-521(1995)に記載のものがある。ターゲットは厚さ2.
6〜30mm の平板状のタンタルを55枚並べて構成さ
れ、各ターゲットの隙間に冷却水を供給して冷却する構
造となっている。陽子線の入射部では発熱密度が高く、
入射位置から遠くなるほど発熱密度が減少するため、タ
ーゲット厚さは入射部で薄く、入射位置から遠くなるほ
ど厚くなっている。このような平板状ターゲットの厚さ
分布は、各ターゲットでの発熱量及び表面での熱流束が
ほぼ一定になるように決定されている。
[0003] As a conventional technique of a solid target, for example, 13th Meeting of the International Collaboratio
n on Advanced Neutron Sources, October 11-14, pp.51
8-521 (1995). The target is 2.
It is composed of 55 flat tantalums of 6 to 30 mm arranged side by side, and has a structure in which cooling water is supplied to gaps between the respective targets to cool them. The heat density is high at the proton beam entrance,
Since the heat generation density decreases as the distance from the incident position increases, the target thickness decreases at the incident portion and increases as the distance from the incident position increases. The thickness distribution of such a flat target is determined so that the calorific value of each target and the heat flux on the surface are substantially constant.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には以下の課題が存在する。各ターゲットの発熱
量Qは発熱密度qと厚さδの積qδに比例するため、発
熱量Qをほぼ一定にすることは冷却の観点からは一見合
理的に見える。しかし、ターゲット内部の熱は熱伝導に
よって表面まで伝熱されるため、中心と表面との温度差
ΔTcsはqδ2 に比例し、qδを一定にすると温度差Δ
Tcsが厚さδに比例することになり、厚いターゲットの
中心温度が高くなる。これはターゲットの寿命を著しく
低下させ、頻繁に交換する必要が生じ、経済性を悪化さ
せることになる。
However, the above prior art has the following problems. Since the heat value Q of each target is proportional to the product qδ of the heat density q and the thickness δ, making the heat value Q substantially constant seems at first glance from the viewpoint of cooling. However, since the heat inside the target is transferred to the surface by heat conduction, the temperature difference ΔTcs between the center and the surface is proportional to qδ 2.
Tcs is proportional to the thickness δ, and the center temperature of a thick target increases. This significantly reduces the life of the target, necessitates frequent replacement, and reduces economics.

【0005】以上、説明したように、従来技術において
は、冷却性の観点から各ターゲットでの発熱量をほぼ一
定にすることに重点があり、寿命に最も影響する中心温
度は考慮されておらず、結果的に厚いターゲットでの中
心温度が高くなり、寿命を低下させるという問題があ
る。
As described above, in the prior art, from the viewpoint of cooling performance, emphasis is placed on making the amount of heat generated by each target substantially constant, and the center temperature that most affects the life is not considered. As a result, there is a problem that the center temperature of a thick target is increased and the life is shortened.

【0006】本発明の第1の目的は、寿命を延長でき経
済性に優れた固体ターゲットを提供することにある。
[0006] A first object of the present invention is to provide a solid target which can extend the life and is excellent in economy.

【0007】本発明の第2の目的は、冷却設備の容量を
低減できる固体ターゲットを提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a solid target capable of reducing the capacity of a cooling facility.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】第1の目的を達成するた
めの第1の発明は、高エネルギーの陽子線等が照射され
ることにより中性子を発生させる固体ターゲットにおい
て、重金属から成る複数の平板状ターゲットが陽子線等
の入射方向に所定の間隙を隔てて配置され、前記所定の
間隙は前記平板状ターゲットを冷却する冷却材が流れる
ための冷却材流路を形成し、陽子線等の入射位置からの
距離が遠いほど平板状ターゲットの厚さを厚くして、各
平板状ターゲットの中心温度が所定の温度範囲となるよ
うに構成する。
A first aspect of the present invention for achieving the first object is a solid target for generating neutrons by irradiating a high energy proton beam or the like with a plurality of flat plates made of heavy metal. The target is arranged with a predetermined gap in the incident direction of a proton beam or the like, and the predetermined gap forms a coolant flow path through which a coolant for cooling the flat target flows. The thickness of the flat target is increased as the distance from the position increases, so that the center temperature of each flat target is within a predetermined temperature range.

【0009】第1の目的を達成するための第2の発明
は、第1の発明において、前記平板状ターゲットの中心
温度をTc 、ターゲット材料に依存する使用最高温度を
Tmaxとしたときに、各平板状ターゲットの中心温度Tc
が0.8Tmax≦Tc≦Tmax の範囲となるように、各平
板状ターゲットの厚さを分布させる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, when the central temperature of the flat target is Tc and the maximum use temperature depending on the target material is Tmax, Center temperature Tc of flat target
Is distributed such that the following relationship is satisfied: 0.8 Tmax ≦ Tc ≦ Tmax.

【0010】第1の目的を達成するための第3の発明
は、第1又は第2の発明において、前記平板状ターゲッ
トの熱伝導率をλ、熱容量をρCp 、表面での熱伝達率
をh、ターゲット材料に依存する使用最高温度をTmax
、冷却材温度をTw 、陽子線等のパルス照射の間隔を
tp 、各平板状ターゲットの発熱密度をqとしたとき
に、前記平板状ターゲットの厚さδが、 δ≦[{1.0+(2h2/λ)(a1−b)}0・5−1.0](2
λ/h) δ≧[{1.0+(2h2/λ)(a2−b)}0・5−1.0](2
λ/h) a1=(Tmax−Tw)/q a2=(0.8Tmax−Tw)/q b=0.5tp/(ρCp) を満たすように構成する。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the thermal conductivity of the flat target is λ, the heat capacity is ρCp, and the heat transfer coefficient on the surface is h. , The maximum operating temperature that depends on the target material is Tmax
When the temperature of the coolant is Tw, the interval of pulse irradiation of proton beams or the like is tp, and the heat generation density of each flat target is q, the thickness δ of the flat target is δ ≦ [{1.0+ ( 2h 2 / λ) (a 1 −b)} 0.5 · 1.0 ] (2
λ / h) δ ≧ [{ 1.0+ (2h 2 / λ) (a 2 -b)} 0 · 5 -1.0] (2
λ / h) a 1 = ( Tmax-Tw) / q a 2 = (0.8Tmax-Tw) / q b = configured to meet 0.5Tp / a (ρCp).

【0011】第2の目的を達成するための第4の発明
は、第1乃至第3の発明の何れかにおいて、各冷却材流
路の出口に設ける絞り部の流路面積を分布させるか、又
は各冷却材流路のギャップを分布させることにより、各
平板状ターゲットの発熱密度qと厚さδの積qδに比例
する発熱量Qに比例した流量の冷却材を各冷却材流路へ
供給するように構成する。
According to a fourth aspect of the present invention for achieving the second object, in any one of the first to third aspects, the flow path area of the throttle provided at the outlet of each coolant flow path is distributed. Alternatively, by distributing the gap of each coolant flow path, coolant is supplied to each coolant flow path at a flow rate proportional to the heat generation amount Q proportional to the product qδ of the heat generation density q and the thickness δ of each flat target. It is constituted so that.

【0012】第1乃至第3の発明によれば、各平板状タ
ーゲットの発熱量とは無関係に、各平板状ターゲットの
中心温度を所定の温度範囲とすることにより、この中心
温度をターゲット材料に依存する使用最高温度以下にで
きるので、ターゲットの寿命を延長して経済性に優れた
固体ターゲットを実現することができる。
According to the first to third aspects of the present invention, the central temperature of each flat target is set to a predetermined temperature range irrespective of the calorific value of each flat target. Since the temperature can be lower than the dependent maximum use temperature, the life of the target can be extended and a solid target with excellent economy can be realized.

【0013】第4の発明によれば、各平板状ターゲット
での発熱量に比例した流量の冷却材を各冷却材流路へ供
給することにより、冷却材の総流量を低減して、冷却材
供給用の冷却材循環ポンプの容量を必要最小限にできる
ので、冷却設備の容量を低減できる。
According to the fourth aspect of the present invention, the total flow rate of the coolant is reduced by supplying the coolant with a flow rate proportional to the calorific value of each flat target to each of the coolant flow paths. Since the capacity of the supply coolant circulation pump can be minimized, the capacity of the cooling equipment can be reduced.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明による固体ターゲッ
ト及び固体ターゲットシステムの第1実施例を図1及び
図2を用いて説明する。図1は固体ターゲットの第1実
施例の概略構成図で、(a)は縦断面図、(b)は(a)のA
−A断面図、(c)は(a)のB−B断面図である。図2
は、図1の固体ターゲットとその冷却設備を備えた固体
ターゲットシステムの第1実施例の概略構成図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of a solid target and a solid target system according to the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of a solid target, (a) is a longitudinal sectional view, and (b) is A in (a).
FIG. 3A is a cross-sectional view of FIG. FIG.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of a solid target system including the solid target of FIG. 1 and its cooling equipment.

【0015】図1は、ターゲット容器12,ターゲット
容器12の先端に取り付けられたウインドウ11,ター
ゲット容器12に挿入された固体ターゲット20を備え
た構成を示している。固体ターゲット20は、複数の平
板状ターゲット25,ターゲット支持体21などで構成
されている。複数の平板状ターゲット25は、ターゲッ
ト支持体21の溝に上方から挿入されることにより、容
易にターゲット支持体21に設置される。
FIG. 1 shows a configuration including a target container 12, a window 11 attached to the tip of the target container 12, and a solid target 20 inserted into the target container 12. The solid target 20 includes a plurality of flat targets 25, a target support 21, and the like. The plurality of flat targets 25 are easily installed on the target support 21 by being inserted into the grooves of the target support 21 from above.

【0016】隣接する平板状ターゲット25間の隙間に
冷却材流路14が形成されている。このように複数の平
板状ターゲット25をターゲット支持体21に設置して
構成される固体ターゲット20をターゲット容器12に
挿入することにより、固体ターゲット20とターゲット
容器12の間の空間に、冷却水の入口流路13と出口流
路15が形成される。ターゲット容器12,ウインドウ
11,ターゲット支持体21には、ステンレス鋼などの
耐腐食性の良い材料を使用する。平板状ターゲット25
には、タンタル,タングステン,劣化ウランなどの重金
属を使用する。平板状ターゲット25の厚さδは、陽子
線10の入射位置から遠いほど厚くしている。より詳細
には、陽子線10の入射位置から遠いほど平板状ターゲ
ット25内の発熱密度qは低下するので、各平板状ター
ゲット25の中心温度Tc が、0.8Tmax≦Tc≦Tmax
の関係を満たすように、各平板状ターゲット25の厚さ
δを分布させる。Tmax はターゲット材料に依存する使
用最高温度である。
A coolant channel 14 is formed in a gap between adjacent flat targets 25. By inserting the solid target 20 configured by mounting the plurality of flat targets 25 on the target support 21 into the target container 12 in this manner, the space between the solid target 20 and the target container 12 is filled with cooling water. An inlet channel 13 and an outlet channel 15 are formed. For the target container 12, the window 11, and the target support 21, a material having good corrosion resistance such as stainless steel is used. Flat target 25
, Heavy metals such as tantalum, tungsten, and depleted uranium are used. The thickness δ of the flat target 25 increases as the distance from the incident position of the proton beam 10 increases. More specifically, since the heat generation density q in the flat target 25 decreases as the distance from the incident position of the proton beam 10 decreases, the center temperature Tc of each flat target 25 becomes 0.8 Tmax ≦ Tc ≦ Tmax.
The thickness δ of each plate-like target 25 is distributed so as to satisfy the following relationship. Tmax is the maximum service temperature depending on the target material.

【0017】各冷却材流路14の出口には絞り部17が
設けられており、各平板状ターゲット25での発熱量Q
(qδに比例)に比例した冷却水流量が各冷却材流路1
4に供給されるように、各冷却材流路14の絞り部17
の開口面積を分布させる。また、冷却材流路14の流入
部16に位置するターゲット支持体21の下端部に曲率
を設けて、冷却水の圧力損失を低減している。
A throttle portion 17 is provided at the outlet of each coolant flow path 14, and a heat generation amount Q of each flat target 25 is provided.
(Proportional to qδ), the coolant flow rate is proportional to each coolant flow path 1
4 so as to be supplied to each of the coolant passages 14.
Are distributed. Further, a curvature is provided at a lower end portion of the target support 21 located at the inflow portion 16 of the coolant flow passage 14 to reduce pressure loss of the cooling water.

【0018】加速器で1GeV以上に加速された陽子線
10が、ウインドウ11を通って複数の平板状ターゲッ
ト25に照射され、平板状ターゲット25での核破砕に
より多量の中性子が発生する。この際、平板状ターゲッ
ト25は3kW/cm3 以上の高発熱密度で発熱する。こ
の発熱で平板状ターゲット25が高温になるため、冷却
水により冷却する。入口流路13に流入した冷却水は、
冷却材流路14を通って平板状ターゲット25を冷却し
た後に、出口流路15から流出する。
The proton beam 10 accelerated to 1 GeV or more by the accelerator is irradiated on a plurality of flat targets 25 through the window 11, and a large amount of neutrons are generated by spallation of the flat targets 25. At this time, the flat target 25 generates heat with a high heat generation density of 3 kW / cm 3 or more. Since the heat of the flat target 25 becomes high due to this heat generation, it is cooled by cooling water. The cooling water flowing into the inlet channel 13 is
After cooling the flat target 25 through the coolant channel 14, it flows out of the outlet channel 15.

【0019】冷却設備40は、図2に示すように、冷却
材タンク41,冷却材循環ポンプ42,冷却器43,冷
却材浄化装置44などで構成される。冷却水は、冷却材
循環ポンプ42により冷却材タンク41から固体ターゲ
ット20に供給される。固体ターゲット20内の平板状
ターゲット25を冷却して温度上昇した冷却水は、冷却
器43で冷却され、冷却材浄化装置44で不純物を除去
された後、冷却材タンク41に戻る。冷却材タンク41
の上部には加圧気体46が封入されており、加圧気体4
6で冷却系統を加圧することにより、冷却材流路14で
冷却水が沸騰することを防止している。
As shown in FIG. 2, the cooling facility 40 includes a coolant tank 41, a coolant circulation pump 42, a cooler 43, a coolant purification device 44, and the like. The cooling water is supplied from the coolant tank 41 to the solid target 20 by the coolant circulation pump 42. The cooling water whose temperature has been raised by cooling the flat target 25 in the solid target 20 is cooled by the cooler 43, the impurities are removed by the coolant purifier 44, and then returns to the coolant tank 41. Coolant tank 41
A pressurized gas 46 is sealed in the upper part of the pressurized gas 4.
By pressurizing the cooling system at 6, the cooling water is prevented from boiling in the coolant channel 14.

【0020】冷却器43としては、小型のプレート式熱
交換器やシェルアンドチューブ型熱交換器などを用いる
ことができる。二次冷却水入口51から冷却器43に供
給され加熱された二次冷却水は、二次冷却水出口52か
ら排出されてクーリングタワーなどで冷却され、熱は最
終的に大気などに放出される。冷却材浄化装置44とし
ては、フィルターなどのろ過装置とイオン交換用の脱塩
装置を別々に設けた装置や、ろ過機能と脱塩機能を有す
るろ過脱塩装置などを用いることができる。ろ過脱塩装
置を用いる方が冷却設備40を小型にできる。冷却材浄
化装置44が冷却器43の下流側に設けられているの
は、一般に、フィルターやイオン交換樹脂は高温で使用
できないためである。
As the cooler 43, a small plate type heat exchanger, a shell and tube type heat exchanger, or the like can be used. The secondary cooling water supplied from the secondary cooling water inlet 51 to the cooler 43 and heated is discharged from the secondary cooling water outlet 52 and cooled by a cooling tower or the like, and heat is finally released to the atmosphere or the like. As the coolant purification device 44, a device in which a filtration device such as a filter and a desalination device for ion exchange are separately provided, a filtration desalination device having a filtration function and a desalination function, or the like can be used. The use of the filtration and desalination apparatus can reduce the size of the cooling facility 40. The reason why the coolant purifier 44 is provided downstream of the cooler 43 is that filters and ion exchange resins cannot be used at high temperatures in general.

【0021】尚、図1の実施例では、ターゲット支持体
21の上端部に突起を設けて絞り部17を形成し、平板
状ターゲット25を単純な平板形状とした例を示した
が、図3や図4に示すように、固体ターゲット20のタ
ーゲット支持体21には突起を設けず、ターゲット要素
27の上端部に突起28を設けて絞り部17を形成して
も良い。図3は図1の固体ターゲットの変形例を示す図
で、図3(a)は図1(b)に、図3(b)は図1
(c)にそれぞれ対応する。図4は図3のターゲット要
素27の詳細図で、(a)は正面図を、(b)は側面図
をそれぞれ示す。
In the embodiment shown in FIG. 1, an example is shown in which the projection 17 is provided at the upper end of the target support 21 to form the narrowed portion 17, and the flat target 25 is formed in a simple flat shape. As shown in FIG. 4 and FIG. 4, the projection 17 may be provided on the upper end of the target element 27 without forming the projection on the target support 21 of the solid target 20 to form the narrowed portion 17. FIG. 3 is a view showing a modification of the solid target shown in FIG. 1. FIG. 3 (a) is shown in FIG. 1 (b), and FIG.
(C) respectively. FIG. 4 is a detailed view of the target element 27 of FIG. 3, (a) showing a front view, and (b) showing a side view.

【0022】この変形例でも、図1の実施例と同じ効果
を得られるが、ターゲット支持体21の加工が容易にな
る反面、ターゲット要素27の製作が複雑になる。特
に、ターゲット材料であるタンタルやタングステンなど
の重金属は価格が高く加工も困難な場合が多いため、タ
ンタルやタングステンなどの重金属から成る平板状ター
ゲット26は中央部のみ(図4では円板状に構成)と
し、ターゲット要素27の残りの部分はステンレス鋼な
どで製作するのが合理的である。
In this modification, the same effects as those of the embodiment shown in FIG. 1 can be obtained, but the processing of the target support 21 becomes easy, but the production of the target element 27 becomes complicated. In particular, since heavy metals such as tantalum and tungsten, which are target materials, are expensive and difficult to machine in many cases, the flat target 26 made of heavy metals such as tantalum and tungsten is provided only at the center (in FIG. ), And it is reasonable that the remaining portion of the target element 27 is made of stainless steel or the like.

【0023】以下に、上述した実施例に適用した特徴の
原理と効果を具体的に説明する。陽子線10の1パルス
照射による平板状ターゲット25(又は26)の断熱的温
度上昇をΔTp、 陽子線10の照射による平板状ターゲ
ットの中心と表面の時間平均温度差をΔTcs、平板状タ
ーゲットの表面と冷却材の時間平均温度差をΔTsw、冷
却材の温度をTw とすると、陽子線10のパルス照射直
後における平板状ターゲットの中心温度Tc は、次式で
表わせる。
Hereinafter, the principle and effects of the features applied to the above-described embodiment will be specifically described. ΔTp is the adiabatic temperature rise of the flat target 25 (or 26) due to one pulse irradiation of the proton beam 10, ΔTcs is the time average temperature difference between the center and the surface of the flat target 25 due to the irradiation of the proton beam 10, and the surface of the flat target Assuming that the time-average temperature difference between the coolant and the coolant is ΔTsw and the coolant temperature is Tw, the center temperature Tc of the flat target immediately after the irradiation of the proton beam 10 with a pulse can be expressed by the following equation.

【0024】[0024]

【数1】 Tc=0.5ΔTp+ΔTcs+ΔTsw+Tw ΔTp=(Tc−T0)=qtp/(ρCp) ΔTcs=(T0−Ts)=qδ2/(8λ) ΔTsw=(Ts−Tw)=qδ/(2h) …(数1) ここで、T0 及びTs は平板状ターゲットの中心での時
間平均温度及び表面での時間平均温度、δは平板状ター
ゲットの厚さ、λは熱伝導率、ρCp は熱容量、hは表
面での熱伝達率、tp は陽子線10のパルス照射の間
隔、qは発熱密度である。数1を整理すると、次式のよ
うになる。
Tc = 0.5ΔTp + ΔTcs + ΔTsw + Tw ΔTp = (Tc−T 0 ) = qtp / (ρCp) ΔTcs = (T 0 −Ts) = qδ 2 / (8λ) ΔTsw = (Ts−Tw) = qδ / (2h Where T 0 and T s are the time average temperature at the center of the plate target and the time average temperature at the surface, δ is the thickness of the plate target, λ is the thermal conductivity, and ρCp is the heat capacity. , H is the heat transfer coefficient on the surface, tp is the interval between pulse irradiations of the proton beam 10, and q is the heat generation density. Rearranging Equation 1 results in the following equation.

【0025】[0025]

【数2】 Tc=0.5qtp/(ρCp)+qδ2/(8λ)+qδ/(2h)+Tw…(数2) 数2の右辺第2〜4項の和は平板状ターゲット中心での
時間平均温度T0 であり、陽子線10のパルス照射直後
における平板状ターゲットの中心温度Tc は、右辺第1
項分だけ時間平均温度T0 より上昇する。中心温度Tc
が高くなり過ぎると、ターゲット材料が損傷し平板状タ
ーゲットの寿命が短くなる。
Tc = 0.5qtp / (ρCp) + qδ2 / (8λ) + qδ / (2h) + Tw (Equation 2) The sum of the second to fourth terms on the right side of Equation 2 is the time average at the center of the flat target. At the temperature T 0 , the center temperature Tc of the flat target immediately after the pulse irradiation of the proton beam 10 is the first temperature on the right side.
The temperature rises from the time average temperature T 0 by the term. Center temperature Tc
Is too high, the target material is damaged and the life of the flat target is shortened.

【0026】中心温度Tc を低くするには、数1から、
平板状ターゲットの厚さδを薄くすれば良い。しかし、
厚さδを薄くすると、平板状ターゲットの数を多くする
必要があり、経済性が悪くなるだけでなく、冷却材流路
14の数と冷却水量も多くなるので、発生した中性子の
損失が多くなる問題が生じる。従って、厚さδを最適な
条件になるように選定する必要がある。
In order to lower the center temperature Tc, the following equation 1 is used.
What is necessary is just to reduce the thickness δ of the flat target. But,
When the thickness δ is reduced, it is necessary to increase the number of flat targets, which not only deteriorates economical efficiency but also increases the number of coolant channels 14 and the amount of cooling water. Problem arises. Therefore, it is necessary to select the thickness δ so as to be under the optimum condition.

【0027】本実施例では、前述したように、平板状タ
ーゲットの材質によって決まる使用最高温度をTmax と
したときに、平板状ターゲットの中心温度Tc が次式の
範囲となるように厚さδを設定する。
In this embodiment, as described above, when the maximum operating temperature determined by the material of the flat target is Tmax, the thickness δ is adjusted so that the center temperature Tc of the flat target falls within the range of the following equation. Set.

【0028】[0028]

【数3】 0.8Tmax≦Tc≦Tmax …(数3) 数3において、下限値を使用最高温度Tmaxの0.8倍に
しているのは、例えば、タンタルでは使用最適温度範囲
が200〜250℃と幅があり、使用最高温度Tmax=
250℃,0.8Tmax=200℃ となることによる。
中心温度Tc が250℃を超えると平板状ターゲットの
寿命が急激に減少する。中心温度Tc が200℃未満で
は平板状ターゲットの厚さδが薄くなり過ぎるため、強
度が低下するばかりでなく、必要枚数が多くなり経済性
が悪化する。
0.8 Tmax ≦ Tc ≦ Tmax (Equation 3) In Equation 3, the lower limit is set to 0.8 times the maximum use temperature Tmax because, for example, the optimum use temperature range of tantalum is 200 to 250. ° C and width, the maximum operating temperature Tmax =
This is because 250 ° C. and 0.8 Tmax = 200 ° C.
When the center temperature Tc exceeds 250 ° C., the life of the flat target decreases sharply. If the center temperature Tc is less than 200 ° C., the thickness δ of the flat target becomes too thin, so that not only the strength is reduced, but also the required number of sheets is increased and the economic efficiency is deteriorated.

【0029】但し、使用最高温度Tmax はターゲット材
料だけでなく、必要とする寿命にも依存するので、25
0℃である必然性はない。重要なことは、各平板状ター
ゲットの中心温度Tc を数3の範囲に設定して各平板状
ターゲットの寿命をそろえることにより、最も合理的で
経済的なターゲットシステムを実現することである。数
2と数3から、平板状ターゲットの厚さδの最適範囲は
次式で表わせる。
However, since the maximum operating temperature Tmax depends not only on the target material but also on the required life,
It does not have to be 0 ° C. What is important is that the most reasonable and economical target system can be realized by setting the center temperature Tc of each flat target within the range of Equation 3 to make the life of each flat target uniform. From the equations (2) and (3), the optimum range of the thickness δ of the flat target can be expressed by the following equation.

【0030】[0030]

【数4】 δ≦[{1.0+(2h2/λ)(a1−b)}0・5−1.0](2λ/h) δ≧[{1.0+(2h2/λ)(a2−b)}0・5−1.0](2λ/h) a1=(Tmax−Tw)/q a2=(0.8Tmax−Tw)/q b=0.5tp/(ρCp) …(数4) 陽子線10の入射位置からの距離が遠くなると平板状タ
ーゲットでの発熱密度qが急激に低下するが、数4の範
囲で厚さδを分布させれば、中心温度Tc は数3の範囲
となるので、全ての平板状ターゲットを最適な条件で使
用し、寿命を延長することができる。
Equation 4] δ ≦ [{1.0+ (2h 2 / λ) (a 1 -b)} 0 · 5 -1.0] (2λ / h) δ ≧ [{1.0+ (2h 2 / λ) (a 2 -b)} 0 · 5 -1.0] (2λ / h) a 1 = (Tmax-Tw) / q a 2 = (0.8Tmax-Tw) / q b = 0.5tp / (ρCp (Equation 4) When the distance from the incident position of the proton beam 10 increases, the heat generation density q in the flat target sharply decreases. However, if the thickness δ is distributed in the range of Equation 4, the central temperature Tc Is in the range of Equation 3, so that all the flat targets can be used under optimal conditions and the life can be extended.

【0031】以下、図5を用いて本実施例の作用をより
具体的に説明する。図5は、本実施例及び従来例の平板
状ターゲットの発熱密度と中心温度の分布を示す図であ
る。図5の横軸は陽子線10が平板状ターゲット25
(又は26)に照射される入射位置からの距離、縦軸は
発熱密度qと中心温度Tc である。但し、横軸の距離に
は冷却材流路14の幅は含まれていない。
Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described more specifically with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing the distribution of the heat generation density and the center temperature of the flat targets of the present embodiment and the conventional example. The horizontal axis in FIG.
The vertical axis represents the heat generation density q and the center temperature Tc. However, the width of the coolant channel 14 is not included in the distance on the horizontal axis.

【0032】陽子線10が平板状ターゲットに吸収され
るため、発熱密度qは距離の増大に伴い急激に減少す
る。このとき、従来例のように、発熱密度qとターゲッ
ト厚さδの積qδに比例する発熱量Qが一定となるよう
にすると、図5に示すように、平板状ターゲットの厚さ
δは距離の増大に伴い急激に厚くなり、中心温度Tc は
急激に上昇する。
Since the proton beam 10 is absorbed by the flat target, the heat generation density q sharply decreases as the distance increases. At this time, if the heat value Q proportional to the product qδ of the heat density q and the target thickness δ is made constant, as in the conventional example, as shown in FIG. Increases, the center temperature Tc rapidly increases.

【0033】一方、本実施例の場合、図5に示すよう
に、数4の範囲で平板状ターゲットの厚さδを分布させ
ることにより、中心温度Tc は距離によらず数3の範囲
となり、全ての平板状ターゲットを最適な条件で使用し
寿命を延長することができる。このように構成した本実
施例では、各平板状ターゲットでの発熱量Qや表面熱流
束qS は、従来例のように距離に対して一定ではなく、
図6に示すように距離の増大に伴い減少する。従って、
本実施例では、各冷却材流路14へ供給する冷却水流量
Wを、各平板状ターゲットでの発熱量Qや表面熱流束q
S の変化に対応させて、図6に示すように距離の増大に
伴い減少させる方が合理的である。
On the other hand, in the case of the present embodiment, as shown in FIG. 5, by distributing the thickness δ of the flat target in the range of Expression 4, the center temperature Tc becomes the range of Expression 3 regardless of the distance. All flat targets can be used under optimal conditions to extend their life. In the present embodiment having such a configuration, the calorific value Q and the surface heat flux q S in each flat target is not constant with respect to distance as in the prior art,
As shown in FIG. 6, it decreases as the distance increases. Therefore,
In the present embodiment, the cooling water flow rate W supplied to each coolant flow path 14 is determined by the heat value Q and the surface heat flux q at each flat target.
It is more reasonable to decrease the value as the distance increases, as shown in FIG. 6, in accordance with the change in S.

【0034】また、図6で冷却水流量Wの距離に関する
積分から明らかなように、本実施例の方が従来例よりも
冷却水の総流量を減少できる。これにより、冷却材循環
ポンプ42の容量及び冷却材浄化装置44の容量を低減
し、これらの配管直径を小型化できるので、より経済的
な冷却設備40を実現することができる。
Further, as is apparent from the integration regarding the distance of the cooling water flow rate W in FIG. 6, the present embodiment can reduce the total flow rate of the cooling water as compared with the conventional example. Thereby, the capacity of the coolant circulation pump 42 and the capacity of the coolant purification device 44 can be reduced, and the diameter of these pipes can be reduced, so that a more economical cooling facility 40 can be realized.

【0035】以下に、図6に示す冷却水流量Wの分布を
実現する手段を具体的に説明する。各冷却材流路14で
の圧力損失ΔPと冷却水流量Wは、次式で表わせる。
The means for realizing the distribution of the cooling water flow rate W shown in FIG. 6 will be specifically described below. The pressure loss ΔP and the cooling water flow rate W in each coolant flow path 14 can be expressed by the following equations.

【0036】[0036]

【数5】 ΔP=0.5(ζin+1.0+fL/d+ζoutW2 W=VbδW …(数5) 数5において、ρW は冷却水の密度、Vは流速、bは冷
却材流路14の幅、δW は冷却材流路14のギャップ、
bδW は冷却材流路14の流路面積、ζinは冷却材流路
14入口の圧力損失係数、1.0 は加速損失係数、fL
/dは冷却材流路14での摩擦損失係数、ζout は冷却
材流路14の絞り部17での圧力損失係数である。
ΔP = 0.5 (ζ in + 1.0 + fL / d + ζ out ) ρ W V 2 W = Vbδ W (Equation 5) In Equation 5, ρ W is the density of the cooling water, V is the flow velocity, b is the width of the coolant channel 14, δ W is the gap of the coolant channel 14,
Bideruta W is flow area, zeta in the coolant channel 14 inlet pressure loss coefficient of the coolant flow path 14, 1.0 acceleration loss factor, fL
/ D is a coefficient of friction loss in the coolant passage 14, and ζ out is a pressure loss coefficient of the throttle 17 in the coolant passage 14.

【0037】各冷却材流路14での圧力損失ΔPは互い
に等しいことから、各冷却材流路14での冷却水流量W
と流速Vが図6に示す分布になるように、冷却材流路1
4の絞り部17の圧力損失係数ζout 、即ち流路面積を
決めれば良い。また、数5において、冷却材流路14の
絞り部17の圧力損失係数ζout(流路面積)を一定と
し、冷却材流路14のギャップδW を冷却材流路14毎
に変えて、図6に示す冷却水流量Wの分布を実現しても
良い。
Since the pressure losses ΔP in the respective coolant passages 14 are equal to each other, the cooling water flow rate W
And the flow velocity V so that the distribution shown in FIG.
The pressure loss coefficient ζ out of the throttle section 17 of No. 4, that is, the flow path area may be determined. In Equation 5, the pressure loss coefficient ζ out (flow path area) of the throttle portion 17 of the coolant flow path 14 is fixed, and the gap δ W of the coolant flow path 14 is changed for each coolant flow path 14. The distribution of the cooling water flow rate W shown in FIG. 6 may be realized.

【0038】次に、冷却材流路14の絞り部17を出口
側に設ける理由について説明する。平板状ターゲットで
の高発熱部は極めて局所的であるため、冷却材流路14
で沸騰が生じると、冷却が必要な高発熱部で冷却水流量
が減少したり、流動抵抗が急激に増加して各冷却材流路
14での冷却水流量のバラツキが拡大するなどの問題が
生じる。従って、冷却材流路14で沸騰が生じないよう
にする必要がある。このためには、陽子線10の照射直
後での平板状ターゲットの表面温度Tsvが次式を満たす
ようにすれば良い。
Next, the reason why the throttle portion 17 of the coolant flow path 14 is provided on the outlet side will be described. Since the high heat generation portion in the flat target is extremely local, the coolant flow path 14
When boiling occurs, there are problems such as a decrease in the flow rate of the cooling water in the high heat generating portion requiring cooling, and an increase in the flow resistance and a variation in the flow rate of the cooling water in each coolant flow path 14. Occurs. Therefore, it is necessary to prevent boiling in the coolant flow path 14. For this purpose, the surface temperature Tsv of the flat target immediately after the irradiation of the proton beam 10 may satisfy the following expression.

【0039】[0039]

【数6】 Tsv=0.5qtp/(ρCp)+Ts<Tst(Pw)+ΔTsh …(数6) 数6において、Ts は平板状ターゲット表面での時間平
均温度、ρCp は平板状ターゲットの熱容量、tp は陽
子線10のパルス照射の間隔、qは発熱密度、ΔTshは
沸騰が生じるための過熱度、Tst(Pw) は冷却材流路1
4での圧力Pwに対する飽和温度である。
Tsv = 0.5qtp / (ρCp) + Ts <Tst (Pw) + ΔTsh (Equation 6) In Equation 6, Ts is the time average temperature on the surface of the flat target, ρCp is the heat capacity of the flat target, tp Is the pulse irradiation interval of the proton beam 10, q is the heat generation density, ΔTsh is the degree of superheating for boiling, and Tst (Pw) is the coolant flow path 1.
4 is the saturation temperature for the pressure Pw.

【0040】数6から、沸騰を避けるには、飽和温度T
st即ち冷却材流路14での圧力Pwを高くすれば良い。
冷却材流路14での圧力Pw は冷却材タンク41内の加
圧気体46によって約20気圧に加圧されるが、圧力を
高くすると冷却設備40の設計圧力を高くする必要があ
り経済性が悪化するため、できるだけ圧力を低くする方
が良い。
From equation (6), to avoid boiling, the saturation temperature T
st, that is, the pressure Pw in the coolant channel 14 may be increased.
The pressure Pw in the coolant flow path 14 is increased to about 20 atm by the pressurized gas 46 in the coolant tank 41. However, if the pressure is increased, the design pressure of the cooling equipment 40 needs to be increased, and the economy is reduced. It is better to reduce the pressure as much as possible because it will worsen.

【0041】冷却材流路14の絞り部17を入口側に設
けると、数5において、圧力損失係数ζout によって平
板状ターゲットでの高発熱部で圧力Pw と飽和温度Tst
が低下することになる。これを避けるには、冷却材流路
14の出口側に絞り部17を設ける必要がある。また、
本実施例では、冷却材流路14の流入部16に位置する
ターゲット支持体21の下端部に曲率を設けることによ
り、数5における入口の圧力損失係数ζinをほぼ零(曲
率がない場合、ζin=0.5)にして、平板状ターゲット
の高発熱部で圧力Pw と飽和温度Tstが低下することを
防止している。上述したように、図1乃至図4に示した
本発明の実施例では、陽子線10の入射位置から遠くな
るほど、数4を満たすように平板状ターゲットの厚さδ
を厚くすることにより、数2で表わせる中心温度Tc が
数3を満たすようにしている。即ち、中心温度Tc が使
用最高温度Tmax の0.8〜1.0倍の間となるように構
成している。これにより、平板状ターゲットの中心温度
Tc を確実に使用最高温度Tmax 以下にできるので、寿
命を延長し経済性を向上することができる。
When the throttle portion 17 of the coolant flow path 14 is provided on the inlet side, the pressure Pw and the saturation temperature Tst in the high heat generating portion of the flat target are obtained by the pressure loss coefficient ζ out in Equation (5).
Will decrease. In order to avoid this, it is necessary to provide the throttle section 17 on the outlet side of the coolant flow path 14. Also,
In this embodiment, by providing a curvature at the lower end of the target support 21 located at the inflow portion 16 of the coolant flow path 14, the pressure loss coefficient ζ in at the inlet in Equation 5 is almost zero (when there is no curvature, ζ in = 0.5) to prevent the pressure Pw and the saturation temperature Tst from lowering in the high heat generating portion of the flat target. As described above, in the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 4, as the distance from the incident position of the proton beam 10 increases, the thickness δ of the plate-shaped target satisfies Equation 4.
Is made thicker, so that the center temperature Tc expressed by the equation (2) satisfies the equation (3). That is, the central temperature Tc is set to be between 0.8 and 1.0 times the maximum use temperature Tmax. As a result, the center temperature Tc of the flat target can be reliably kept below the maximum use temperature Tmax, so that the life can be extended and the economy can be improved.

【0042】この場合、平板状ターゲットでの発熱量Q
はqδに比例し、q及びδは図6に示すように分布す
る。従って、各冷却材流路14の出口側に絞り部17を
設けその流路面積を調整するか、又は冷却材流路14の
ギャップを調整して、各平板状ターゲットでの発熱量Q
に比例させて各冷却材流路14への冷却水流量を供給す
ることにより、冷却水の総流量を減少することができ、
より経済的な冷却設備40を提供することができる。
In this case, the calorific value Q of the flat target
Is proportional to qδ, and q and δ are distributed as shown in FIG. Therefore, the throttle portion 17 is provided on the outlet side of each coolant flow passage 14 to adjust the flow passage area, or the gap of the coolant flow passage 14 is adjusted, so that the heat value Q in each flat target is adjusted.
By supplying the cooling water flow rate to each coolant flow path 14 in proportion to the total flow rate of the cooling water, the total flow rate of the cooling water can be reduced,
A more economical cooling facility 40 can be provided.

【0043】次に、図7を用いて本発明による固体ター
ゲットの第2実施例を説明する。図7は第2実施例の概
略構成図で、(a)は縦断面図、(b)は(a)のA−A断面
図、(c)は(a)のB−B断面図である。本実施例におい
ても、図2に示した冷却設備40を適用することができ
る。本実施例の特徴は、冷却水がターゲット容器12に
設けた2つの入口30a及び30bから流入し、それぞ
れに平板状ターゲット25を冷却して、出口35a及び
35bから流出することである。また、冷却材流路14
に絞り部を設けていない。その他の構成は第1実施例と
同じである。
Next, a second embodiment of the solid target according to the present invention will be described with reference to FIG. 7A and 7B are schematic configuration diagrams of the second embodiment, in which FIG. 7A is a longitudinal sectional view, FIG. 7B is a sectional view taken along line AA of FIG. 7A, and FIG. 7C is a sectional view taken along line BB of FIG. . Also in this embodiment, the cooling equipment 40 shown in FIG. 2 can be applied. This embodiment is characterized in that cooling water flows in from two inlets 30a and 30b provided in the target container 12, cools the flat target 25 respectively, and flows out from outlets 35a and 35b. Also, the coolant flow path 14
Is not provided with a throttle. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

【0044】入口30aから流入した冷却水は、入口流
路31a,冷却材流路14,連結流路32a,冷却材流
路14,連結流路33a,冷却材流路14,出口流路3
4aを通って出口35aから流出する。入口30bから
流入した冷却水は、入口流路31b,冷却材流路14,
連結流路32b,冷却材流路14,連結流路33b,冷
却材流路14,出口流路34bを通って出口35bから
流出する。このように、それぞれの冷却水が平板状ター
ゲット25を3回冷却する(冷却材流路14を3回通
る)構成になっている。
The cooling water flowing from the inlet 30a is supplied to the inlet channel 31a, the coolant channel 14, the connecting channel 32a, the coolant channel 14, the connecting channel 33a, the coolant channel 14, and the outlet channel 3.
It flows out of the outlet 35a through 4a. The cooling water flowing from the inlet 30b flows into the inlet passage 31b, the coolant passage 14,
The fluid flows out of the outlet 35b through the connecting channel 32b, the coolant channel 14, the connecting channel 33b, the coolant channel 14, and the outlet channel 34b. Thus, each cooling water cools the flat target 25 three times (passes through the coolant passage 14 three times).

【0045】本実施例でも、第1実施例と同様に、数4
を満たすように、陽子線10の入射位置から遠くなるほ
ど、平板状ターゲット25の厚さδを厚くして、数2で
表わせる平板状ターゲット25の中心温度Tc が、数3
に示す、0.8Tmax≦Tc≦Tmax の関係を満たすよう
に構成している。また、冷却材流路14のギャップδW
を調整して、平板状ターゲット25での発熱量Qに比例
させて各冷却材流路14への冷却水流量を供給するよう
に構成している。
In this embodiment, as in the first embodiment,
As the distance from the incident position of the proton beam 10 increases, the thickness δ of the flat target 25 increases, and the center temperature Tc of the flat target 25 expressed by Expression 2 becomes
, The relationship 0.8Tmax ≦ Tc ≦ Tmax is satisfied. Further, the gap δ W of the coolant flow path 14
Is adjusted so that the flow rate of the cooling water to each coolant flow path 14 is supplied in proportion to the heat value Q of the flat target 25.

【0046】従って、本実施例でも、第1実施例と同じ
効果を得ることができる。更に、本実施例の場合、冷却
水は冷却材流路14を3回通る構成となっているため、
第1実施例に比べて冷却水の総流量を減少することがで
き、より経済的な冷却設備40を実現できる。
Therefore, in this embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained. Further, in the case of the present embodiment, since the cooling water passes through the coolant channel 14 three times,
The total flow rate of the cooling water can be reduced as compared with the first embodiment, and a more economical cooling facility 40 can be realized.

【0047】一方、数2〜数4における冷却材の温度T
w は、冷却水が冷却材流路14を3回通る過程で次第に
上昇するため、平板状ターゲット25の厚さδは下流側
ほど第1実施例に比べて相対的に薄くする必要がある。
また、下流側の冷却材流路14において、数6の圧力P
w とTstが低下するのを防止するために、第1実施例の
絞り部17を設けていない。このため、数5の圧力損失
係数ζout は0となっている。
On the other hand, the coolant temperature T in Equations 2 to 4
Since w gradually rises in the process in which the cooling water passes through the coolant passage three times, the thickness δ of the flat target 25 needs to be relatively thinner toward the downstream side as compared with the first embodiment.
In the coolant channel 14 on the downstream side, the pressure P
In order to prevent w and Tst from lowering, the throttle section 17 of the first embodiment is not provided. Therefore, the pressure loss coefficient ζ out of Equation 5 is 0.

【0048】[0048]

【発明の効果】第1乃至第3の発明によれば、各平板状
ターゲットの中心温度をターゲット材料に依存する使用
最高温度以下にできるので、ターゲットの寿命を延長し
て経済性に優れた固体ターゲットを実現することができ
る。
According to the first to third aspects of the present invention, since the center temperature of each flat target can be made equal to or lower than the maximum use temperature which depends on the target material, the life of the target can be extended and the solid-state material having excellent economy can be obtained. The target can be realized.

【0049】第4の発明によれば、固体ターゲットに供
給する冷却材の総流量を低減できるので、冷却設備の容
量を低減できる。
According to the fourth aspect, the total flow rate of the coolant supplied to the solid target can be reduced, so that the capacity of the cooling equipment can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による固体ターゲットの第1実施例の概
略構成図で、(a)は縦断面図、(b)は(a)のA−A断面
図、(c)は(a)のB−B断面図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of a solid target according to the present invention, wherein (a) is a longitudinal sectional view, (b) is an AA sectional view of (a), and (c) is a sectional view of (a). It is BB sectional drawing.

【図2】本発明による固体ターゲットシステムの第1実
施例の概略構成図。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of a solid target system according to the present invention.

【図3】図1の固体ターゲットの変形例を示す図で、
(a)は図1(a)のA−A断面図、(b)は図1(a)のB−
B断面図である。
FIG. 3 is a view showing a modification of the solid target of FIG. 1;
1A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1A, and FIG.
It is B sectional drawing.

【図4】図3のターゲット要素の詳細図で、(a)は正面
図、(b)は側面図である。
4 is a detailed view of the target element of FIG. 3, (a) is a front view, and (b) is a side view.

【図5】平板状ターゲットの発熱密度と中心温度の分布
を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a distribution of heat generation density and center temperature of a flat target.

【図6】平板状ターゲットの表面熱流速と冷却水流量の
分布を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing distributions of a surface heat flow rate and a cooling water flow rate of a flat target.

【図7】本発明による固体ターゲットの第2実施例の概
略構成図で、(a)は縦断面図、(b)は(a)のA−A断面
図、(c)は(a)のB−B断面図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a second embodiment of the solid target according to the present invention, wherein (a) is a longitudinal sectional view, (b) is an AA sectional view of (a), and (c) is a sectional view of (a). It is BB sectional drawing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…ウインドウ、12…ターゲット容器、13,31
a,31b…入口流路、14…冷却材流路、15,34
a,34b…出口流路、16…流入部、17…絞り部、
20…固体ターゲット、21…ターゲット支持体、2
5,26…平板状ターゲット、27…ターゲット要素、
28…突起、30a,30b…入口、32a,32b,33
a,33b…連結流路、35a,35b…出口、40…
冷却設備、41…冷却材タンク、42…冷却材循環ポン
プ、43…冷却器、44…冷却材浄化装置、46…加圧
気体。
11 ... window, 12 ... target container, 13, 31
a, 31b: inlet channel, 14: coolant channel, 15, 34
a, 34b: outlet flow path, 16: inflow section, 17: throttle section,
20: solid target, 21: target support, 2
5, 26: flat target, 27: target element,
28 Projection, 30a, 30b Inlet, 32a, 32b, 33
a, 33b ... connecting flow path, 35a, 35b ... outlet, 40 ...
Cooling equipment, 41: coolant tank, 42: coolant circulation pump, 43: cooler, 44: coolant purification device, 46: pressurized gas.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】高エネルギーの陽子線等が照射されること
により中性子を発生させる固体ターゲットにおいて、 重金属から成る複数の平板状ターゲットが陽子線等の入
射方向に所定の間隙を隔てて配置され、前記所定の間隙
は前記平板状ターゲットを冷却する冷却材が流れるため
の冷却材流路を形成し、 陽子線等の入射位置からの距離が遠いほど平板状ターゲ
ットの厚さを厚くして、各平板状ターゲットの中心温度
が所定の温度範囲となるように構成したことを特徴とす
る固体ターゲット。
1. A solid target for generating neutrons by irradiating a high energy proton beam or the like, wherein a plurality of plate-like targets made of heavy metal are arranged at a predetermined gap in a direction of incidence of the proton beam or the like. The predetermined gap forms a coolant flow path through which a coolant for cooling the flat target flows, and the thickness of the flat target increases as the distance from the incident position of a proton beam or the like increases. A solid target, wherein the center temperature of the flat target is configured to be within a predetermined temperature range.
【請求項2】請求項1において、前記平板状ターゲット
の中心温度をTc 、ターゲット材料に依存する使用最高
温度をTmax としたときに、各平板状ターゲットの中心
温度Tcが0.8Tmax≦Tc≦Tmax の範囲となるよう
に、各平板状ターゲットの厚さを分布させたことを特徴
とする固体ターゲット。
2. The method according to claim 1, wherein the central temperature Tc of each flat target is 0.8 Tmax ≦ Tc ≦, where Tc is the central temperature of the flat target and Tmax is the maximum operating temperature depending on the target material. A solid target, wherein the thicknesses of the respective flat targets are distributed so as to fall within the range of Tmax.
【請求項3】請求項1又は請求項2において、前記平板
状ターゲットの熱伝導率をλ、熱容量をρCp 、表面で
の熱伝達率をh、ターゲット材料に依存する使用最高温
度をTmax 、冷却材温度をTw 、陽子線等のパルス照射
の間隔をtp 、各平板状ターゲットの発熱密度をqとし
たときに、前記平板状ターゲットの厚さδが、 δ≦[{1.0+(2h2/λ)(a1−b)}0・5−1.0](2
λ/h) δ≧[{1.0+(2h2/λ)(a2−b)}0・5−1.0](2
λ/h) a1=(Tmax−Tw)/q a2=(0.8Tmax−Tw)/q b=0.5tp/(ρCp) を満たすように構成したことを特徴とする固体ターゲッ
ト。
3. The method according to claim 1 or 2, wherein the thermal conductivity of the plate-like target is λ, the heat capacity is ρCp, the heat transfer coefficient at the surface is h, the maximum use temperature depending on the target material is Tmax, and the cooling is Tmax. Assuming that the material temperature is Tw, the interval of pulse irradiation of proton beam or the like is tp, and the heat generation density of each flat target is q, the thickness δ of the flat target is δ ≦ [{1.0+ (2h 2 / Λ) (a 1 -b)} 0.5 · 1.0 ] (2
λ / h) δ ≧ [{ 1.0+ (2h 2 / λ) (a 2 -b)} 0 · 5 -1.0] (2
λ / h) a solid target characterized in that it satisfies a 1 = (Tmax−Tw) / qa 2 = (0.8Tmax−Tw) /qb=0.5 tp / (ρCp).
【請求項4】請求項1乃至請求項3の何れかにおいて、
各冷却材流路の出口に設ける絞り部の流路面積を分布さ
せるか、又は各冷却材流路のギャップを分布させること
により、各平板状ターゲットの発熱密度qと厚さδの積
qδに比例する発熱量Qに比例した流量の冷却材を各冷
却材流路へ供給するように構成したことを特徴とする固
体ターゲット。
4. The method according to claim 1, wherein
By distributing the flow path area of the throttle portion provided at the outlet of each coolant flow path or distributing the gap of each coolant flow path, the product qδ of the heat generation density q and the thickness δ of each flat target is obtained. A solid target characterized in that a coolant having a flow rate proportional to a proportional heat value Q is supplied to each coolant channel.
【請求項5】高エネルギーの陽子線等が照射されること
により中性子を発生させる固体ターゲットと、該固体タ
ーゲットにターゲット冷却用の冷却材を供給する冷却設
備とを備えた固体ターゲットシステムにおいて、 前記固体ターゲットは、陽子線等の入射方向に所定の間
隙を隔てて配置された複数の平板状ターゲットと、該平
板状ターゲットを冷却する冷却材を流すために前記所定
の間隙として形成された複数の冷却材流路とを備え、 前記冷却設備は、冷却材及び加圧気体を内蔵した冷却材
タンクと、該冷却材タンクから前記固体ターゲットに冷
却材を供給する冷却材循環ポンプと、前記固体ターゲッ
トから排出された冷却材を冷却する冷却器と、該冷却器
で冷却された冷却材を浄化して前記冷却材タンクに戻す
冷却材浄化装置とを備え、 前記固体ターゲットが、請求項1乃至請求項4の何れか
に記載の特徴を有することを特徴とする固体ターゲット
システム。
5. A solid target system comprising: a solid target for generating neutrons by irradiating a high energy proton beam or the like; and cooling equipment for supplying a coolant for cooling the target to the solid target. The solid target has a plurality of flat targets arranged at predetermined intervals in the incident direction of proton beams or the like, and a plurality of flat targets formed as the predetermined gaps for flowing a coolant for cooling the flat targets. A coolant tank including a coolant and a pressurized gas, a coolant circulation pump for supplying coolant from the coolant tank to the solid target, and the solid target. A cooling device that cools the coolant discharged from the cooling device, and a coolant purification device that purifies the coolant cooled by the cooler and returns the coolant to the coolant tank. Wherein the solid target is solid target system characterized by having the features according to any one of claims 1 to 4.
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