JPH11297498A

JPH11297498A - 中性子散乱用ターゲットシステム及び圧縮波の低減方法

Info

Publication number: JPH11297498A
Application number: JP9917298A
Authority: JP
Inventors: Kimihiro Kanba; 公祐神庭; Itsuki Harada; 厳原田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-04-10
Filing date: 1998-04-10
Publication date: 1999-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】ターゲット物質として液体金属を用い、かつ大
出力の陽子パルスビームを用いる中性子散乱用ターゲッ
トシステムにおいて、ターゲット容器の疲労破壊を防止
する。【解決手段】ターゲット物質である液体水銀１０を内蔵
するターゲット容器２を備え、このターゲット容器２に
陽子パルスビーム９を入射して液体水銀１０中で核破砕
を起こし、中性子を散乱させる中性子散乱用ターゲット
システム１において、ターゲット容器２内に液面形成機
構１３を設けて窒素ガス１１を貯留させ、液体水銀１０
との界面に自由液面１２を形成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターゲット物質で
ある液体金属に陽子パルスビームを入射して核破砕を起
こし、中性子を散乱させる中性子散乱用ターゲットシス
テム及びこのシステムで生じる圧縮波の低減方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】中性子散乱用ターゲットシステムの一種
である固定ターゲットシステムでは、陽子を１μｓ程度
の短いパルスビームとして固体ターゲット物質（タンタ
ル、タングステン等）に入射して核破砕を起こし、中性
子を散乱させる。この固定ターゲットシステムのうち最
大規模のものが、Proceedings of the International W
orkshop on Spallation Materials Technology（１９９
６，米国オークリッジ国立研究所編）p3.2-33〜p3.2-46
に開示されており、このシステムでは、１６０ｋＷの陽
子パルスビームをタンタル固体ターゲットに入射するよ
うになっている。

【０００３】近年、上記固定ターゲットシステムに代わ
る中性子散乱用ターゲットシステムとして、固体より冷
却の容易な液体金属をターゲット物質に用いて出力５Ｍ
Ｗ以上の大強度陽子パルスを入射する中性子散乱用ター
ゲットシステム（以下適宜、液体金属ターゲットシステ
ムという）が提唱されており、例えば、第２回「中性子
科学研究計画」に関するワークショップ論文集（１９９
７，日本原子力研究所編）ｐ１〜ｐ１０や、Proceeding
s of the International Workshop on Spallation Mate
rials Technology（１９９６，米国オークリッジ国立研
究所編）p3.1-59〜p3.1-72に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記液
体金属ターゲットシステムでは、以下の課題が存在す
る。

【０００５】一般に、ターゲット物質に陽子パルスビー
ムを入射すると、入射されたターゲット容器先端付近の
ターゲット物質中で核破砕が起き、この核破砕が起こっ
た領域で熱が発生する。このとき、上記従来技術のよう
に数ＭＷの大強度陽子パルスビームを入射する場合その
発生熱が固体ターゲットシステムよりも大きくなり、液
体金属の圧力が突然数百〜千気圧程度上昇する。圧力が
上昇した液体金属は、まわりの液体金属を押し付け、押
し付けられた液体金属はさらにまわりの液体金属を押し
付ける。このようにして、陽子パルスビームが入射され
たターゲット容器先端付近の液体金属からまわりの液体
金属中に高い圧力が次々と伝わる。このときの圧力の伝
搬は、高い圧力の液体金属がまわりの液体金属を押し付
けて圧縮することにより伝わることから、圧縮波と称さ
れる。液体金属中を伝わるこの圧縮波がターゲット容器
壁に衝突すると高い圧力がターゲット容器壁に加わるた
め、容器壁内部に１００ＭＰa以上の強い応力が生じ
る。さらに、圧縮波は、ターゲット容器壁で反射して別
の方向に伝わり、やがて再びターゲット容器壁に衝突す
る。このように圧縮波がターゲーット容器壁に衝突・反
射を繰り返すため、１パルスの陽子パルスビームが入射
しただけでターゲット容器壁には何回も強い圧力が加わ
る。こうして加わる圧力によってターゲット容器壁内に
繰り返し強い応力が生じることとなり、ターゲット容器
の疲労破壊を招く可能性がある。

【０００６】液体金属ターゲットシステムのこのような
課題は、ターゲット物質を液体金属に変えかつ陽子パル
スビームを大出力化したために生じた、固体ターゲット
システムにはない新たな課題であり、上記Proceedings
of the International Workshop on Spallation Materi
als Technology（１９９６，米国オークリッジ国立研究
所編）p3.1-59〜p3.1-72にも示唆されている。しかし、
この課題の解決手法は未だに示されていない。

【０００７】本発明の目的は、ターゲット物質として液
体金属を用い、かつ大出力の陽子パルスビームを用いる
中性子散乱用ターゲットシステムにおいて、ターゲット
容器の疲労破壊を防止できる構成及び圧縮波の低減方法
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、ターゲット物質である液体金属を
内蔵するターゲット容器を備え、このターゲット容器に
陽子パルスビームを入射して前記液体金属中で核破砕を
起こし、中性子を散乱させる中性子散乱用ターゲットシ
ステムにおいて、貯留した気体若しくは閉ループを流通
する気体と前記液体金属との界面に自由液面を形成させ
る液面形成機構を有する。液面形成機構で自由液面を形
成することにより、陽子パルスビームの入射による核破
砕で液体金属中に発生した圧縮波の少なくとも一部を自
由液面に導き、この自由液面で反射させる。この際に、
その反射によって自由液面近傍の液体金属中に強い引張
力が生じ、その引張力が液体金属を破断し飛び散らせる
ので、圧縮波のエネルギをその飛沫エネルギとして散逸
させ消滅させることができる。したがって、ターゲット
容器内で反射を繰り返す圧縮波が緩和され、ターゲット
容器壁に繰り返し加わる圧力が低減されるので、ターゲ
ット容器の疲労破壊を防止することができる。

【０００９】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記ターゲット容器は一方側から前記陽子パルスビーム
を入射するように構成されており、かつ前記液面形成機
構は、前記ターゲット容器の他方側に設けられている。

【００１０】（３）上記（２）において、さらに好まし
くは、前記ターゲット容器は下方側から前記陽子パルス
ビームを入射するように構成されており、かつ前記液面
形成機構は、前記ターゲット容器の上方側に設けられて
いる。これにより、ターゲット容器下方側で陽子パルス
ビームが入射して昇温した液体金属が自然対流で上方へ
と上昇するので、ターゲット容器内で液体金属の流れの
よどみが生じにくい。したがって、例えば冷却手段へ液
体金属を還流させて冷却を行う場合には、冷却効率が向
上する。また、ターゲット容器の上方側に液面形成機構
を設けた場合、液面形成機構は気体貯留・流通のために
下方側へ開口した構造となるので、圧縮波を導入する導
入手段を特に設けなくてもターゲット容器の一方側から
伝達されてきた圧縮波をそのまま効率よく液面形成機構
に導入することができる。

【００１１】（４）上記（２）において、また好ましく
は、前記ターゲット容器は、前記一方側から前記他方側
へと向かって、壁面が漸次拡径する形状となっている。
これにより、ターゲット容器の壁面に衝突した圧縮波
は、拡径形状のために少し他方側方向へと傾斜して反射
されるので、このような反射を壁面で多数回繰り返すこ
とで、液面形成機構が位置する他方側へと圧縮波を誘導
できる。したがって、液面形成機構に圧縮波を効率よく
伝えることができる。

【００１２】（５）上記（１）において、また好ましく
は、前記液体金属を冷却する冷却手段と、この冷却手段
で冷却された液体金属を該ターゲット容器へと供給する
供給流路と、前記ターゲット容器内で前記陽子パルスビ
ームが入射され昇温した液体金属を前記冷却手段へと還
流させる排出流路とをさらに有する。

【００１３】（６）上記（５）において、さらに好まし
くは、前記ターゲット容器は一方側から前記陽子パルス
ビームを入射するように構成されており、前記液面形成
機構は、前記ターゲット容器の他方側に設けられてお
り、かつ、前記排出流路は、前記液面形成機構よりも前
記一方側寄りの位置で前記ターゲット容器に接続されて
いる。排出流路が液面形成機構よりも一方側寄りの位置
で前記ターゲット容器に接続されていることにより、圧
縮波が排出流路内にほとんど伝達されないように構成す
ることが可能となるので、液面形成機構に圧縮波を効率
よく伝えることができる。特に、圧縮波を液面形成機構
へと導く導入手段をターゲット容器の他方側端部に設け
た場合には、導入手段と液面形成機構との距離を短くす
ることができるので、これによっても、液面形成機構に
圧縮波を効率よく伝えることができる。

【００１４】（７）上記（５）において、また好ましく
は、前記ターゲット容器は一方側から前記陽子パルスビ
ームを入射するように構成されており、前記液面形成機
構は、前記ターゲット容器の他方側に設けられており、
かつ、前記排出流路は、前記液面形成機構よりも前記他
方側寄りの位置で前記ターゲット容器に接続されてい
る。ターゲット容器の一方側で陽子パルスビームにより
昇温された液体金属は、ターゲット容器内を他方側へ向
かって流れ、液面形成機構近傍を通り、さらに他方側へ
流れて排出流路から排出されることとなる。これによ
り、液面形成機構近傍の領域もこの一連の液体金属の流
れの中に位置することとなるためその領域で流れが淀む
ことがない。したがって、ターゲット容器内の冷却効率
を向上することができる。またこのように他方側へと向
きが揃ったスムーズな流れとなることから、流路構造や
配管の接続構造を簡素化することができる。

【００１５】（８）上記（５）において、また好ましく
は、前記ターゲット容器は一方側から前記陽子パルスビ
ームを入射するように構成されており、前記液面形成機
構は前記ターゲット容器の他方側に設けられており、前
記供給流路及び前記排出流路は前記ターゲット容器の前
記他方側に接続されており、かつ、前記排出流路に接続
するように前記ターゲット容器内で前記他方側から前記
一方側へと延設され、前記供給流路から供給された液体
金属の流れと前記排出流路から排出される液体金属の流
れとを仕切る仕切壁を設ける。これにより、供給流路か
らターゲット容器の他方側へ供給された冷却液体金属
が、仕切壁に沿ってターゲット容器の一方側へと導か
れ、陽子パルスビーム入射により核破砕を起こして昇温
し、さらに仕切壁の反対側を仕切壁に沿ってターゲット
容器の他方側へ導かれ、排出流路から冷却手段へと再び
還流するので、よどみのない円滑な液体金属の流れを実
現することができる。また、供給流路から供給されてき
た冷たい液体金属が、既に昇温して排出流路に向かって
流れている液体金属を仕切壁を介し冷却することによ
り、ターゲット容器の他方側が過度に高温となるのを防
止することができる。特に、排出流路が液面形成機構よ
りも一方側寄りの位置でターゲット容器に接続されてい
る構成の場合には、液面形成機構の近傍で液体金属がよ
どみやすくなり、この部分が高温となりやすくなるので
効果的である。

【００１６】（９）上記（１）において、また好ましく
は、前記液体金属内に発生した圧縮波を前記液面形成機
構へと導く導入手段を設ける。これにより、液面形成機
構に圧縮波を効率よく伝えることができる。特に、ター
ゲット容器が略水平方向一方側から陽子パルスビームを
入射する構造で、かつターゲット容器の他方側に液面形
成機構を設ける場合、気体貯留・流通のため下方側へ開
口した構造となり、そのままではターゲット容器の一方
側から伝達されてきた圧縮波が導入されにくいため、効
果が大きい。

【００１７】（１０）上記（９）において、さらに好ま
しくは、前記導入手段は、前記圧縮波を反射させて前記
液面形成機構へと導く反射壁である。

【００１８】（１１）上記目的を達成するために、本発
明は、中性子散乱用ターゲットシステムのターゲット容
器に内蔵された前記液体金属中で核破砕が起こるときに
生じる圧縮波を低減する圧縮波の低減方法において、前
記液体金属の上部液面のうち少なくとも一部領域に自由
液面を形成し、前記圧縮波の少なくとも一部を前記自由
液面に導いて該自由液面で反射させ、この反射によって
前記自由液面近傍の液体金属を飛散させ、前記圧縮波の
エネルギを散逸させる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。以下の実施形態は、ターゲット容
器に陽子パルスビームを入射して液体金属中で核破砕を
起こし、中性子を散乱させる中性子散乱用ターゲットシ
ステムの実施形態である。本発明の第１の実施形態を図
１〜図４により説明する。本実施形態による中性子散乱
用ターゲットシステムの全体構造を表す概略配置図を図
２に示す。図２において、ターゲットシステム１は、タ
ーゲット物質として液体水銀を用いるものであり、ター
ゲット容器２と、液体水銀を貯留する液体水銀槽３と、
液体水銀槽３の下流側に設けられターゲット容器２に液
体水銀を供給する供給流路４と、ターゲット容器２から
戻る液体水銀を冷却器５へ導く排出流路６と、冷却器５
の下流側に設けられ液体水銀を流動させる駆動力を与え
る駆動ポンプ８とを備えている。

【００２０】ターゲット容器２の詳細構造を表す図２の
部分拡大縦断面図を図１に、図１の部分拡大図を図３
（ａ）に、図３（ａ）中Ａ−Ａ断面による横断面図を図
３（ｂ）に示す。

【００２１】これら図１、図３（ａ）、及び図３（ｂ）
において、ターゲット容器２は、耐久性・耐放射線性・
製作性に優れた材料、例えばＳＵＳ３１６により構成さ
れており、前方側（図１中左側）に位置する半楕円球面
の前頭部２ａと、この前頭部２ａの後方側（図１中右
側）に位置する、楕円柱形状の側壁２ｂとを備えてい
る。またその内部には液体水銀１０が満たされている。
前頭部２ａには、図示しない陽子パルス発生手段、例え
ば大型加速器で発生した陽子パルスビーム９が入射され
る。この陽子パルスビーム９は、例えば５ＭＷ（１．５
ＧｅＶ，３．３ｍＡ）の大強度陽子ビームが、１μｓの
パルスビームとして周波数５０Ｈｚで入射されるように
なっている。またこの陽子パルスビーム９は、ビーム断
面が楕円形であり、中心が最も強度が強く、中心を離れ
るほど強度が弱くなる性質を備えている。側壁２ｂの外
周側周囲には、中性子を捕捉するための図示しない中性
子減速器が配置されている。

【００２２】また、ターゲット容器２の後方側端部近傍
には、ターゲット容器２の内部に１気圧の窒素ガス１１
を封入した液面形成機構１３が設けられている。液面形
成機構１３は、下方に向かって開口した容器１３ａ内に
貯留された窒素ガス１１の下部と、下方から容器１３ａ
内を上昇してきた液体金属１０の上部との界面に自由な
表面である自由液面１２を形成させるようになってい
る。またこのとき、液面形成機構１３の略下方には、液
体水銀内に発生した圧縮波（後述）を反射させて液面形
成機構１３へと導く導入手段として、水平方向と鉛直方
向との中間となるように斜め４５°に傾斜した反射壁１
４が設けられている。またこのとき、上記供給流路４
は、ターゲット容器２の後方側端部に設けた液体水銀流
入孔２ｃに接続され、冷却器５で冷却された液体水銀を
ターゲット容器２へと供給するようになっている。また
上記排出流路６は、ターゲット容器２後方側の、液面形
成機構１３より前方側寄りの位置に設けた液体水銀流出
孔２ｄに接続され、ターゲット容器２内で陽子パルスビ
ーム９が入射され昇温した液体水銀を冷却器５へと還流
させるようになっている。

【００２３】さらに、ターゲット容器２内には、供給流
路４から供給された液体水銀の流れと排出流路６から排
出される液体水銀の流れとを仕切る仕切壁１５が、排出
流路６に接続するように後方側から前方側へと延設され
ている。

【００２４】以上のように構成した本実施形態の中性子
散乱用ターゲットシステムの動作及び作用を以下詳細に
説明する。駆動ポンプ８が駆動すると、その駆動力によ
って液体水銀槽３内の液体水銀が流動し、供給流路４を
介しターゲット容器２の液体水銀流入孔２ｃから流入す
る。流入した液体水銀１０は、反射壁１４及び仕切壁１
５下部の通路１６を通過し、このときにそれら反射壁１
４及び仕切壁１５越しに昇温した液体水銀１０を冷却し
つつターゲット容器２の前方側へ流動し、前頭部２ａに
至る。

【００２５】ここで、陽子パルスビーム９をターゲット
容器２の前頭部２ａに入射すると、前頭部２ａ近傍の液
体水銀１０中で核破砕が起こり、中性子が散乱される。

【００２６】この核破砕の際には、陽子パルスビーム９
のエネルギの約６０％が熱に変わるため、液体水銀１０
の温度が上昇する。核破砕が最も強く起こり液体水銀１
０の温度が最も上昇する場所は、ターゲット容器２の中
心軸上のターゲット容器２前端から例えば５ｃｍほど離
れたあたりであり、陽子パルスビーム９が１パルス入射
したときに、約２５℃上昇する。このように昇温した液
体水銀１０は、前述したように仕切壁１５及び反射壁１
４越し冷却されつつ、液体水銀流出孔２ｄから排出流路
６へ流出し、冷却器５に導かれて冷却され、再び液体水
銀槽３へと戻る。

【００２７】一方、核破砕の際にはまた、液体水銀１０
の圧力も上昇し、陽子パルスビーム９が入射する１μｓ
という短い時間の間に例えば最高約１０００気圧上昇す
る。圧力が上昇した液体水銀１０はそのまわりの液体水
銀１０を押し付け、押し付けられた液体水銀１０はさら
にまわりの液体水銀１０を押し付ける。このようにして
圧縮波が発生し、前頭部２ａ近傍の液体水銀１０中で発
生した高い圧力が、まわりの液体水銀１０中に音速（例
えば約１４３０ｍ／ｓ）で次々と伝わる。液体水銀１０
中を伝わるこの圧縮波がターゲット容器２の壁面に衝突
すると、圧縮波は反射して反対の方向に向かい、壁面へ
の衝突と反射を繰り返す性質がある。ここで、前頭部２
ａ近傍の核破砕により発生した圧縮波のうち、後方へ向
かって発生したものは直接ターゲット容器２の後方へ伝
わる。またターゲット容器前頭部２ａに向かって発生し
たものは前頭部２ａで反射して反転し、やはりターゲッ
ト容器２の後方へと伝わる。このように後方へ伝わった
圧縮波は、その一部が回折によって液面形成機構容器１
３ａの底部コーナー部１３ｂを曲がり、上方へ向かい、
液面形成機構１３内の液体水銀１０の自由液面１２へと
伝わる。また残りの部分は、４５°傾斜した反射壁１４
に衝突して上方へ反射することにより、液面形成機構１
３内の自由液面１２へと伝わる。このようにして、ター
ゲット容器２内の後方へ伝わった圧縮波の大部分は、液
面形成機構１３内の自由液面１２へと効率よく伝わり、
この自由液面１２で反射する。

【００２８】自由液面１２で圧縮波が反射するときの、
反射前後の時間における自由液面１２近くの液体水銀１
０中の圧力分布挙動を図４に示す。図中、縦軸に圧力の
大きさをとり、横軸には右端を自由液面とした場合の距
離をとって表しており、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４
（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）の順に時間経過を追っ
て表している。これら図４（ａ）〜図４（ｄ）に示され
るように、自由液面１２に衝突した圧縮波が反射すると
きには、ターゲット容器２の壁面に衝突した圧縮波が反
射するときのように液体水銀１０の高い圧力を押し返す
壁面がないため、波の位相が逆に反転し（図４（ｄ）参
照）、液体金属１０中に強い引張力が生じる（図４
（ｅ）参照）。この引張力が液体水銀１０を破断して飛
び散らせるので、自由液面１２近傍の液体水銀１０は、
飛沫となって飛び散る。この結果、液面形成機構１３に
伝わった圧縮波は、そのエネルギが飛沫エネルギとして
散逸するので消滅する。

【００２９】以上説明したように、本実施形態の中性子
散乱用ターゲットシステム１によれば、ターゲット容器
２内で反射を繰り返す圧縮波が緩和され、ターゲット容
器２壁面に繰り返し加わる圧力が低減されるので、ター
ゲット容器２の疲労破壊を防止することができる。

【００３０】また、本実施形態では、ターゲット容器２
の水平方向後方側に下方側へ開口した構造の液面形成機
構１３を設ける構造のため、反射壁１４がないと圧縮波
は回折のみによる導入となり効率が悪いが、液面形成機
構１３の下方に反射壁１４を設けたことで、液面形成機
構１３に圧縮波を効率よく伝えることができる。さら
に、排出流路６が液面形成機構１３よりも前方側寄りの
液体水銀流出孔２ｄに接続されているので、排出流路が
液面形成機構の後方側寄りに接続される後述する第２の
実施形態と異なり、反射壁１４と液面形成機構１３との
距離を短くすることができる。したがって、液面形成機
構１３に圧縮波を効率よく伝えることができる。またこ
のとき、図１に示すように、排出流路６は液体水銀流出
孔２ｄから上方に分岐するように接続されるので、前頭
部２ａからの圧縮波は排出流路６内にほとんど伝達され
ない。したがって、これによっても、液面形成機構１３
に圧縮波を効率よく伝えることができる。また、供給流
路４から供給される流れと排出流路６から排出される流
れとを仕切る仕切壁１５を設けたので、前述したような
液体水銀流入孔２ｃ→通路１６→前頭部２ａ近傍で昇温
→液体水銀流出孔２ｄという順路でよどみの少ない円滑
な液体金属の流れを実現することができる。また、供給
流路４から供給されてきた冷たい液体金属が既に昇温し
て排出流路６に向かって流れている液体水銀１０を仕切
壁１５を介し冷却するので、ターゲット容器２の後方側
の反射壁１４近傍の液体水銀１０が過度に高温となるの
を防止することができる。特に、本実施形態では、上記
のように排出流路６が液面形成機構１３よりも前方側寄
りの位置にある流出孔２ｄに接続されているため、後述
の第２の実施形態と異なり、液面形成機構１３の近傍で
液体水銀の流動が相対的に少なくこの部分が高温となり
やすくなるので効果的である。

【００３１】なお、上記第１の実施形態においては、タ
ーゲット容器２を水平方向横向きに配置し、陽子パルス
ビーム９が水平方向に入射するようにしたが、これに限
られず、ターゲット容器２を鉛直方向縦向きに配置して
もよい。この変形例によるターゲット容器２Ａの詳細構
造を表す縦断面図であり、第１の実施形態と共通の部分
には同一の符号を付し、説明を省略する。図５におい
て、本変形例のターゲット容器２Ａは、図１に示した第
１の実施形態のターゲット容器２を縦向きに配置した構
造にほぼ相当する。陽子パルスビーム９は、ターゲット
容器２下部の前頭部２ａの下方から上向きに入射する。
この場合、陽子パルスビーム９を鉛直方向にするための
手段及びターゲット容器IIを落下しないように支える手
段が必要となるが、図５に示すようにターゲット容器２
の上方側端部に液面形成機構１３Ａを設けることができ
るので、反射や回折を用いることなく、ターゲット容器
前頭部２ａ近傍で発生した圧縮波を効率よく液面形成機
構１３Ａに導くことができる。すなわち、第１の実施形
態の反射壁１４を省略することができる。また、ターゲ
ット容器２の前頭部２ａ近傍で陽子パルスビーム９が入
射して昇温した液体水銀１０は自然対流によって自動的
に上方へと上昇するので、ターゲット容器２内で液体水
銀の流れのよどみが生じにくくなる。したがって、冷却
効率が向上する。

【００３２】本発明の第２の実施形態を図６により説明
する。本実施形態は、第１の実施形態の構造において、
液面形成機構と排出流路の接続位置との位置関係を変え
た場合の実施形態である。本実施形態の要部であるター
ゲット容器２０２の詳細構造を表す縦断面図を図６に示
す。第１の実施形態と同等の部材には同一の符号を付
す。図６において、ターゲット容器２０２は、第１の実
施形態のターゲット容器２と同様、陽子パルスビーム９
が入射される半楕円球面の前頭部２０２ａと、この前頭
部２ａの後方側に位置する側壁２０２ｂを備えている。
但し、側壁２０２ｂは、前方側から後方側へと向かって
漸次拡径する（横断面の円の直径が図６中右側へ行くほ
ど大きくなる）形状となっている。また、供給流路４
は、第１の実施形態と同様、ターゲット容器２０２の後
方側端部近傍に設けた液体水銀流入孔２ｃに接続されて
いるが、排出流路６は、ターゲット容器２０２後方側端
部の液面形成機構１３より後方側寄りの位置に設けた液
体水銀流出孔２０２ｄに接続されている。そしてこれに
応じて、反射壁２１４の角度が４５°よりも鉛直に近い
方向に大きくなっている。

【００３３】本実施形態においても、第１の実施形態と
同様、ターゲット容器２０２内で反射を繰り返す圧縮波
が緩和され、ターゲット容器２０２壁面に繰り返し加わ
る圧力が低減されるので、ターゲット容器２０２の疲労
破壊を防止することができる。またこれに加え、本実施
形態においては、ターゲット容器２０２の前方側で陽子
パルスビーム９により昇温された液体水銀１０は、ター
ゲット容器２０２内を後方側へ向かって流れ、液面形成
機構１３の近傍を通り、さらに後方側へ流れて流出孔２
０２ｄから排出流路６を介し排出されることとなる。こ
れにより、液面形成機構１３近傍の領域もこの一連の液
体水銀１０の流れの中に位置することとなるためその領
域で流れが淀むことがない。すなわち、流れが淀む位置
が存在しなくなるので、ターゲット容器２０２内の冷却
効率を向上することができる。またターゲット容器２０
２最後部の液体水銀流出孔２０２ｄに排出流路４が接続
されることから、流路構造や配管の接続構造を簡素化す
ることができる。また、第１の実施形態では、ターゲッ
ト容器２の側壁２ｂに伝わった圧縮波は液面形成機構１
３には伝えられなかった。これに対し、本実施形態にお
いては、側壁２０２ｂが前方側から後方側へと向かって
漸次拡径する形状であるので、側壁２０２ｂに衝突した
圧縮波は、少し後方側方向へと傾斜して反射される。こ
のような反射を側壁２０２ｂで多数回繰り返すことによ
り、液面形成機構１３が位置する後方側へと圧縮波を誘
導できるので、圧縮波をさらに効率よく液面形成機構１
３へと伝えることができる。

【００３４】なお、上記第１及び第２の実施形態におい
ては、液面形成機構に窒素ガスを貯留したが、これに限
られず、液体水銀との反応性が小さい他の気体でもよ
い。また、貯留する構造にも限られず、例えば閉ループ
を流通する気体を導き、この気体との界面に自由液面１
２を形成するようにしてもよい。また、ターゲット物質
として液体水銀を用いたが、これに限られず、質量が比
較的重く、かつ取扱いが難しくないものであれば、他の
液体金属を用いてもよい。これらの場合も、同様の効果
を得る。また、反射壁１４，２１４は平面であったが、
圧縮波を液面形成機構１３へ反射するような機能を備え
ていれば、曲面であってもよい。さらにまたこの平面又
は曲面の反射壁１４，２１４に多孔質の緩衝材を設け、
圧縮波を緩和する効果を高めることもできる。また、タ
ーゲット容器２，２０２の前後方向長さを特に長くでき
る場合には、液面形成機構容器１３ａの下端までのター
ゲット容器側壁２ｂ，２０２ｂをゆるやかに曲がった管
とすることによって、回折だけで圧縮波を液面形成機構
１３内に導くようにすることもできる。さらに、特に強
い圧縮波が発生する場合、自由液面１２近くで液体水銀
１０中に強い引張力が働くため、液体水銀１０が蒸発
し、窒素ガス１０中に液体水銀の蒸気による弱い圧縮波
が伝わることがある。この圧縮波を分散させるために
は、液面形成機構１３の容器１３ａの表面を多孔質の物
質やハニカム構造の緩衝材等で被覆すればよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、ターゲット物質として
液体金属を用い、かつ大出力の陽子パルスビームを用い
る中性子散乱用ターゲットシステムにおいて、ターゲッ
ト容器の疲労破壊を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による中性子散乱用タ
ーゲットシステムに備えられたターゲット容器の詳細構
造を表す縦断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態による中性子散乱用タ
ーゲットシステムの全体構造を表す概略配置図である。

【図３】図１の部分拡大図及びＡ−Ａ断面による横断面
図である。

【図４】自由液面で圧縮波が反射するときの、反射前後
の時間における自由液面近くの液体水銀中の圧力分布挙
動を示す図である。

【図５】ターゲット容器を鉛直方向縦向きに配置した変
形例によるターゲット容器の詳細構造を表す縦断面図で
ある。

【図６】本発明の第２の実施形態による中性子散乱用タ
ーゲットシステムに備えられたターゲット容器の詳細構
造を表す縦断面図である。

【符号の説明】

１ターゲットシステム２ターゲット容器２Ａターゲット容器２ｂ側壁４供給流路５冷却器（冷却手段）６排出流路９陽子パルスビーム１０液体水銀１２自由液面１３液面形成機構１３Ａ液面形成機構１４反射壁（導入手段）１５仕切壁２０２ターゲット容器２０２ｂ側壁（拡径形状の壁面）２１４反射壁（導入手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲット物質である液体金属を内蔵する
ターゲット容器を備え、このターゲット容器に陽子パル
スビームを入射して前記液体金属中で核破砕を起こし、
中性子を散乱させる中性子散乱用ターゲットシステムに
おいて、貯留した気体若しくは閉ループを流通する気体と前記液
体金属との界面に自由液面を形成させる液面形成機構を
有することを特徴とする中性子散乱用ターゲットシステ
ム。
【請求項２】請求項１記載の中性子散乱用ターゲットシ
ステムにおいて、前記ターゲット容器は一方側から前記
陽子パルスビームを入射するように構成されており、か
つ前記液面形成機構は、前記ターゲット容器の他方側に
設けられていることを特徴とする中性子散乱用ターゲッ
トシステム。
【請求項３】請求項２記載の中性子散乱用ターゲットシ
ステムにおいて、前記ターゲット容器は下方側から前記
陽子パルスビームを入射するように構成されており、か
つ前記液面形成機構は、前記ターゲット容器の上方側に
設けられていることを特徴とする中性子散乱用ターゲッ
トシステム。
【請求項４】請求項２記載の中性子散乱用ターゲットシ
ステムにおいて、前記ターゲット容器は、前記一方側か
ら前記他方側へと向かって、壁面が漸次拡径する形状と
なっていることを特徴とする中性子散乱用ターゲットシ
ステム。
【請求項５】請求項１記載の中性子散乱用ターゲットシ
ステムにおいて、前記液体金属を冷却する冷却手段と、
この冷却手段で冷却された液体金属を該ターゲット容器
へと供給する供給流路と、前記ターゲット容器内で前記
陽子パルスビームが入射され昇温した液体金属を前記冷
却手段へと還流させる排出流路とをさらに有することを
特徴とする中性子散乱用ターゲットシステム。
【請求項６】請求項５記載の中性子散乱用ターゲットシ
ステムにおいて、前記ターゲット容器は一方側から前記
陽子パルスビームを入射するように構成されており、前
記液面形成機構は、前記ターゲット容器の他方側に設け
られており、かつ、前記排出流路は、前記液面形成機構
よりも前記一方側寄りの位置で前記ターゲット容器に接
続されていることを特徴とする中性子散乱用ターゲット
システム。
【請求項７】請求項５記載の中性子散乱用ターゲットシ
ステムにおいて、前記ターゲット容器は一方側から前記
陽子パルスビームを入射するように構成されており、前
記液面形成機構は、前記ターゲット容器の他方側に設け
られており、かつ、前記排出流路は、前記液面形成機構
よりも前記他方側寄りの位置で前記ターゲット容器に接
続されていることを特徴とする中性子散乱用ターゲット
システム。
【請求項８】請求項５記載の中性子散乱用ターゲットシ
ステムにおいて、前記ターゲット容器は一方側から前記
陽子パルスビームを入射するように構成されており、前
記液面形成機構は前記ターゲット容器の他方側に設けら
れており、前記供給流路及び前記排出流路は前記ターゲ
ット容器の前記他方側に接続されており、かつ、前記排
出流路に接続するように前記ターゲット容器内で前記他
方側から前記一方側へと延設され、前記供給流路から供
給された液体金属の流れと前記排出流路から排出される
液体金属の流れとを仕切る仕切壁を設けたことを特徴と
する中性子散乱用ターゲットシステム。
【請求項９】請求項１記載の中性子散乱用ターゲットシ
ステムにおいて、前記液体金属内に発生した圧縮波を前
記液面形成機構へと導く導入手段を設けたことを特徴と
する中性子散乱用ターゲットシステム。
【請求項１０】請求項９記載の中性子散乱用ターゲット
システムにおいて、前記導入手段は、前記圧縮波を反射
させて前記液面形成機構へと導く反射壁であることを特
徴とする中性子散乱用ターゲットシステム。
【請求項１１】中性子散乱用ターゲットシステムのター
ゲット容器に内蔵された前記液体金属中で核破砕が起こ
るときに生じる圧縮波を低減する圧縮波の低減方法にお
いて、前記液体金属の上部液面のうち少なくとも一部領
域に自由液面を形成し、前記圧縮波の少なくとも一部を
前記自由液面に導いて該自由液面で反射させ、この反射
によって前記自由液面近傍の液体金属を飛散させ、前記
圧縮波のエネルギを散逸させることを特徴とする圧縮波
の低減方法。