JPWO2020131653A5

JPWO2020131653A5 -

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Publication number: JPWO2020131653A5
Application number: JP2021535968A
Authority: JP
Publication date: 2022-12-21
Anticipated expiration: 2039-12-16

Description

本発明は、様々な例示的かつ例示的な実施形態を参照して説明されてきた。本明細書に記載された実施形態は、開示された発明の様々な実施形態の様々な詳細の例示的な特徴を提供するものとして理解され、したがって、特に指定されない限り、可能な範囲で、開示された実施形態の１つまたは複数の特徴、要素、構成要素、構成要素、成分、構造、モジュール、および／または態様は、開示された発明の範囲から逸脱することなく、開示された実施形態の１つまたは複数の他の特徴、要素、構成要素、構成要素、成分、構造、モジュール、および／または態様と組み合わされ、分離され、交換され、および／または再配置され得ることを理解されたい。したがって、本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態のいずれかの様々な置換、修正、または組み合わせを行うことができることが、当業者には理解されよう。さらに、当業者は、本明細書を検討する際に、本明細書に記載される本発明の様々な実施形態と同等の多くを認識するか、または日常的な実験のみを使用して確かめることができるであろう。したがって、本発明は、様々な実施形態の説明によって限定されず、むしろ請求項の範囲によって限定される。以下の項目は、出願時の特許請求の範囲に記載の要素である。
（項目１）
核分裂性物質を製造するプロセスにおいて核分裂性成分を測定するための装置（１０）であって、
前記プロセスは、プロセス容器（１８）を使用し、
前記装置は、
中性子を生成させるための中性子生成アセンブリ（１２）と、
前記中性子生成アセンブリで生成された前記中性子を前記プロセス容器（１８）に向けて集束させるためのコリメータアセンブリ（１４）と、
前記プロセスの変数を検出するために前記プロセス容器（１８）に対して所定の位置に配置されるインタロゲーションアセンブリ（１６）であって、前記変数は、使用中における、少なくとも中性子およびガンマ放射性成分またはその不在で構成される、前記インタロゲーションアセンブリと、
インタロゲーションアセンブリから前記プロセス変数に関する入力を受け取り、検出された前記変数に基づいて、前記プロセスにおける臨界に対するマージンを計算するためのプロセッサ（２２）と、を備える、装置。
（項目２）
前記中性子生成アセンブリ（１２）は、電子的に変調可能な核融合中性子源と、機械的に変調可能な固定中性子源と、からなる群から選択される変調可能な中性子源を備える、項目１に記載の装置（１０）。
（項目３）
前記核融合中性子源（１２）は、重水素－重水素または重水素トリチウム核融合反応の１つまたはその組合せの加速器駆動核融合源である、項目２に記載の装置（１０）。
（項目４）
前記中性子源（１２）は、中性子を放出する放射性崩壊をする固定材料源である、項目２に記載の装置（１０）。
（項目５）
前記中性子を放出する材料は、自然核分裂源としての ²⁵² Ｃｆと、（α，ｎ）中性子源と、からなる群から選択され、
前記（α，ｎ）中性子源は、ベリリウムの混合物と、プルトニウム、アメリシウム、ラジウムおよびポロニウムの高活性α粒子エミッタの混合物と、からなる、項目４に記載の装置（１０）。
（項目６）
前記核融合中性子源は、その結晶格子内の水素同位体を吸着しやすい材料で作られているイオンビームターゲットを含む、項目２に記載の装置（１０）。
（項目７）
前記イオンビームターゲットは、ジルコニウム、チタン、イットリウム、およびパラジウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料から作られている、項目６に記載の装置（１０）。
（項目８）
前記中性子源（１２）は、核融合ターゲットに向けてイオンビームをパルス化する、項目２に記載の装置（１０）。
（項目９）
前記イオンビームは、重水素およびトリチウムからなる群から選択されるイオンで構成される、項目８に記載の装置（１０）。
（項目１０）
前記ターゲット内に含まれる前記重水素または前記トリチウムは、前記イオンビームから重水素イオンまたはトリチウムイオンを吸収し、核融合し、中性子を放出する、項目９に記載の装置（１０）。
（項目１１）
前記中性子源（１２）は、機械的シャッタを操作して固定中性子源を遮断する、項目２に記載の装置（１０）。
（項目１２）
前記インタロゲーションアセンブリは、前記プロセス容器に対して所定の位置に配置された複数の検出器のアレイを備える、項目１に記載の装置（１０）。
（項目１３）
前記検出器は、中性子検出器およびガンマ線検出器からなる群から選択される、項目１２に記載の装置（１０）。
（項目１４）
さらに、前記中性子生成アセンブリ（１２）と前記コリメータアセンブリ（１４）との間に配置され、前記中性子生成アセンブリで生成された中性子を熱的に均等化するための減速材アセンブリ（２０）を備える、項目１に記載の装置（１０）。
（項目１５）
前記減速材（２０）は、原子番号が１２以下の材料で作られている、項目１４に記載の装置（１０）。
（項目１６）
前記減速材（２０）は、水、重水、ベリリウム、酸化ベリリウム、グラファイト、ポリエチレン、重水素化ポリエチレン、金属水素化物、金属重水素化物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択された材料から作られている、項目１５に記載の装置（１０）。
（項目１７）
前記プロセス変数は、さらに、温度、圧力、ｐＨ、流量、密度、流体レベル、不透明度、水分、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、プロセスの臨界を決定するためのプロセスパラメータを備える、項目１に記載の装置（１０）。
（項目１８）
前記プロセッサ（２２）の入力は、前記プロセス変数をリアルタイムで表す、前記インタロゲーションアセンブリ（１６）からの信号（２４）を備え、
前記プロセッサは、前記信号（２４）を既知のプロセス変数の記憶されたモデルに相関させて、臨界に対するマージンを計算する、項目１に記載の装置（１０）。
（項目１９）
核分裂性物質を製造するプロセスにおいて核分裂性成分を測定するための装置（１０）であって、
前記プロセスは、プロセス容器（１８）を使用し、
前記装置は、
変調可能な中性子源（１２）であって、
機械的に変調された固定中性子源と、
液体ターゲットを有する電子的に変調された核融合中性子源と、
水素を溶液に取り込むことができる材料から形成されたターゲットを有する電子的に変調された核融合中性子源と、からなる群から選択され、
前記ターゲットは、重水素およびトリチウムの一方または両方で含浸される、前記中性子源（１２）と、
使用中に前記ターゲットから発生する任意の中性子の方向を制御するためのコリメータ（１４）と、
プロセス変数を検出するためのプロセス容器（１８）に対して所定の位置に配置された複数の検出器のアレイ（１６）であって、前記検出器は、前記プロセス変数を表す信号（２４）をリアルタイムで生成する、前記複数の検出器のアレイと、
前記信号（２４）を受信し、検出された前記プロセス変数を臨界値に対するマージンの測定値に変換するためのプロセッサ（２２）と、を備える、装置。
（項目２０）
前記中性子源（１２）と前記コリメータ（１４）との間に配置され、前記中性子源内に形成された中性子を熱的に均等化するための減速材（２０）をさらに備える、項目１９に記載の装置（１０）。
（項目２１）
前記減速材（２０）は、水、重水、ベリリウム、酸化ベリリウム、グラファイト、ポリエチレン、金属水素化物、金属重水素化物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択された材料から作られている、項目２０に記載の装置（１０）。
（項目２２）
前記中性子源（１２）は、その結晶格子内の水素同位体を吸着しやすい材料で作られているターゲットを含む、項目１９に記載の装置（１０）。
（項目２３）
前記ターゲットは、ジルコニウム、チタン、イットリウム、パラジウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料で作られている、項目２２に記載の装置（１０）。
（項目２４）
前記検出器のアレイ（１６）は、中性子検出器およびガンマ線検出器からなる群から選択される、項目１９に記載の装置（１０）。
（項目２５）
前記プロセッサは、受信したリアルタイムの前記信号を既知のプロセス変数の記憶されたモデルに相関させて、臨界に対するマージンを計算する、項目１９に記載の装置（１０）。
（項目２６）
核分裂性物質を製造するためのプロセスにおいて、臨界に対するマージンを測定するための方法であって、
前記プロセスは、プロセス容器（１８）を使用し、
前記方法は、
中性子源（１２）からの中性子をパルス化することと、
プロセス容器（１８）に対して所定の位置に配置されたプロセス変数検出器（１６）のアレイに向けてパルス化された前記中性子をコリメートすることと、
少なくとも中性子レベル及びガンマ線放射レベルで構成されるプロセス変数を検出することであって、その検出器は、前記プロセス変数を表す信号（２４）をリアルタイムで生成する、前記検出することと、及び、
リアルタイムの前記信号をプロセッサ（２２）に送ることであって、前記プロセッサは、前記信号を既知のプロセス変数の記憶されたモデルに相関させて、臨界に対するマージンを計算する、前記送ることと、を備える、方法。
（項目２７）
さらに、前記中性子をコリメートする前に、前記中性子源からパルス化された中性子の熱的均衡を減速させることを備える、項目２６に記載の方法。
（項目２８）
前記中性子をパルス化することは、
重水素およびトリチウムの一方または両方で構成されるイオンビームを断続的に生成し、水素を溶液に取り込むことができる材料から形成されたターゲットに前記ビームを向けることによって、その核融合中性子源（１２）イオンビームを変調することを備え、
前記ターゲットは、重水素およびトリチウムの一方または両方で含浸されており、中性子を放出する、項目２６に記載の方法。
（項目２９）
前記中性子をパルス化することは、
中性子の固定源（１２）と前記コリメータ（１４）との間に挟まれる機械的シャッタを操作することを備える、項目２６に記載の方法。
（項目３０）
前記シャッタは、前記固定源（１２）から前記コリメータ（１４）への中性子の流れに対して開閉するように操作される、項目２９に記載の方法。
（項目３１）
中性子の前記固定源（１２）が、自然核分裂源としての ²⁵² Ｃｆと、（α，ｎ）中性子源とからなる群から選択され、前記（α，ｎ）中性子源はベリリウムの混合物と、プルトニウム、アメリシウム、ラジウムおよびポロニウムの高活性α粒子エミッタの混合物とからなる、項目２９に記載の方法。

Claims

核分裂性物質を製造するプロセスにおいて核分裂性成分を測定するための装置（１０）であって、
前記プロセスは、プロセス容器（１８）を使用し、
前記装置は、
中性子を生成させるための中性子生成アセンブリ（１２）と、
前記中性子生成アセンブリで生成された前記中性子を前記プロセス容器（１８）に向けて集束させるためのコリメータアセンブリ（１４）と、
前記プロセスのプロセス変数を検出するために前記プロセス容器（１８）に対して所定の位置に配置されるインタロゲーションアセンブリ（１６）であって、前記プロセス変数は、使用中における、少なくとも中性子およびガンマ放射性成分またはその不在で構成される、前記インタロゲーションアセンブリと、
インタロゲーションアセンブリから前記プロセス変数に関する入力を受け取り、検出された前記プロセス変数に基づいて、前記プロセスにおける臨界に対するマージンを計算するためのプロセッサ（２２）と、を備える、装置。
前記中性子生成アセンブリ（１２）は、電子的に変調可能な核融合中性子源と、機械的に変調可能な固定中性子源と、からなる群から選択される変調可能な中性子源を備える、請求項１に記載の装置（１０）。
前記核融合中性子源（１２）は、重水素－重水素または重水素トリチウム核融合反応の１つまたはその組合せの加速器駆動核融合源である、請求項２に記載の装置（１０）。
前記核融合中性子源（１２）は、中性子を放出する放射性崩壊をする固定材料源である、請求項２または３に記載の装置（１０）。
前記固定材料源は、自然核分裂源としての²⁵²Ｃｆと、（α，ｎ）中性子源と、からなる群から選択され、
前記（α，ｎ）中性子源は、ベリリウムの混合物と、プルトニウム、アメリシウム、ラジウムおよびポロニウムの高活性α粒子エミッタの混合物と、からなる、請求項４に記載の装置（１０）。
前記核融合中性子源は、その結晶格子内の水素同位体を吸着しやすい材料で作られているイオンビームターゲットを含む、請求項２から５のいずれか一項に記載の装置（１０）。
前記イオンビームターゲットは、ジルコニウム、チタン、イットリウム、およびパラジウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料から作られている、請求項６に記載の装置（１０）。
前記核融合中性子源（１２）は、核融合ターゲットに向けてイオンビームをパルス化する、請求項２から７のいずれか一項に記載の装置（１０）。
前記イオンビームは、重水素およびトリチウムからなる群から選択されるイオンで構成される、請求項８に記載の装置（１０）。
前記核融合ターゲット内に含まれる前記重水素または前記トリチウムは、前記イオンビームから重水素イオンまたはトリチウムイオンを吸収し、核融合し、中性子を放出する、請求項９に記載の装置（１０）。
前記固定中性子源（１２）は、機械的シャッタを操作して固定中性子源を遮断する、請求項２から１０のいずれか一項に記載の装置（１０）。
前記インタロゲーションアセンブリは、前記プロセス容器に対して所定の位置に配置された複数の検出器のアレイを備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置（１０）。
前記検出器は、中性子検出器およびガンマ線検出器からなる群から選択される、請求項１２に記載の装置（１０）。
さらに、前記中性子生成アセンブリ（１２）と前記コリメータアセンブリ（１４）との間に配置され、前記中性子生成アセンブリで生成された中性子を熱的に均等化するための減速材アセンブリ（２０）を備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置（１０）。
前記減速材アセンブリ（２０）は、原子番号が１２以下の材料で作られている、請求項１４に記載の装置（１０）。
前記減速材アセンブリ（２０）は、水、重水、ベリリウム、酸化ベリリウム、グラファイト、ポリエチレン、重水素化ポリエチレン、金属水素化物、金属重水素化物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択された材料から作られている、請求項１５に記載の装置（１０）。
前記プロセス変数は、さらに、温度、圧力、ｐＨ、流量、密度、流体レベル、不透明度、水分、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、プロセスの臨界を決定するためのプロセスパラメータを備える、請求項１から１６のいずれか一項に記載の装置（１０）。
前記プロセッサ（２２）の入力は、前記プロセス変数をリアルタイムで表す、前記インタロゲーションアセンブリ（１６）からの信号（２４）を備え、
前記プロセッサは、前記信号（２４）を既知のプロセス変数の記憶されたモデルに相関させて、臨界に対するマージンを計算する、請求項１から１７のいずれか一項に記載の装置（１０）。
核分裂性物質を製造するプロセスにおいて核分裂性成分を測定するための装置（１０）であって、
前記プロセスは、プロセス容器（１８）を使用し、
前記装置は、
変調可能な中性子源（１２）であって、
機械的に変調された固定中性子源と、
液体ターゲットを有する電子的に変調された核融合中性子源と、
水素を溶液に取り込むことができる材料から形成されたターゲットを有する電子的に変調された核融合中性子源と、からなる群から選択され、
前記ターゲットは、重水素およびトリチウムの一方または両方で含浸される、前記中性子源（１２）と、
使用中に前記ターゲットから発生する任意の中性子の方向を制御するためのコリメータ（１４）と、
プロセス変数を検出するためのプロセス容器（１８）に対して所定の位置に配置された複数の検出器のアレイ（１６）であって、前記検出器は、前記プロセス変数を表す信号（２４）をリアルタイムで生成する、前記複数の検出器のアレイと、
前記信号（２４）を受信し、検出された前記プロセス変数を臨界値に対するマージンの測定値に変換するためのプロセッサ（２２）と、を備える、装置。
前記中性子源（１２）と前記コリメータ（１４）との間に配置され、前記中性子源内に形成された中性子を熱的に均等化するための減速材（２０）をさらに備える、請求項１９に記載の装置（１０）。
前記減速材（２０）は、水、重水、ベリリウム、酸化ベリリウム、グラファイト、ポリエチレン、金属水素化物、金属重水素化物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択された材料から作られている、請求項２０に記載の装置（１０）。
前記中性子源（１２）は、その結晶格子内の水素同位体を吸着しやすい材料で作られているターゲットを含む、請求項１９から２１のいずれか一項に記載の装置（１０）。
前記ターゲットは、ジルコニウム、チタン、イットリウム、パラジウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料で作られている、請求項２２に記載の装置（１０）。
前記検出器のアレイ（１６）は、中性子検出器およびガンマ線検出器からなる群から選択される、請求項１９から２３のいずれか一項に記載の装置（１０）。
前記プロセッサは、受信したリアルタイムの前記信号を既知のプロセス変数の記憶されたモデルに相関させて、臨界に対するマージンを計算する、請求項１９から２４のいずれか一項に記載の装置（１０）。
核分裂性物質を製造するためのプロセスにおいて、臨界に対するマージンを測定するための方法であって、
前記プロセスは、プロセス容器（１８）を使用し、
前記方法は、
中性子源（１２）からの中性子をパルス化することと、
コリメータ（１４）によって、プロセス容器（１８）に対して所定の位置に配置されたプロセス変数検出器（１６）のアレイに向けてパルス化された前記中性子をコリメートすることと、
少なくとも中性子レベル及びガンマ線放射レベルで構成されるプロセス変数を検出することであって、その検出器は、前記プロセス変数を表す信号（２４）をリアルタイムで生成する、前記検出することと、及び、
リアルタイムの前記信号をプロセッサ（２２）に送ることであって、前記プロセッサは、前記信号を既知のプロセス変数の記憶されたモデルに相関させて、臨界に対するマージンを計算する、前記送ることと、を備える、方法。
さらに、前記中性子をコリメートする前に、前記中性子源からパルス化された中性子の熱的均衡を減速させることを備える、請求項２６に記載の方法。
前記中性子をパルス化することは、
重水素およびトリチウムの一方または両方で構成されるイオンビームを断続的に生成し、水素を溶液に取り込むことができる材料から形成されたターゲットに前記イオンビームを向けることによって、その核融合中性子源（１２）イオンビームを変調することを備え、
前記ターゲットは、重水素およびトリチウムの一方または両方で含浸されており、中性子を放出する、請求項２６または２７に記載の方法。
前記中性子をパルス化することは、
中性子の固定源（１２）と前記コリメータ（１４）との間に挟まれる機械的シャッタを操作することを備える、請求項２６から２８のいずれか一項に記載の方法。
前記機械的シャッタは、前記固定源（１２）から前記コリメータ（１４）への中性子の流れに対して開閉するように操作される、請求項２９に記載の方法。
中性子の前記固定源（１２）が、自然核分裂源としての²⁵²Ｃｆと、（α，ｎ）中性子源とからなる群から選択され、前記（α，ｎ）中性子源はベリリウムの混合物と、プルトニウム、アメリシウム、ラジウムおよびポロニウムの高活性α粒子エミッタの混合物とからなる、請求項２９または３０に記載の方法。