(57)【要約】      （修正有）【課題】巨大な隕石等高空高速飛翔体を、少ない核分裂性物質量で小規模な核爆発を起こさせて破壊する装置を提供する。【解決手段】推進用気体管６９の途中に付けしバルブ２６８の遠隔操作開閉により格納容器３及び補助タンク６０の各外面に固着せしめたノズル７１から外界に推進用気体６５を放出することにより高速飛翔体の進行方向で待ち受ける。固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子５０の空隙に過剰減速材核燃料溶液６１をポンプ６３により注入することにより減速材割合が最適になりkinfは最大になる。kinfが最大となった時点で中性子を発生させれば核爆発を起こす。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進用気体管（６９）の途中に付けしバルブ２（６８）の遠隔操作開閉により格納容器（３）及び補助タンク（６０）の各外面に固着せしめたノズル（７１）から外界に推進用気体（６５）を放出することにより高速飛翔体の進行方向で待ち受け、
補助タンク（６０）の中の中性子吸収材容器（６４）に内臓せる核燃料級濃縮ウランまたは核燃料級プルトニウムからなる液状または微粒子状核燃料物質にkinfが最大になるよりも過剰に液体減速材を混合せし過剰減速材核燃料溶液（６１）を
核燃料級濃縮ウランまたは核燃料級プルトニウムに微量のガドリニウムを添加したる固体状核燃料物質にkinfが最大になるよりも過少に固体減速材を混合せし棒を円柱形状格子に組み上げ格子棒の間隙は真空とした固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子（５０）の空隙にポンプ（６３）により注入することによりkinfを最大となすことにより核爆発させることを特徴とする待受式核燃料爆雷（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は人口密集地帯に落下せる物体を破壊もしくは落下地点を逸らす装置である。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、核分裂性物質組成が兵器級ではない核燃料物質（ウラン235の濃縮度が20%以下の核燃料級濃縮ウランまたは軽水炉使用済燃料中のプルトニウム組成におけるプルトニウム239割合が70%以下の核燃料級プルトニウム）を減速材と組み合わせて、少ない核分裂性物質量で小規模な核爆発を起こさせて高速飛翔体を破壊する装置である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
巨大な隕石等高空高速飛翔体が地球に落下する割合はそれ程低くなく、あり得る話である。寿命の尽きた人工衛星が落下しても被害を及ぼす可能性がある。地表に落下する前に無力化する必要がある。
巨大な隕石等高空高速飛翔体が地球の人口密集地帯に落下すると甚大な被害を及ぼす。ミサイルによる破壊は高速推進装置や精密追跡装置が高価であるし、衝突に失敗した時にも高価な装置の回収が困難である。回収して再使用したい。
高速飛翔体撃破装置を安価で回収可能なものにしたい。推進装置を安くするには、速度の遅い推進装置にすればよい。その代わり、爆発力を火薬よりも強力な核爆発力を利用すればよい。その際、核分裂性物質組成が兵器級のウラン235(U235)の濃縮度が90%以上のものやプルトニム239(Pu239)割合が90%以上のものは高価であるし、国内外から製造は許されない。原子炉の核燃料としての核燃料物質（U235の濃縮度が20%以下の濃縮ウランまたはPu239組成が軽水炉使用済燃料中の70%以下のプルトニウム）は製造や使用が許されているし、比較的安価である。核燃料としての核燃料物質の中にはU235やPu239といった核分裂性物質は少ない。少ない核分裂性物質量で小規模な核爆発を起こさせて高速飛翔体を破壊したい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
推進用気体管（６９）の途中に付けしバルブ２（６８）の遠隔操作開閉により格納容器（３）及び補助タンク（６０）の各外面に固着せしめたノズル（７１）から外界に推進用気体（６５）を放出することにより高速飛翔体の進行方向で待ち受ける。
補助タンク（６０）の中の中性子吸収材容器（６４）に内臓せる核燃料級濃縮ウランまたは核燃料級プルトニウムからなる核燃料物質に無限増倍係数（kinf）が最大になるよりも過剰に液体減速材を混合せし過剰減速材核燃料溶液（６１）を予め準備しておく。
過剰減速材核燃料溶液（６１）から離して、格納容器（３）の中に核燃料級濃縮ウランまたは核燃料級プルトニウムに微量のガドリニウムを添加した固体状核燃料物質にkinfが最大になるよりも過少に固体減速材を混合せし棒を円柱形状格子に組み上げ、格子棒の間隙は真空とした固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子（５０）を予め準備しておく。格子棒の間隙が真空であるため、中性子が増加しても外界への漏洩も多くなるため連鎖反応が進展することはない。
固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子（５０）の空隙に過剰減速材核燃料溶液（６１）をポンプ（６３）により注入することにより減速材割合が最適になりkinfは最大になる。固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子（５０）を液体にすることも考えられるが、2種類の液体を短時間に均一に混合することは困難である。それに対して、本発明では予め固体減速材と固体核燃料とを所定の割合（減速材不足）で混合した固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒を等間隔に配置しておき、そこに液体減速材と液体核燃料とを所定の割合（減速材過剰）で混合した液体状の過剰減速材核燃料溶液をポンプ（６３）により注入する訳であるから、減速材と核燃料とは速やかに最適割合に混合できる。
kinfが最大となった時点で中性子を発生させれば核爆発を起こす。
【発明の効果】
【０００５】
図1は、U235濃縮度が20%程度の濃縮ウランに炭素や水素の減速材を混合するとkinfがどのように変化するかを模式的に示した図である。減速材割合が少ない減速不足では、濃縮ウラン中に80%程度あるウラン238(U238)による中性子吸収によりkinfは小さくなる。減速材割合が程よくある減速最適では核分裂で発生した高速中性子は減速材により速度が減速されるため、大部分の中性子はU238により吸収される前に中性子速度の遅い熱中性子になってしまい、熱中性子はU235と反応して効率よく核分裂させるためkinfは大きい。一方、減速材割合が多い減速過剰では核分裂で発生した高速中性子は減速材により速度が減速され、大部分の中性子はU238により吸収される前に中性子速度の遅い熱中性子になってしまい、熱中性子はU235と反応して効率よく核分裂させるが、大量にある減速材の中性子吸収によりkinfは小さくなる。プルトニウムについても、U235がPu239に代わり、U238がPu240に代わるわけだから減速材割合による変化は前記U235の場合と同じことが言える。
固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子（５０）領域では、減速不足のためkinfは大きくはない。一方、過剰減速材核燃料溶液（６１）領域では、減速過剰のためkinfは大きくはない。
固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子（５０）領域の中に、過剰減速材核燃料溶液（６１）がポンプ（６３）により注入されると、減速材割合が程よく減速最適になるためkinfは最大になる。
したがって、注入以前ではkinfが小さく安全性が確保できるが、注入によりkinfが最大になり臨界を大きく上回るため活発な核反応が期待できる。
U235割合が100%に近いとkinfは減速材割合を増やしていけば単純に低下するため、安全性を確保するために使用前でkinfを小さくし、活発な核反応を期待するために使用直前にkinfを大きくするということはできない。
更に、U235割合が100%に近いとkinfは大きくなり巨大な核爆発を起こすから、核兵器として各国から種々の圧力がかかり、高速飛翔体を撃破するといっても許されない。これに対して、本発明では核燃料として認められている核燃料級濃縮ウランや核燃料級プルトニウムを使用するため、安全性が高くかつ、各国からの干渉が比較的少ない装置で高速飛翔体を撃破することができる。
なお、上記とは逆に固体減速材過剰混合ガドリ添加核燃料棒格子の領域の中に、過少減速核燃料溶液が注入されても、減速材割合が程よく減速最適になるためkinfは最大になる。
高速飛翔体を目掛けて撃破するわけではなく、待ち受けて撃破するため高度な推進力を必要としないから安価に製造できると共に、攻撃ではなく防御の意味合いが強いことは各国に対して余分な疑心を抱かせなくてすむ。
待ち受けに失敗した場合は、固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子（５０）領域に注入した過剰減速材核燃料溶液（６１）を元の中性子吸収材容器（６４）の中にポンプ（６３）で吸引できるため安全性が高く再利用が可能である。
着脱式ジルカロイ反射体（１）の材料としたジルコニウムは中性子を殆ど吸収しないため、ジルコニウムに衝突した中性子は反射される。したがって、系外に中性子が漏れにくく実効増倍係数（keff）を大きく保つことができる。
【０００６】
本発明により高速飛翔体が地表に落下する前に無力化する装置が提供できた。
【実施例１】
【０００７】
図２は、本発明の待受式核燃料爆雷（１００）の概観図である。ステンレス製の円筒の格納容器（３）の中に、円柱形状の固体状減速材製の固定中性子反射体（２）を充填し、次に円柱形状の固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子（５０）を充填し、最後に円柱形状の着脱式ジルカロイ反射体（１）を充填し留具（４）で格納容器（３）に固定する。核燃料存在箇所の格納容器（３）内面には中性子発生円環（１０）を敷設する。地上での保管中には着脱式ジルカロイ反射体（１）はハフニウム製中性子吸収体の円柱に置き換えている。
着脱式ジルカロイ反射体（１）は、ジルコニウム合金で作る。ジルコニウムは中性子を殆ど吸収しないため、格納容器（３）内で発生した中性子が外界に漏洩しようとするのを効率よく反射する。
着脱式ジルカロイ反射体（１）の表面には遠隔操作を受ける照準器（５）が敷設されていて高速飛翔体に照準を合わせる。
固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子（５０）は固体減速材（炭素と水素とからなるポリエチレンのような固体状の炭化水素または炭素や水素を多く含む固体状の有機化合物）中に核燃料級濃縮ウランや核燃料級プルトニウムの金属や酸化物や炭化物にガドリニウムを微量に添加した固体状核燃料物質を含有させた棒を円柱形状格子に組み上げている。
中性子が炭素または水素と衝突すると速さが遅くなる。炭素や水素は減速材と呼ばれる。速さが遅い中性子を熱中性子と呼ぶ。U235やPu239といった核分裂性物質は熱中性子により激しく核分裂する。ちなみに、十分な量の減速材中に核分裂性物質を含有させると、熱中性子に対するU235の核分裂断面積は600バーン程度、捕獲断面積は100バーン程度、核分裂当たりの中性子放出数は2.4個程度であるからkinfは2.4X( 600 / ( 600+100 ) ) = 2.0となり、減速材の中性子吸収を考慮してもkinfは臨界値1.0以上の1.8程度になる。
固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子（５０）は熱中性子は少ないから固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子（５０）のkinfは1.8を大きく下回り周囲への中性子漏洩を考慮したkeffは更に小さくなるから大きな核爆発が生じる恐れがない。
ガドリニウムの熱中性子吸収断面積は数万バーン（Gd155は6万バーン、Gd157は20万バーン）と非常に大きいため固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子（５０）のkinfは小さくなり急激な連鎖反応が生じる恐れがない。
固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子（５０）の格子棒の間隙に万一減速材が侵入して減速材割合が最適になっても、ガドリニウムは中性子速度の遅い中性子ほど強く吸収する性質があるため、万一減速材が侵入して減速が過剰になろうともkinfは1.0を大きく上回ることがないため安全性が保てるのである。
中性子発生円環（１０）はアメリシウム円環（１１）とベリリウム円環（１３）との間にアルミニウム円環（１２）を挟んだものである。中性子発生円環（１０）はアメリシウム円環（１１）部を格納容器（３）内面側にして格納容器（３）内面に貼り付ける。アメリシウムから放出されているα線はアルミニウムに遮断されるためベリリウムには届かず中性子を発生させることはない。アルミニウムをフラッシュの様に通電で燃焼させ除去すればα線はベリリウムに衝突しベリリウムから中性子を放出させる。
格納容器（３）の後部にはステンレス製の補助タンク（６０）を敷設する。補助タンク（６０）の中は窒素ガスのような推進用気体（６５）が充填してある。補助タンク（６０）の中に中性子吸収材容器（６４）を敷設し、この中には過剰減速材核燃料溶液（６１）が入っている。中性子吸収材容器（６４）からは核燃料配管（６７）が固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子（５０）の空隙に通じている。核燃料配管（６７）の途中にはバルブ１（６６）とポンプ（６３）とが敷設されている。
過剰減速材核燃料溶液（６１）は液体減速材（炭素と水素とからなるオクタンのような液体状の有機溶媒または炭素や水素を多く含むエチルアルコールのような液体状の有機溶媒または軽水や重水）中に核燃料級濃縮ウランの硫酸ウラニルや硝酸ウラニルや燐酸ウラニルや核燃料級プルトニウムの硝酸プルトニウムといった液状核燃料物質を液体減速材に混合したものまたは核燃料級濃縮ウランや核燃料級プルトニウムの酸化物微粒子といった微粒子状核燃料物質を液体減速材に懸濁したものからなる。
液体減速材の量はkinfが最大になる量よりも多めにしてあるためkinfは1.8を大幅に下回る。その上、周りが中性子吸収材容器（６４）であるため過剰減速材核燃料溶液（６１）を充満した中性子吸収材容器（６４）のkeffは1.0以下であるから連鎖反応は生じない。    
中性子吸収材容器（６４）の材質はステンレスにホウ素を添加したボロンサスまたはアルミニウムにホウ素を添加したボラルがよい。
バルブ１（６６）を開けると過剰減速材核燃料溶液（６１）がポンプ（６３）に押されて核燃料配管（６７）を通り固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子（５０）の空隙部を充満させる。バルブ１（６６）は直ちに閉じる。その結果、固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子（５０）の中は核燃料と減速材とが追加されることになりkinfは1.8近傍になりkeffも1.0を大幅に上回る。すなわち、kinf最大になる減速材よりも少ない割合にした固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子（５０）と、kinf最大になる減速材よりも多い割合にした過剰減速材核燃料溶液（６１）とが一体になった時に減速材と核燃料との割合が最適になり一体化したkinfは1.8近傍になる。特に、減速材に含まれる水素を重水素にすればkinfは更に大きくなる。
中性子発生円環（１０）のアルミニウムに通電しフラッシュの様に燃焼除去し、アメリシウムからのα線をベリリウムに衝突させ中性子を放出させれば急激な連鎖反応が始まる。
核分裂反応が開始されるとガドリニウムは急速に燃焼消滅するためkinfは急激に上昇する。また、ガドリニウムの存在は注入の途中でのkinfの急激な増大を抑制するため、kinf増大の途中で急激な連鎖反応が開始されるのを抑制し、注入が終了して中性子発生円環（１０）から大量の中性子が放出されることによりガドリニウムが更に急速に燃焼消滅（U235の核分裂断面積は600バーン程度、捕獲断面積は100バーン程度に比べてガドリニウムの捕獲断面積は数万バーン）するためkinfは急激に上昇する。
核分裂で生じた熱は格納容器（３）内に蓄積され減速材や核燃料を急激に気化させるため内圧が急上昇する。格納容器（３）は内圧に抗しきれずに破裂する。
核燃料配管（６７）を多数本にすれば、固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子（５０）への注入が瞬時に行われるためkinf増大の途中で連鎖反応が開始され小さな核爆発で終わってしまう恐れがない。
格納容器（３）の位置制御は、補助タンク（６０）から出ている推進用気体管（６９）の途中に敷設するバルブ２（６８）を遠隔操作により開閉して行う。推進用気体管（６９）を出た気体は格納容器（３）及び補助タンク（６０）の外面に固着せしめたノズル（７１）から外界に放出されその反作用で格納容器（３）は上下左右に移動することができる。遠隔操作を受ける照準器（５）が照準を合わせた高速飛翔体を待ちうければよい。
爆発させなかった待受式核燃料爆雷（１００）は回収し、過剰減速材核燃料溶液（６１）をポンプ（６３）により中性子吸収材容器（６４）に戻すのは容易になる。
核燃料級プルトニウムを使用する場合は、核燃料級プルトニウムには自発中性子を放出するプルトニウム２４０(Pu240)が比較的多く含まれているため、keffが十分高まる前に連鎖反応が開始されるから瞬時的急激な核分裂は期待できないから、兵器には向かないことが諸外国に対して不安視されない要因になる。
【実施例２】
【０００８】
本発明の待受式核燃料爆雷（１００）を無人遠隔操作のロケット推進機やジェット推進機に搭載し、それを大型輸送機から発射するようにすれば命中精度は更に向上する。
【産業上の利用可能性】
【０００９】
高空の他に海水中での未確認の高速移動体を待ち受け撃破することもできる。
本発明の装置が兵器に応用されると危惧することもあろう。しかし、肉切包丁や手術用メスが殺人に利用され毎年多数の死傷者が出ている事実と比べると、肉切包丁や手術用メスに比べて核燃料の管理は行き届いていることから本発明の装置が兵器に利用されることはないと考えられる。
本発明の核燃料級濃縮ウランや核燃料級プルトニウムであれば核拡散問題に抵触しないから実現性が高い。
なお、待受式核燃料爆雷（１００）を高速飛翔体に密着させてじっくり焼き上げ溶融させることも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】濃縮度が20%程度の濃縮ウランに減速材を混合すると無限増倍係数kinfがどのように変化するかを模式的に示した図。
【図２】本発明の待受式核燃料爆雷（１００）の概観図。
【符号の説明】
【００１１】
１は着脱式ジルカロイ反射体。
２は固定中性子反射体。
３は格納容器。
４は留具。
５は照準器。
１０は中性子発生円環。
１１はアメリシウム円環。
１２はアルミニウム円環。
１３はベリリウム円環。
５０は固体減速材過少混合ガドリ添加核燃料棒格子。
６０は補助タンク。
６１は過剰減速材核燃料溶液。
６３はポンプ。
６４は中性子吸収材容器。
６５は推進用気体。
６６はバルブ１。
６７は核燃料配管。
６８はバルブ２。
６９は推進用気体管。
７１はノズル。
【図１】
2010117059.tif 000003
【図２】
2010117059.tif 000004