(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームの照射領域が高原子番号及び高融点の材料からなる円板形ターゲットを、該電子ビームに平行な軸の回りに回転させる電子ビーム照射装置において、
前記ターゲットを囲繞するケーシングと該ケーシングの一側面に接続された冷却配管とが一体的に回転自在に設けられ、該冷却配管が磁性流体シールを介して冷却水給配管に接続され、該ケーシングは電子ビームを通過させる円環状部分を備えていることを特徴とする電子ビーム照射装置。
【請求項２】
前記ケーシングの材料が、前記ターゲットの電子ビーム照射領域の材料と同一であることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム照射装置。
【請求項３】
電子ビームの照射領域が高原子番号及び高融点の材料からなる円板形ターゲットを、該電子ビームに平行な軸の回りに回転させる電子ビーム照射装置において、
前記ターゲットの円周方向に分割された電子ビーム照射領域が、該電子ビーム照射領域に対し半径方向内側の部材と半径方向外側の部材により緩く嵌合支持されており、
前記ターゲットを囲繞するケーシングと該ケーシングの一側面に接続された冷却配管とが一体的に回転自在に設けられ、該冷却配管が磁性流体シールを介して冷却水給配管に接続され、該ケーシングは電子ビームを通過させる円環状部分を備えていることを特徴とする電子ビーム照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加速電子ビームをターゲットに照射して、陽電子のような素粒子乃至放射線を発生させる電子ビーム照射装置に関し、特にそのターゲットの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子線加速器により電子ビームを加速し、これをタンタルなどのターゲットにぶつけて陽電子を発生させることが行われている。このような電子ビーム照射装置乃至陽電子発生装置の概念構造の一例が図９に示されている。これを概説すると、ステンレス鋼の層や水の層からなる遮蔽構造体の内部に形成され、且つヘリウムガスにより満たされたチャンバ１の中に、ターゲットとなる回転コンバータ３及びモデレータ５などが設けられている。更に、加速電子ビームを導く導入管７及び陽電子引抜管９等が遮蔽構造体を貫いて内外に延びている。回転コンバータ３は後述するように複数のタンタル円板から形成される。このような回転コンバータ３は配管１１、１３を通る水によって駆動される水車１５によって回転され、更には冷却水管１７を流れる冷却水により冷却される。導入管７に連絡した電子ビーム導入ラインは内部が高真空であり、そこから導入された加速電子ビームは導入窓１９を透過して回転コンバータ３にぶつけられる。そして、発生された陽電子はモデレータ５内で減速、集荷されて、陽電子引抜管９から取り出される。モデレータ５の内部及び陽電子引抜管９に連なる導出ラインも内部が高真空になっている。
【０００３】
図１０に回転コンバータ３と同様な回転コンバータ２１及び周辺の構造が分解立体図として示されている。この回転コンバータ２１は、回転コンバータ３とは駆動方式が異なるが、基本的には同じ構造である。即ち、回転コンバータ２１は８枚程度のタンタル円板２１ａの組立体として構成されていて、このタンタル円板２１ａは薄肉、例えば１ｍｍ程度の厚さ、となっている。そして、組立体の両端のタンタル円板２１ａにはピボット式回転軸２１ｂが突設され、更に冷却パスが隣接するタンタル円板２１ａの間に形成されている。これらのピボット式回転軸ｂは、ケーシングの一部をなす前後の支持円板２３、２５に回転自在に支持されている。支持円板２３、２５は固定されているが、それぞれには電子ビーム導入窓２３ａ又は陽電子・光子出射窓２５ａが形成されている。このように、回転コンバータ２１が多数のタンタル円板２１ａから構成されるのは熱負荷を分散して多くの陽電子を発生させるためである。詳言すると、冷却水管２７から流れ込んだ冷却水が、タンタル円板２１ａの間に形成された冷却パスを流れて電子ビーム照射部を冷却すると共に、回転コンバータ２１を駆動、回転することとしている（前述の回転コンバータ３は、別体の水車で回転される。）。このようにして、回転するタンタル円板２１ａに、電子ビーム導入窓２３ａから加速電子ビームを照射すると、照射部で陽電子が発生し、発生した陽電子が陽電子・光子出射窓２５ａを通って出て行く。このため、陽電子発生場所はタンタル円板２１ａ上の一カ所に集中せず、回転につれて照射部が円周方向に移動して熱負荷が分散される。
【０００４】
図９及び図１０における回転コンバータ３、２１では、電子ビームの照射を受けるタンタル円板が回転して、照射部乃至陽電子発生部即ち発熱部は移動して固定されないようになっているが、ケーシング乃至支持板は固定されているから、電子ビーム導入窓には常時電子ビームが当たり、更にヘリウムガスに接する片面が断熱条件の苛酷な熱的条件下にある。このため、導入窓は熱的に強いチタン合金膜製としている。而して、チタン合金を使用しても、導入窓の厚さを薄くしないと発熱量が大きくなって熱的に耐えられないから、チタン合金膜は、例えば０．０３ｍｍ（３０ミクロン）と言った極薄肉としている。因に、図１１に導入窓の厚さを変えた場合の温度上昇の例を示している。（ａ）図はチタン合金膜の肉厚が０．０３ｍｍ（３０ミクロン）の場合の温度上昇時刻歴を示し、（ｂ）図はチタン合金膜の肉厚が０．３ｍｍ（３００ミクロン）の場合の温度上昇時刻歴を示しており、照射条件は同じである。図から分かるように、前者では温度上昇は５００°Ｋであって実用可能であるが、後者では温度上昇が４０００°Ｋ以上となって実用不可能であることが理解できよう。
そして、このように極薄肉のチタン合金膜をビーム導入窓に使用する場合、平板状では冷却水の水圧に耐えられないから、例えば図１２に示すように、チタン合金製の電子ビーム導入窓２３ａ及び陽電子・光子出射窓２５ａを半球殻状としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、ケーシング乃至支持板のビーム導入窓を半球殻状のチタン合金膜とすると、熱的条件を満足し且つ水圧にも耐えられるのであるが、図１２からも明らかなように、半球状の冷却水溜まりが生じ、電子導入窓２３ａとタンタル円板２１ａとの間の水の層の厚さが大きくなる。このため、電子ビームを減衰してタンタル円板２１ａに照射される電子ビームの強さを小さくし、陽電子発生能力を低下すると言う問題を生ずる。
更に、前述のようにタンタル円板を回転することにより電子ビームの照射部が円周方向に移動して熱負荷を分散するとしても、尚、熱的には厳しい条件下にある。因みに、回転速度が約９０ｒｐｍ、電子ビームラインは回転中心から１９０ｍｍ偏心した位置にあり、表面熱伝達係数が２，１００Ｗ／ｍ２Ｋの場合の回転タンタル円板の温度履歴を示す。図に示されるように、２秒間に約３回、２５０℃程度の温度変化を繰り返し受けており、熱的にかなり厳しい条件下にある。
従って、本発明の目的は、陽電子発生効率の低下を生ぜずに且つ装置全体を大型化せずにコンパクトに維持しつつ加速電子ビームのターゲットとなる回転コンバータの熱的負荷を緩和・軽減した電子ビーム照射装置を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
如上の課題を解決するため、本発明によれば、電子ビームの照射領域が高原子番号及び高融点の材料からなる円板形ターゲットを、その電子ビームに平行な軸の回りに回転させる電子ビーム照射装置において、前記ターゲットとこれを囲繞するケーシングとが一緒に回転するように構成される。
【０００７】
ターゲットを冷却する冷却配管は二重管として構成され、遮蔽構造体乃至自己遮蔽体の壁を気密に貫いて設置される。自己遮蔽体には加速電子ビームを導く加速管等の導入管が貫設され、対応してケーシングには電子ビームを通過させる円環状部分が形成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。先ず図２を参照して電子ビーム照射装置の陽電子発生部の全体構造を説明する。電子ビーム照射装置３０のチャンバ３１はヘリウムガスで満たされるが、これは自己遮蔽体３３の内側ステンレス鋼層３３ａ，外側ステンレス鋼層３３ｂ及び中間の水層３３ｃによって囲まれている。内側及び外側のステンレス鋼層３３ａ，３３ｂは、図示しない連結部材により強固に連結され、水層３３ｃ用の空間を確保している。従って、陽電子の発生に際し出てくる放射線の透過及び漏出が防止される。
【０００９】
チャンバ３１の中には、回転コンバータ３５とそのケーシング３７及びモデレータ３９が図示しないマウントを介して設置されている。そして、モデレータ３９に整列した電子ビーム導入管４１が自己遮蔽体３３を気密に貫通してケーシング３７に接続し、更に陽電子引抜管４３がモデレータ３９に接続し、自己遮蔽体３３を貫いて延出している。ケーシング３７には又、入口配管４５及び出口配管４７が接続されて水が流れ、回転コンバータ３５の駆動用水車４９を回転するようになっている。更にケーシング３７には、冷却水の供給管５１及び排出管５３が接続し、後述の構成の回転コンバータ３５を冷却するようになっている。
【００１０】
回転コンバータ３５は、８枚の円板を従来のものと同様に軸方向に間隔を置いて組み立てて構成されているが、その円板の構造を図１、図３及び図４を参照して説明する。図１に示された円板６０において、軸部の図示が省略されたタンタル製内側円板６１の外円周部に円周角が約３０度の弧状部材、即ちタンタル製弧状ターゲット６３が並んで組み付けられている。弧状ターゲット６３の円周方向端部は、図４に示すように段付き加工され、互いにオーバーラップされている。更に図３に示すように、内側円板６１の外周には溝が形成されていて、これに各弧状ターゲット６３の内周端が緩く嵌合している。弧状ターゲット６３の外周側は、円周方向に４分割された外環６５により囲まれているが、この外環６５の構成部材は、共明けされた穴にそれぞれ挿入された４本の止めビス６７により一体的に連結されている。図３に示すように、外環６５と弧状ターゲット６３との嵌合関係は、内側円板６１と弧状ターゲット６３とのそれと同じであり、前述の嵌合は過大な熱応力が発生しないように、がたつかない程度に緩くするのが良い。尚、内側円板６１及び外環６５は、ＳＵＳ等のステンレス鋼で製作しても良く、この場合はリング状ターゲットとなる弧状ターゲットの半径方向幅を相対的に大きく設定するのが良い。
【００１１】
次に、上述のような構造の電子ビーム照射装置３０の作用を説明する。図２を参照するに、入口配管４３から駆動水が供給されて水車４９が回転し、回転コンバータ３５を回転する。そして用済みの水は出口配管４７から出ていく。同時的に供給管５１からケーシング３７に流入した冷却水は、回転コンバータ３５の円板６０の間の冷却パスを流れ、高温部を冷却し排出管５３から流出する。図示しない加速器で加速された電子ビームは、導入管４１を通ってケーシング３７の導入窓を透過し、回転コンバータ３５の円板６０の弧状ターゲット６３にぶつかり、陽電子を発生させる。発生した陽電子はモデレータ３９により減速、集荷された後、陽電子引抜管５１から導出される。前述のように、回転コンバータ３５は回転しているから、電子ビームがぶつかる部分、即ち電子ビーム照射部は環状となる。そして、弧状ターゲット６３上の発熱部は円周方向に移動循環するが、これは前述の冷却水により適切に冷却される。一方、温度上昇により弧状ターゲット６３が熱膨張しても、緩い嵌合により不必要に変位が拘束されないから熱負荷が軽減される。
【００１２】
前述の実施形態においては、タンタル製円板のみを回転し、ケーシングを固定していたが、次に電子ビーム導入窓を含むケーシングとタンタル製円板とを一緒に回転するように構成した別の実施形態を説明する。
図５及び図６を参照するに、電子ビーム照射装置７０のチャンバ７１は、前述と同様な自己遮蔽体７３に囲まれているが、ヘリウムガスは満たされておらず、１０−７Ｔｏｒｒ程度の真空に維持されるようになっている。そして、チャンバ７１内にはモデレータ７５が静止して設けられ、一方、回転コンバータ８０が後述するように回転自在に設けられている。モデレータ７５は後述する電子ビーム導入管に整列しているが、更に自己遮蔽体７３を気密に貫く陽電子引抜管７７がモデレータ７５の出口に整列して、チャンバ７１に開口している。
【００１３】
その回転コンバータ８０を回転し、且つ冷却するための二重管９０が自己遮蔽体７３を貫いて設けられている。二重管９０の外側管９１の内端は回転コンバータ８０のケーシングに連結され、更に自己遮蔽体７３に軸受７９を介して回転自在に支持されている。一方、内側管は外側管９１内に同軸的に配置されており、自己遮蔽体７３の外側で入口配管９３に連絡している。入口配管９３は自己遮蔽体７３に固定された支持台１０３に支持されている。更に自己遮蔽体７３に貫設された支持管９５には磁性流体シール９７が取り付けられ、外側管９１の外周をシールし、更に外側管９１の外端に固定されたプーリー９９が、モーター１０１に駆動されるようになっている。外側管９１と内側管とは連続アダプタ１０５により連結され、更に外側管９１は固定の出口配管１０７に連絡している。又、出口配管１０７にはクイックカプラ１０９が接続している。
【００１４】
次に図７を参照して回転コンバータ８０の構造を説明する。図において、厚さ１ｍｍのタンタル製円板８１が８枚、図示しないリブ状部材により所定の間隔を置いて互いに連結されている。このようにして、タンタル製円板８１の相互間に冷却パスを形成している。これらのタンタル製円板８１を囲むように、円板形ケーシング８３，８５が向かい合わせに接合され、外部の真空雰囲気と内部の冷却水空間とを区画している。ケーシング８３、８５はチタン合金で製作され、電子ビームが通る部分はタイヤチューブ型のトーラス殻８３ａ、８５ａを形成している。図から分かるように、トーラス殻８３ａ、８５ａの部分は、ケーシング８３、８５の他の部分より薄肉で形成されているが、内部の水圧、例えば約３Ｋｇ／ｃｍ２、に耐えられる範囲で材料強度を考慮して肉厚が設定される。尚、ケーシング８３、８５の材料はチタン合金でなくタンタルでも良いが、その場合は肉厚等の細部の構成は変わる。図示はされていないが、ケーシング８３、８５も、タンタル製円板８１とはリブなどで連結されている。更に、ケーシング８５の側面には、前述の二重管９０に連絡した冷却水導管１１１，１１３が接続され、ケーシング８５、８３内に冷却水が供給されるようになっている。
【００１５】
再び、図５を参照するに、二重管９０と平行に且つモデレータ７５に整列して電子ビームの導入管１２１が設けられている。尚、回転コンバータ８０、二重管９０、モデレータ７５及び導入間２１などの相互の関係が図８の分解立体図に示されている。
【００１６】
以上のような構造を有する電子ビーム照射装置７０の作用を説明すると、運転に際してはモーター１０１により二重管９０を介して回転コンバータ８０を回転すると共に、二重管９０を介して回転コンバータ８０のケーシング８３、８５の内部に冷却水を供給する。図示しない加速器からの加速電子ビームは、導入管１２１を通ってチャンバ７１内に入射するが、図７の２点鎖線で囲まれた位置で、回転コンバータ８０に入る。即ち、ケーシング８５のトーラス殻８５ａを透過し、タンタル製円板８１に次々に衝突し、陽電子を発生させる。発生した陽電子はケーシング８３のトーラス殻８３ａを通り、モデレータ７５に入って減速、集荷され、陽電子引抜管７７から引き出される。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１乃至請求項３の発明によれば、ターゲットと共にこれを取り囲むケーシングも回転するので、ケーシングの電子ビーム透過部も順次円周方向に移動する。このため、過大な温度上昇が防止され、ケーシングの電子ビーム透過部の肉厚を、内部圧力に十分耐える大きさとしても、過大な熱負荷の発生が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の要部を示す部分側面図である。
【図２】前記実施形態の全体構造を示す立断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿う部分断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶに沿う部分断面図である。
【図５】本発明の別の実施形態の全体構造を示す立断面図である。
【図６】前記別の実施形態を示す横断面図である。
【図７】前記別の実施形態の要部を示す部分拡大図である。
【図８】前記別の実施形態の要部の全体配置を示す分解立体図である。
【図９】従来装置の全体構造を概念的に示す立面図である。
【図１０】従来装置の一部を示す分解立体図である。
【図１１】従来装置の問題点を説明するためのグラフである。
【図１２】従来装置の他の部分を示す分解立体図である。
【図１３】従来装置の問題点を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
３０  電子ビーム照射装置
３１  チャンバ
３３  自己遮蔽体
３５  回転コンバータ
３７  ケーシング
３９  モデレータ
４１  電子ビーム導入管
４３  陽電子引抜管
４５  入口配管
４７  出口配管
４９  水車
５１  供給管
５３  排出管
６０  円板
６１  内側円板
６３  弧状ターゲット
６５  外環
６７  止めビス
７０  電子ビーム照射装置
７１  チャンバ
７３  自己遮蔽体
７５  モデレータ
７７  陽電子引抜管
７９  軸受
８０  回転コンバータ
８１  円板
８３、８５  ケーシング
９０  二重管
９１  外側管
９３  入口配管
９５  支持管
９７  磁性流体シール
９９  プーリー
１０１  モーター
１０３  支持台
１０５  連続アダプタ
１０７  出口配管
１０９  クィックカプラ
１１１、１１３  冷却水導管
１２１  導入管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003553406.tif 000009
【図９】
0003553406.tif 000010
【図１０】
0003553406.tif 000011
【図１１】
0003553406.tif 000012
【図１２】
0003553406.tif 000013
【図１３】
0003553406.tif 000014