(57)【要約】【課題】中性子の運動方向をコントロールして所望の場所に中性子を効率良く集めることができるようにする。【解決手段】中性子が中性子散乱体２へと至って散乱する際に、中性子散乱体２の回転運動を介して中性子に運動量が与えられるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子が中性子散乱体へと至って散乱する際に、前記中性子散乱体の回転運動を介して前記中性子に運動量が与えられることを特徴とする中性子の散乱方向の制御方法。
【請求項２】
中性子発生体として原子炉から取り出された使用済燃料が用いられることを特徴とする請求項１記載の中性子の散乱方向の制御方法。
【請求項３】
前記中性子散乱体が黒鉛で形成されることを特徴とする請求項１記載の中性子の散乱方向の制御方法。
【請求項４】
前記中性子が−１５０ ℃ 以下まで冷却されることを特徴とする請求項１記載の中性子の散乱方向の制御方法。
【請求項５】
中性子を発生させる中性子発生体と、前記中性子を散乱させる中性子散乱体と、当該中性子散乱体を回転運動させるための駆動源とを有し、前記駆動源によって前記中性子散乱体を回転運動させて前記中性子に運動量を与えることを特徴とする中性子の散乱方向の制御機構。
【請求項６】
前記中性子発生体が原子炉から取り出された使用済燃料であることを特徴とする請求項５記載の中性子の散乱方向の制御機構。
【請求項７】
前記中性子散乱体が黒鉛で形成されることを特徴とする請求項５記載の中性子の散乱方向の制御機構。
【請求項８】
前記中性子が−１５０ ℃ 以下まで冷却されることを特徴とする請求項５記載の中性子の散乱方向の制御機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子の散乱方向の制御方法及び制御機構に関する。さらに詳述すると、本発明は、例えば原子炉から取り出された使用済燃料から発生する中性子を中性子ラジオグラフィや中性子回折分析などに利用するために中性子ラジオグラフィなどを行う照射場へと中性子を集める際に用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
中性子ラジオグラフィや中性子回折分析などのために中性子の照射場の利用が行われている。この照射場は、研究用原子炉や高エネルギー加速器が必要であり（特許文献１）、利用できる中性子の照射場は限られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０８１２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方で、原子力発電所の使用済燃料は我が国の発電所に計１万トン以上保管されており、使用済燃料は自発性核分裂などによって多くの中性子を発生するものの、使用済燃料から発生する中性子は広く拡散するため、中性子の照射場としては利用されていない。
【０００５】
このように例えば原子炉から取り出された使用済燃料から発生する中性子を利用する場合のように、特定の方向性を持たないような中性子を利用する上では、例えば照射場のような特定の場所に中性子を効率良く集めるため、中性子の運動方向をコントロールする技術が必要とされる。
【０００６】
そこで、本発明は、中性子の運動方向をコントロールして所望の場所に中性子を効率良く集めることができる中性子の散乱方向の制御方法及び制御機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するため、本発明の中性子の散乱方向の制御方法は、中性子が中性子散乱体へと至って散乱する際に、中性子散乱体の回転運動を介して中性子に運動量が与えられるようにしている。
【０００８】
また、本発明の中性子の散乱方向の制御機構は、中性子を発生させる中性子発生体と、中性子を散乱させる中性子散乱体と、当該中性子散乱体を回転運動させるための駆動源とを有し、駆動源によって中性子散乱体を回転運動させて中性子に運動量を与えるようにしている。
【０００９】
したがって、これらの中性子の散乱方向の制御方法や中性子の散乱方向の制御機構によると、中性子が中性子散乱体へと至って散乱する際に中性子散乱体の回転運動によって中性子に所定の向きの運動量が与えられることにより、中性子の散乱方向がコントロールされる。
【００１０】
本発明の中性子の散乱方向の制御方法は中性子発生体として原子炉から取り出された使用済燃料が用いられるようにしても良く、また、本発明の中性子の散乱方向の制御機構は中性子発生体が原子炉から取り出された使用済燃料であるようにしても良い。これらの場合には、原子炉から取り出された使用済燃料から発生する中性子を例えば中性子ラジオグラフィや中性子回折分析などへと供される種々の機序において使用する中性子として利用する仕組みが実現され得る。
【００１１】
本発明の中性子の散乱方向の制御方法や中性子の散乱方向の制御機構は、中性子散乱体が黒鉛で形成されるようにしても良い。この場合には、黒鉛の中性子散乱効果が大きいため、中性子散乱体による中性子の反射・散乱が適切に行われる。
【００１２】
本発明の中性子の散乱方向の制御方法や中性子の散乱方向の制御機構は、中性子が−１５０ ℃ 以下まで冷却されるようにしても良い。この場合には、中性子散乱体の温度が非常に低い温度であるようにしているので、中性子が中性子散乱体へと至って散乱する際に中性子の熱が奪われて中性子の熱運動量が低下して中性子の速度が遅くなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の中性子の散乱方向の制御方法や中性子の散乱方向の制御機構によれば、中性子の散乱方向をコントロールすることができるので、中性子の散乱方向を所望の場所へと向かう方向にコントロールすることによって中性子を所望の場所へと集めることが可能になる。
【００１４】
本発明の中性子の散乱方向の制御方法や中性子の散乱方向の制御機構は、原子炉から取り出された使用済燃料を用いるようにした場合には、使用済燃料から発生する中性子を種々の機序において利用することができるので、使用済燃料の有効活用が可能になる。
なる。
【００１５】
本発明の中性子の散乱方向の制御方法や中性子の散乱方向の制御機構は、中性子散乱体が黒鉛で形成されるようにした場合には、中性子散乱体による中性子の反射・散乱を適切に行うことができるので、中性子の散乱方向のコントロールを適切に行うことが可能になり、延いては、中性子を所望の場所へと的確に集める、言い換えると中性子の集合の効率を向上させることが可能になる。
【００１６】
本発明の中性子の散乱方向の制御方法や中性子の散乱方向の制御機構は、中性子が冷却されるようにした場合には、中性子の熱運動量が低下して中性子の速度が遅くなり、中性子の速度が遅くなると相対的に中性子散乱体の回転速度を遅くすることができるので、中性子の散乱方向のコントロールを容易にすることが可能になり、延いては、中性子を所望の場所へと集め易くする、言い換えると中性子の集合の効率を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る中性子の散乱方向の制御方法や中性子の散乱方向の制御機構の概念を説明する模式図であり、図２のＩ−Ｉ線で切断した状態を示す横断面図である。
【図２】図１のII−II線で切断した状態を示す縦断面図である。
【図３】中性子の運動ベクトルの計算方法を説明する図である。
【図４】モンテカルロ法のコードによる計算体系を示す図である。
【図５】ブラッグ散乱の原理を説明する図である。
【図６】使用済燃料の貯蔵施設への適用例の概念を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、単位であることを明確にするため、単位を［  ］で括って表記する場合がある。
【００１９】
図１乃至図５に、本発明に係る中性子の散乱方向の制御方法及び中性子の散乱方向の制御機構の実施形態の一例を示す。
【００２０】
本実施形態の中性子の散乱方向の制御方法は、中性子が中性子散乱体２へと至って散乱する際に、中性子散乱体２の回転運動を介して中性子に運動量が与えられるようにしている。
【００２１】
上記中性子の散乱方向の制御方法は、本発明の中性子の散乱方向の制御機構として実現される。本実施形態の中性子の散乱方向の制御機構１０は、中性子を発生させる中性子発生体１と、中性子を散乱させる中性子散乱体２と、当該中性子散乱体２を回転運動させるための駆動源としての駆動装置４とを有し、駆動装置４によって中性子散乱体２を回転運動させて中性子に運動量を与えるようにしている。
【００２２】
収納室８は、中性子発生体１を格納しつつ、本発明に係る中性子の散乱方向の制御機構１０の組立てを構造的に支えるものである。
【００２３】
収納室８を構成する壁８Ａ，８Ｂや床部８Ｃ及び天井部８Ｄは、全て、中性子を散乱させる材料、言い換えると、中性子を吸収せずに反射する材料（即ち、入射してきた中性子を全く吸収することなく若しくは殆ど吸収することなく散乱させる／反射する材料、或いは、入射してきた中性子のうちの一部を吸収するものの一部を散乱させる／反射する材料）によって形成されることが好ましい。
【００２４】
収納室８の壁８Ａ，８Ｂや床部８Ｃ及び天井部８Ｄを形成する材料として、具体的には例えば、炭素系材料，アルミニウム系材料，又はコンクリートが用いられ得る。
【００２５】
本発明における炭素系材料としては、炭素(Ｃ)の単一元素材料（「炭素材料」と呼ぶ），炭素化合物，及び炭素材料や炭素化合物が組み合わされて形成された炭素系複合材料が含まれる。
【００２６】
本発明における炭素系材料としての炭素材料としては、具体的には例えば、黒鉛が挙げられる（但し、本発明における炭素材料は黒鉛には限定されない）。
【００２７】
本発明における炭素系材料としての炭素化合物としては、具体的には例えば、炭化ケイ素(ＳｉＣ)が挙げられる（但し、本発明における炭素化合物は炭化ケイ素には限定されない）。
【００２８】
本発明における炭素系材料としての炭素系複合材料としては、具体的には例えば、炭素繊維強化セラミックスが挙げられる（但し、本発明における炭素系複合材料は炭素繊維強化セラミックスには限定されない）。
【００２９】
本発明におけるアルミニウム系材料としては、アルミニウム(Ａｌ)の単一元素材料（「アルミニウム材料」と呼ぶ），アルミニウム化合物，及びアルミニウム材料やアルミニウム化合物が組み合わされて形成されたアルミニウム系複合材料が含まれる。
【００３０】
中性子発生体１は、中性子を発生させて本発明に係る機序・仕組みにおける中性子発生源として機能するものであり、中性子発生物質を含むものとして構成されて形成される。
【００３１】
中性子発生物質は、特定の種類の材料・材質に限定されるものではなく、例えば所望の中性子束が得られることが考慮されるなどした上で、適当な材料・材質が適宜選択される。中性子発生物質としては、具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、原子炉から取り出された使用済燃料が用いられ得る。
【００３２】
中性子発生物質として原子炉から取り出された使用済燃料が用いられる場合には、例えば、使用済燃料が「キャニスタ」や「使用済燃料キャニスタ」などと呼ばれる薄肉円筒容器に収容された状態で中性子発生体１として用いられることが考えられる。
【００３３】
使用済燃料が用いられる場合には、使用済燃料の自発性核分裂などによって発生する中性子が利用される。なお、使用済燃料がキャニスタ／使用済燃料キャニスタに収容される場合でも、使用済燃料から発生する中性子はキャニスタ／使用済燃料キャニスタを通過して当該キャニスタの外部へと放射・放出される。
【００３４】
使用済燃料が用いられる場合には、キャニスタ／使用済燃料キャニスタを収納する貯蔵施設（更に言えば、施設の躯体など）が本発明における収納室８を構成する構造体に相当したり、或いは、キャニスタ／使用済燃料キャニスタを収納する貯蔵施設内の空間に収納室８に相当する構造が作り立てられたりする。
【００３５】
ここで、ウラン１［ｔ］の使用済燃料から毎秒約１０9個の中性子が発生する。１０［ｔ］収容の使用済燃料キャニスタから発生する中性子（即ち、毎秒約１０10個）のうちの１００分の１を１［ｍ2］の面積に集めることができれば、毎秒約１０4［個／ｃｍ2］の中性子束が得られる。
【００３６】
例えば中性子ラジオグラフィに必要な中性子束は毎秒１０4〜１０6［個／ｃｍ2］オーダーであるので、上記のような効率で中性子を照射装置２０へと集めることができれば、中性子ラジオグラフィを実現することができる。また、使用済燃料キャニスタの増倍率（通常、ｋで表される）を０．９程度に維持することができる場合には、得られる中性子束を１桁増加させることができる。
【００３７】
中性子散乱体２は、中性子を散乱させつつ（別言すると、反射しつつ）駆動させて中性子の運動の方向をコントロールするものである。
【００３８】
中性子散乱体２は、中性子を散乱させる材料、言い換えると、中性子を吸収せずに反射する材料（即ち、入射してきた中性子を全く吸収することなく若しくは殆ど吸収することなく散乱させる／反射する材料、或いは、入射してきた中性子のうちの一部を吸収するものの一部を散乱させる／反射する材料；「中性子散乱材料」と呼ぶ）を含むものとして構成されて形成される。
【００３９】
中性子散乱材料としては、具体的には例えば、炭素系材料，アルミニウム系材料，又はコンクリートが用いられ得る。炭素系材料やアルミニウム系材料についての具体的な内容は上述と同様である。
【００４０】
中性子散乱体２は、円柱状に形成され、円柱の長手方向中心軸を回転軸として軸回転し、入射してきた中性子へと運動量を与えて駆動させて中性子の運動方向を変化させる。
【００４１】
中性子散乱体２は、円柱状を基本の形態とするものの、当該中性子散乱体２を軸回転させるための芯材／軸部材（図１，図２に示す例では符号２ａ）が長手方向中心軸部分を貫通するように軸心方向に沿って貫通孔が形成されたり、肉厚の円筒状であったりすることも想定される。
【００４２】
図１，図２に示す例では、平面視において長方形に形成された収納室８内部の収納空間８ｓを取り囲む水平方向四方の壁のうちの前記長方形の長手方向（「収納室長手方向」と呼ぶ；図中の符号Ｌが付された矢印の方向）に直交して相互に対向する壁８Ａ，８Ｂのうちの一方の壁８Ａに照射口９が設けられ、当該照射口９と対向する壁８Ｂ（即ち、収納室長手方向Ｌに直交して相互に対向する壁８Ａ，８Ｂのうちの他方の壁８Ｂ）寄りの位置に中性子発生体１が設置される。
【００４３】
そして、収納室長手方向Ｌに沿って且つ相互に対向するように二列に並んで中性子散乱体２が設けられる。図１，図２に示す例では、相互に対向して二列に並ぶ複数の中性子散乱体２が、収納室８の、収納室長手方向Ｌに沿って相互に対向する側壁にも相当する（言い換えると、側壁としても機能する）。
【００４４】
中性子散乱体２は、収納室長手方向Ｌと直交し且つ床部８Ｃや天井部８Ｄの面方向と直交する方向（図中の符号Ｖが付された矢印の方向）に円柱長手方向中心軸を沿わせて配設される。
【００４５】
なお、図１，図２に示す例では収納室長手方向Ｌに沿う側壁に相当する部分の全体に亙って中性子散乱体２が並べられて設置されるようにしているが、前記側壁に相当する部分のうちの一部のみに中性子散乱体２が設置されるようにしても良い。
【００４６】
また、図１，図２に示す例では収納室長手方向Ｌに沿う側壁に相当する部分のみに中性子散乱体２が設置されるようにしているが、床部８Ｃや天井部８Ｄ（に相当する部分）に中性子散乱体２が設置されるようにしても良い。床部８Ｃや天井部８Ｄ（に相当する部分）に中性子散乱体２が設置される場合には、中性子散乱体２は、収納室長手方向Ｌと直交し且つ床部８Ｃや天井部８Ｄの面方向に沿う方向（図中の符号Ｈが付された矢印の方向）に円柱長手方向中心軸を沿わせて配設される。
【００４７】
中性子散乱体２は、例えばモータを含むものとして構成される駆動装置４によって軸回転させられる。
【００４８】
中性子散乱体２は、中性子発生体１から発生した中性子を照射口９へと集めるために、中性子が入射して散乱する際に当該の中性子の運動方向（別言すると、出射方向）が照射口９の側へと変化するように、軸回転の向きが調整される。すなわち、中性子散乱体２は、中性子発生体１から発生して中性子散乱体２へと入射した中性子の運動方向を照射口９側へと変化させるために、中性子発生体１と対向する側の面が照射口９側へと向かって移動する向きに軸回転するように軸回転の向きが調整される。
【００４９】
具体的には、図１，図２に示す例では、図面左側に中性子発生体１が設置されていると共に図面右側に照射口９が設けられているので、図面上側に並んで設置される中性子散乱体２は図面下側の面（即ち、中性子発生体１と対向する側の面）が右側へと移動するように反時計回りに軸回転し、図面下側に並んで設置される中性子散乱体２は図面上側の面（即ち、中性子発生体１と対向する側の面）が右側へと移動するように時計回りに軸回転する。
【００５０】
中性子へと適当な運動量を与えるためには、中性子散乱体２が軸回転することによる当該の中性子散乱体２の外周面を含む外周縁部分に於ける移動速度（言い換えると、外周面に於ける表面速度）を中性子の速度程度にする必要がある。
【００５１】
ここで、中性子の温度を下げることにより、中性子の速度を低下させることができる。このため、中性子を冷却して温度を下げれば、中性子の速度が遅くなり、結果として、中性子の運動方向を変化させるために必要とされる中性子散乱体２の軸回転速度を遅くすることができる。そこで、中性子の温度を下げるため、中性子が入射する中性子散乱体２が冷却されるようにしても良い。
【００５２】
例えば原子炉から取り出された使用済燃料が中性子発生物質として用いられる場合などには、中性子発生物質の自発性核分裂に伴って発生する中性子（尚、「高速中性子」とも呼ばれる高い運動エネルギーをもつ中性子を含む）を速度が小さい中性子（具体的には例えば、５［ｍｅＶ］以下のエネルギーで波長に換算すると約４オングストローム以上の中性子；「冷中性子」とも呼ばれる）として散乱させるため、入射してくる中性子を冷却し得るように中性子散乱体２が冷却されるようにしても良い。
【００５３】
中性子散乱体２が冷却されて達成される温度は、特定の温度に限定されるものではなく、例えば中性子が入射してきた際に温度を下げて速度を低下させて適当な運動量を与えた上で散乱させ得ることが考慮されるなどした上で、適当な温度に適宜設定される。中性子散乱体２は、具体的には例えば、あくまで例として挙げると、液体窒素温度程度（即ち、−１９６ ℃ 程度）以下や液体水素温度程度（即ち、−２５０ ℃ 程度）以下まで冷却されることが考えられる。
【００５４】
また、中性子散乱体２は、高速回転するため、真空容器３に収容されることが好ましい。中性子散乱体２が真空容器３に収容されることは、中性子散乱体２が高速回転することに対して有利に働くと共に、中性子散乱体２が冷却されることに対しても有利に働く。
【００５５】
《 試算例 》
本発明に係る中性子の散乱方向の制御方法，中性子の散乱方向の制御機構の性能の検討を行う。ここでは、本発明の性能を検討するために作成した、炭素の運動による中性子の散乱駆動を取り扱えるモンテカルロ法のコードを用いる。
【００５６】
中性子の散乱駆動は、図３に示すように、中性子の重心系での等方散乱ベクトルに炭素の運動ベクトルを加算することによって中性子の散乱方向を計算する。なお、炭素の熱運動（尚、立体角４π方向を対象とする）も考慮する。これらのことを前提とする点は、本発明の説明において用いられるモンテカルロ法のコードの全てに共通である。
【００５７】
モンテカルロ法のコードによる計算体系について、図４に示すように、中性子発生体１（具体的には、原子炉から取り出された使用済燃料がキャニスタに収容されている状態を想定する）は、平面視における縦横の長さが１ ｍ ×１ ｍ で高さが３ ｍ の角柱状であるとする。中性子発生体１としての使用済燃料は、吸収断面積が０．０８［１／ｃｍ］であると仮定する。
【００５８】
収納室８の床部８Ｃ及び天井部８Ｄを除くボイドに面する位置に、横断面の直径が１００／３ ｃｍ であると共に黒鉛によって形成された円柱状の中性子散乱体２が設置される。中性子散乱体２は、円柱の長手方向中心軸が高さ方向に沿わされて配設され、前記長手方向中心軸を回転軸として軸回転する。
【００５９】
平面視における縦横の寸法が３ ｍ ×３ ｍ であると共に中性子発生体１が中央に配置される収納空間８ｓを取り囲む水平方向四方のうちの三方の壁として、一辺あたり九つの中性子散乱体２が設置される。
【００６０】
収納空間８ｓ（又、中性子発生体１）を取り囲む水平方向四方のうちの残りの一方に、外方へと向けて対向間隔が次第に狭くなるように二列に並ぶ中性子散乱体２（合計六基）が配置され、対向間隔が最も狭くなった部分が照射口９になる。照射口９は、幅が１ ｍ で高さが３ ｍ の開口として設けられる。
【００６１】
収納空間８ｓを取り囲む中性子散乱体２を周囲の壁の一部としつつ平面視において矩形の収納室８が構成されるように、横断面の縦横の長さが１００／３ ｃｍ ×１００／３ ｃｍ であり且つ高さが３ ｍ であると共に黒鉛によって形成される角柱状のブロック８Ｅが、収納空間８ｓを取り囲む中性子散乱体２群の四隅に配置されると共に中性子散乱体２との隙間に配置される。
【００６２】
そして、照射口９と隣接する外方に幅が１ ｍ で高さが３ ｍ の中性子照射位置２１（別言すると、照射場）が設定される。
【００６３】
（計算結果）
熱中性子の速度（室温では約２２００［ｍ／秒］）は中性子散乱体２などの環境の温度で規定されるため、例えば液体窒素温度（即ち、−１９６ ℃）程度まで中性子散乱体２などを冷却するようにした場合には、中性子の速度は１１００［ｍ／秒］程度まで減速され、中性子散乱体２の軸回転速度を大幅に遅くすることができる。
【００６４】
中性子散乱体２を例えば液体窒素温度程度まで冷却する場合は、中性子散乱体２を真空容器３に収容し、断熱しつつ冷却装置で冷却することが考えられる。
【００６５】
ここでは、中性子の速度が１１００［ｍ／秒］程度まで減速されると仮定し、中性子散乱体２の軸回転速度を変えて、中性子発生体１から発生する中性子のうち中性子照射位置２１へと到達する中性子の割合を計算する。
【００６６】
上述の条件のもとでの、モンテカルロ法のコードによる計算結果を表１に示す。
【００６７】
【表１】
2019132761.tif 000003
【００６８】
表１に示す結果から、使用済燃料で発生する中性子の大部分は使用済燃料中で吸収されることが分かる。また、中性子散乱体２の回転が無い場合（即ち、中性子散乱体の回転速度が０の場合）は、中性子照射位置２１に到達する中性子の割合は発生中性子の１．４％程度である。
【００６９】
中性子散乱体２の回転速度が１００［回転／秒］の場合、表面速度は１０５［ｍ／秒］になり、１．８％程度の中性子が中性子照射位置２１に到達することが確認される。
【００７０】
また、中性子照射位置２１に到達する中性子の割合は中性子散乱体２の回転速度に略比例した値になることが確認される。
【００７１】
（冷中性子の検討）
中性子の速度が遅い場合には、中性子の結晶での回折効果などにより、中性子（具体的には特に、５［ｍｅＶ］以下のエネルギーで波長に換算すると約４オングストローム以上の、「冷中性子」とも呼ばれる中性子）用のミラーやレンズなどの利用も可能となり、中性子照射位置２１に集めた中性子を一層狭い照射場に集めることができるようになる。
【００７２】
中性子波長（具体的には、ド・ブロイ波長）は以下の数式１で表される。
（数１）  λ ＝ ｈ／ｍｖ
ここで、  ｈ：プランク定数，
ｍ：質量，
ｖ：速度  をそれぞれ表す。
【００７３】
中性子の温度が−１９６ ℃（尚、中性子の速度は約１１００［ｍ／秒］になる）の場合、中性子波長は３．５５Ｅ−１０［ｍ］（＝３．５５オングストローム）となる。ブラッグ散乱は、異なる平面（格子面）で反射される中性子波の行程差が波長の整数倍となるときに発生し、ブラッグ条件 ２ｄｓｉｎθ＝ｎλ が成立するときに発生する（図５；尚、ｄ：格子面の間隔，θ：視射角，λ：中性子の波長，ｎ：正の整数 をそれぞれ表す）。結晶のサイズは一般にオングストローム単位であり、前記の中性子波長（即ち、３．５５オングストローム）は結晶のサイズに近く、冷中性子のミラーやレンズなどの効果が期待できる。
【００７４】
（中性子散乱体の回転速度の検討）
中性子散乱体２の回転速度を検討・設定する際に考慮する事項として、中性子散乱体２に作用する遠心力と、中性子散乱体２の材料の例としての黒鉛の引張強さとを比較評価する。
【００７５】
直径が３３ ｃｍ で密度が２．２の黒鉛の円筒（尚、中性子散乱体２としての黒鉛を軸回転させるための芯材／軸部材が長手方向中心軸部分を貫通するように軸心方向に沿って貫通孔が形成されて黒鉛としては円筒状であることを想定する）を１００［回転／秒］で軸回転させると、表面の速度は１０５［ｍ／秒］になる。
【００７６】
上記の軸回転によって中性子散乱体２としての黒鉛に作用する応力（σｒ：径方向，σθ：円周方向）を以下の数式２Ａ，２Ｂによって計算する。
（数２Ａ）  σｒ ＝ (３＋ν)／８×ρω2×(ａ2＋ｂ2−ｒ2−ａ2ｂ2／ｒ2)
（数２Ｂ）  σθ ＝ (３＋ν)／８×ρω2×(ａ2＋ｂ2−ｋ×ｒ2−ａ2ｂ2／ｒ2)
ここで、  ν：ポアソン比（黒鉛で０．２），
ａ：内半径，
ｂ：外半径，
ｒ：計算する半径，
ρ：密度，
ω：角速度［radian／秒］  をそれぞれ表す。
また、ｋ＝(１＋３ν)／(３＋ν) である。
【００７７】
応力は、径方向(σｒ)，円周方向(σθ)とも円筒の中心部分で最大９．７ ＭＰａ 程度になる。一方で黒鉛の引張強さは７４ ＭＰａ 程度であり、黒鉛の引張強さは応力に対して十分に大きい。
【００７８】
また、高速タービンなど回転数が１万［回転／分］以上の装置が実用化されている。
【００７９】
上述のことから、例えば液体窒素温度（即ち、−１９６ ℃）程度まで中性子散乱体２としての黒鉛などを冷却して中性子の速度を約１１００［ｍ／秒］程度まで減速させた場合に必要とされる中性子散乱体２の軸回転速度で中性子散乱体２を軸回転させることは可能である。
【００８０】
以上のことも踏まえ、本発明においては、例えば中性子散乱体２を冷却することなどによって大凡−１５０ ℃ 以下まで中性子を冷却して中性子の速度を減速させることにより、中性子散乱体２の、実現可能な水準の回転運動によって中性子に所定の向きの運動量を与えることが可能であると考えられる。さらに言えば、中性子を冷却して「冷中性子」とも呼ばれる５［ｍｅＶ］以下のエネルギーで波長に換算すると約４オングストローム以上の中性子とする（言い換えると、熱中性子中の冷中性子の割合／存在量を増やす）ことにより、中性子散乱体２の、実現可能な水準の回転運動によって中性子に所定の向きの運動量を与えることが可能であると考えられる。
【００８１】
《 使用済燃料の貯蔵施設への適用例 》
図６を用いて、原子炉から取り出された使用済燃料の貯蔵施設へと本発明を適用する場合の例について説明する。以下に説明する適用例において上述の実施形態における構成と対応する要素については同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８２】
使用済燃料の貯蔵施設へと本発明を適用する場合には、具体的には例えば、「ボールト貯蔵方式」と呼ばれる態様の貯蔵施設へと適用することが考えられる。ボールト貯蔵方式は、コンクリート構造体で囲まれた大きな空洞（「貯蔵空間」と呼ぶ）に、各々が垂直方向の収納管が水平方向に複数本並べられて設置され、これら収納管それぞれの中に使用済燃料を収容したキャニスタを入れて貯蔵する方式である。
【００８３】
実用性・実現性を考慮すると使用済燃料の周囲全体を取り囲むように貯蔵施設全体に中性子散乱体２を設置することが困難な場合もあると考えられるため、図８に示すように、中性子照射位置２１（別言すると、照射場）の付近のみに中性子散乱体２が設置される場合を想定する。中性子散乱体２は、黒鉛で形成され、横断面の直径が１ ｍ で高さが３ ｍ の円柱状であるとする。
【００８４】
貯蔵施設の貯蔵空間が黒鉛で形成されるブロック８Ｅによって仕切られて収納室８が構成されて収納空間８ｓが形成される。本適用例では、収納室８内がブロック８Ｅによって更に仕切られて二つの収納空間８ｓが形成される。各収納空間８ｓは、平面視における縦横の寸法が５ ｍ ×５ ｍ であるように形成される。
【００８５】
黒鉛によって形成されるブロック８Ｅは、横断面の縦横の長さが１ ｍ ×１ ｍ で高さが３ ｍ の角柱状に形成される。
【００８６】
二つの収納空間８ｓのそれぞれに、平面視における直径が３ ｍ で高さが３ ｍ の円柱状の使用済燃料が設置される。本適用例では、使用済燃料がキャニスタに収容されている状態を想定し、キャニスタに収容された使用済燃料が中性子発生体１に相当する。
【００８７】
各収納空間８ｓ（又、各中性子発生体１）を取り囲む水平方向四方それぞれのうちの同じ向きの一方が開放され、これら開放部分が、平面視における幅が３ ｍ の通路８ｔによってつながれる。通路８ｔは、使用済燃料（中性子発生体１）へと戻る中性子を減らすため、幅が広い方が好ましい。
【００８８】
収納空間８ｓそれぞれの開放部分をつなぐようにこれら開放部分に隣接して設けられる通路８ｔの一端の、水平方向の両側に、中性子散乱体２（合計四基）が配置され、これら中性子散乱体２の間の端部が照射口９になる。照射口９は、幅が１ ｍ で高さが３ ｍ の開口として設けられる。
【００８９】
照射口９と隣接する外方に幅が１ ｍ で高さが３ ｍ の中性子照射位置２１（別言すると、照射場）が設定される。
【００９０】
また、中性子散乱体２が冷却されることによって中性子が冷却されて中性子の速度が約１１００［ｍ／秒］まで減速されることを想定する。
【００９１】
さらに、中性子（具体的には特に、冷中性子）用のミラー５が設置されて中性子を中性子照射位置２１へと集めることが企図されるようにしても良い。中性子用のミラー５は、例えば、照射口９に設置されることが考えられる。
【００９２】
以上のように構成された中性子の散乱方向の制御方法や中性子の散乱方向の制御機構によれば、中性子を吸収しない若しくは中性子の吸収の少ない散乱物質を利用して中性子が中性子散乱体２へと至って散乱する際に中性子散乱体２の回転運動によって中性子に所定の向きの運動量が与えられることにより、中性子の散乱方向をコントロールすることができる。このため、中性子の散乱方向を中性子照射位置２１（別言すると、照射場）へと向かう方向にコントロールすることによって中性子を中性子照射位置２１（別言すると、照射場）へと集めることが可能になる。
【００９３】
なお、上述の実施形態は本発明を実施する際の好適な形態の一例ではあるものの本発明の実施の形態が上述のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において本発明は種々変形実施可能である。
【００９４】
例えば、上述の実施形態では中性子発生体１の具体例として使用済燃料キャニスタを挙げているが、本発明における中性子発生体１の具体例は使用済燃料キャニスタに限られるものではなく、中性子発生体１として例えば研究用原子炉や高エネルギー加速器が利用されるようにしても良い。
【００９５】
また、上述の実施形態では中性子散乱体２は円柱状に形成されるようにしているが、中性子散乱体２の形態は円柱状に限られるものではなく、中性子散乱体が回転運動することによって中性子に所定の向きの運動量を与えることができる形態であれば、どのような形態に形成されるようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明に係る中性子の散乱方向の制御方法や中性子の散乱方向の制御機構は、中性子源から発生する中性子の運動方向を自在に制御することができるので、例えば、中性子ラジオグラフィや中性子を用いた材料の構造解析などの分野で利用価値が高い。
【符号の説明】
【００９７】
１    中性子発生体
２    中性子散乱体
３    真空容器
４    駆動装置
５    ミラー
８    収納室
８Ａ，８Ｂ  壁
８Ｃ  床部
８Ｄ  天井部
８Ｅ  ブロック
８ｓ  収納空間
８ｔ  通路
９    照射口
１０    中性子の散乱方向の制御機構
２０    照射装置
２１    中性子照射位置
【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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