(57)【要約】【課題】様々な化学物質を他の化学物質と反応させて化学的に処理する方法において、化学反応を制御する際の圧力成分と温度成分のいずれか一方又は両方を排除して、資金的コストの減少及び化学反応の誘発効率を向上させる新規な方法を提供する。【解決手段】反応容器内の空間にＸ線照射を導入してＸ線照射空間を形成し、その照射空間内に１つ以上の反応物質を導入する。このとき、当該２つ以上の反応物質及びその後生成された中間反応物質については、当該反応物質が何らかの程度でイオン化されるときはその全体の程度を選択的に制御し、当該反応物質の内のイオン化される部分であって照射空間内にある部分のイオン化の程度（部分的から全部）の平均値を選択的に制御するが、当該制御はＸ線照射の線束とエネルギーを制御することにより行うことで、照射空間内における反応物質中の選択的反応の誘発を起こさせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線放射を使用して化学反応を誘発させるための方法であって、
（ａ）反応容器内の空間にＸ線照射を導入することで照射空間を反応容器内に形成するステップと、
（ｂ）前記照射空間に原料反応物質と１つ以上の他の反応物質を導入するステップであって、該１つ以上の他の反応物質のうちの少なくとも１つは流出用開口を有する１つ以上のＸ線遮蔽型パイプのうちの対応するパイプを経由して導入され、該１つ以上のＸ線遮蔽型パイプは、該照射空間に前記１つ以上の他の反応物質が導入される前に、前記１つ以上の他の反応物質のうちの少なくとも１つの分子構造を維持するように構成されることを特徴とするステップとを含み、
（Ｃ）前記２つ以上の反応物質及びその後生成された中間反応物質について、当該反応物質が何らかの程度でイオン化されるときはその全体の程度を選択的に制御し、当該反応物質の内のイオン化される部分であって照射空間内にある部分のイオン化の平均的な程度（部分的から全部）を選択的に制御するステップであって、該制御はＸ線照射の線束とエネルギーを制御することにより行い、これらのことにより照射空間内における反応物質中の選択的反応の誘発を起こさせることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記反応容器内に前記照射空間を形成するステップは、冷陰極電界放射型Ｘ線源により前記空間内にＸ線放射を導入することで実現されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
イオン化の程度の平均値を選択的に制御する前記ステップは、全てのイオン化を誘発させるように制御するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
イオン化の程度の平均値を選択的に制御する前記ステップは部分的なイオン化を誘発させるように制御するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
原料反応物質より低分子量の最終生成物が実現されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
原料反応物より長い分子長及び大きな分子量の一方又は両方を有する最終生成物が実現されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
選択的反応を誘発させるような方法で前記２つ以上の反応物質の導入を制御するステップをさらに含み、該制御するステップは、該反応物質が照射空間へ導入されるそれぞれの速度をリアルタイムで測定し、得られる最終生成物としての最終生成物における所望の化学特性が実現できるように、必要に応じて該導入速度をリアルタイムで調節するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記制御するステップは、照射空間から流出する出力流量の体積を測定し、前記最終生成物の化学組成を同定し、これに応じて、得られる最終生成物としての最終生成物における所望の化学特性が実現できるように、該反応物質を該照射空間へそれぞれ導入する速度をリアルタイムで制御することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
（ａ）前記反応容器は1つの軸に沿って延在するパイプとして形成され；
（ｂ）前記パイプの照射部分を前記Ｘ線源が包囲し、前記パイプの照射部分にＸ線照射を向けることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
（ａ）各Ｘ線遮蔽型パイプは、内側パイプが外側パイプによって包囲され、これらの間に中間遮蔽材が配設されて複数の流出用開口を有する二重壁式パイプを含み、
（ｂ）前記パイプを通って注入される前記１つ以上の他の反応物質のためのＸ線照射の遮蔽は、中間遮蔽材及び前記内側パイプと外側パイプのうちの任意のものによって提供される任意の遮蔽に起因する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
各Ｘ線遮蔽型パイプは、複数の流出用開口を有する単層パイプであって、該パイプはここを通って注入される反応物質のためのＸ線照射の遮蔽を提供するように選択された組成と壁厚を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
（ａ）前記照射空間は1つの軸に沿って延在し、
（ｂ）前記２つ以上の反応物質を導入するステップは、原料反応物質と１つ以上の他の反応物質を導入するステップを含み、
（ｃ）前記１つ以上の他の反応物質は、流出用開口を有する１つ以上のＸ線遮蔽型パイプのそれぞれを通って前記軸に沿って前記照射空間へ導入される
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
（ａ）前記反応容器は、反応物質と反応生成物が１つの軸に沿って照射空間内を移動するように構成され、
（ｂ）前記導入ステップは、前記照射空間の上流側の位置から前記照射空間内へ原料反応物質を導入するステップを含み、
（ｃ）前記導入ステップはさらに、１つ以上の他の反応物質を、
（ｉ）流出用開口を有する１つ以上のＸ線遮蔽型パイプのそれぞれを介して、
（ｉｉ）前記照射空間の上流で前記原料反応物質とある程度の混合が起こるように反応領域より十分に上流側にある流入部へ注入され、
（ｉｉｉ）前記Ｘ線照射は注入パルスの各パルスと交互するパルスとして供給される
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
Ｘ線照射の前記パルスは前記１つ以上の反応物質の前記注入パルスと重ならないことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記１つ以上のＸ線遮蔽型パイプは、前記照射空間を通る方向に沿って螺旋状に構成され、前記Ｘ線遮蔽型パイプを通って供給される反応物質と前記原料反応物質との混合を促進するように構成されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記導入ステップは、複数の反応物質を、前記照射空間へ導入するときよりも実質的に前に、連続的に混合するステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記導入ステップは、複数の反応物質を、前記照射空間へ導入するときよりも実質的に前に、連続的に混合するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
（ａ）前記反応容器は、反応物質と反応生成物が1つの軸に沿って前記照射空間の中を移動して出力フローとして前記照射空間から流出するように構成され、
（ｂ）前記出力フローの一部が前記照射空間の流入部へ注入される
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記Ｘ線照射は約１．８電子ボルトから約１２０万電子ボルトの範囲である
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記Ｘ線源はパルス動作される
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
（ａ）前記照射空間へ直接導入される任意の反応物質が、ガス、液体、粉体などの固体、プラズマ、又はこれらの組み合わせから構成されており、
（ｂ）前記照射空間へ導入される前に相互に導入される任意の反応物質が、ガス、液体、粉体などの固体、プラズマ、又はこれらの組み合わせから構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記空間出力フローを測定するステップは、望ましくない副産物が形成されたかどうかを判断するステップを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項２３】
前記判断するステップは化学センサーを使用することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
１つ以上の反応物質を、主空間を有する反応処理容器へ導入するためのＸ線遮蔽型パイプアセンブリであって、該パイプアセンブリは主Ｘ線遮蔽型経路と該主Ｘ線遮蔽型経路から外側に向かって延在する複数のＸ線遮蔽型インジェクタ経路とを有し、
（ａ）前記主Ｘ線遮蔽型経路は：
（ｉ）内側パイプとこれを包囲する外側パイプと、
（ｉｉ）前記内側パイプと前記外側パイプの間の空間に含まれる中間遮蔽材であって、前記主空間内の内容物にＸ線照射するステップの前にＸ線照射に対して前記１つ以上のその他の反応物質を遮蔽するための中間遮蔽材を含み、前記主空間内において原料反応物質が前記１つ以上の反応物質と反応することを特徴とし、
（ｂ）各遮蔽型インジェクタ経路は、前記主空間へ前記１つ以上の他の反応物質を供給するための開口を有し、前記内側パイプと前記外側パイプの間で封止的に接続され、該パイプには該１つ以上の他の反応物質の一部が内側パイプからインジェクタ・パイプを経由して主空間へ流入できるようにするための開口がそれぞれに設けてあるインジェクタ開口インサートを含む
ことを特徴とするＸ線遮蔽型パイプアセンブリ。
【請求項２５】
前記インジェクタ開口インサートは、外側パイプのネジ穴にある外側雌ネジ山と嵌合するための外側雄ネジ山及び内側パイプのネジ穴にある内側雌ネジ山と嵌合するための内側雄ネジ山とを含めることで封止されることを特徴とする請求項２４に記載のパイプアセンブリ。
【請求項２６】
（ａ）前記内側雄ネジ山は、テーパー付きの前記内側雌ネジ山とそれぞれ嵌合するために直壁式であり、
（ｂ）前記外側雄ネジ山は、直壁式になっている前記外側雌ネジ山とそれぞれ嵌合するためにテーパー付きになっている
ことを特徴とする請求項２５に記載のパイプアセンブリ。
【請求項２７】
前記放射線遮蔽型パイプアセンブリを通って注入される前記１つ以上の他の反応物質のためのＸ線遮蔽は、前記中間遮蔽材と前記内側パイプ及び外側パイプのいずれかによる任意の遮蔽により提供されることを特徴とする請求項２４に記載のパイプアセンブリ。
【請求項２８】
前記内側パイプと前記外側パイプのそれぞれは、前記パイプアセンブリ内に導入される複数の反応物質から中間遮蔽材を隔離するための密封式端部キャップを含むことを特徴とする請求項２４に記載のパイプアセンブリ。
【請求項２９】
前記パイプアセンブリは、前記内側パイプ内に侵入させるために、連続溶接処理を用いて、前記反応処理容器に最初に搭載され、その後、スポット溶接を使用して、前記反応処理容器の内壁面に搭載されることを特徴とする請求項２４に記載のパイプアセンブリ。
【請求項３０】
前記パイプアセンブリは直線形状であることを特徴とする請求項２４に記載のパイプアセンブリ。
【請求項３１】
前記パイプアセンブリは螺旋形状であることを特徴とする請求項２４に記載のパイプアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１０年７月１日に出願された米国特許申請仮出願番号６１３６０７８９からの優先権を主張し、その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は強力なＸ線放射を用いて化学反応を誘発させ複数の化学的反応物質の既存の分子結合を破壊し、生成されたイオンの組み換えや複数組み換えを制御することに関係する。
【背景技術】
【０００３】
化学反応を誘発させる多くの方法がエネルギー的に「非効率」であったり又は場合によっては所望する化学化合物の創成が不可能であることは広く認識されている。典型的な化学的処理では正圧（正圧又は負圧）、温度、及び運動の各種の組み合わせの使用により反応活性状態を作成する。この目的は分子結合を選択的に破壊し化学物質が別の好適な分子構造に組み替えられるようにすることである。これらの技術は主として以下の１つ以上の使用による：
１．熱的条件の制御、つまり加熱や冷却、又はその両方
２．周囲の大気圧以上又は以下に制御された圧力
３．制御された雰囲気
４．触媒
しかし多くの場合、これらの処理条件は望ましくない結果を招くことがある。これらの処理はまたエネルギー的に非効率でもありうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、化学的処理方法の圧力成分と温度成分のいずれか一方又は両方を、資金的コストの減少及び化学反応を誘発させる効率の向上の手段として、排除するか又は減少させることができるようにするのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ひとつの好適実施態様においては、Ｘ線照射を用いて化学反応を誘発させるための方法は、反応容器の内部にＸ線照射を導入して、そこに照射空間（ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｖｏｌｕｍｅ）を作成することが含まれている。２つ以上の反応物質をその照射空間に導入する。この２つ以上の反応物質及びその後生成された何らかの中間反応物質（単数又は複数）について、前述の反応物質が何らかの程度でイオン化されるときはその全体の程度が選択的に制御され、前述の反応物質の内のイオン化される部分の、照射空間内のイオン化の程度（部分的から全部）の平均値が選択的に制御されるが、この制御はＸ線照射の線束（ｆｌｕｅｎｃｅ）とエネルギーを制御することにより為されるが、これらでもって照射空間内における反応物質中の選択的反応の誘発を発生させるようにする。
【０００６】
有益なことに、前述の方法では化学的反応方法の圧力成分及び温度成分のいずれか一方又は両方を排除又は減少させ、資金的コストを削減させ化学反応の誘発の効率を増加させるようにすることができる。
【０００７】
本発明の別の態様の好適な実施態様では、Ｘ線遮蔽型パイプアセンブリを使用して主空間を有する反応処理容器内に１種類以上の反応物質を導入することができる。パイプアセンブリは、Ｘ線遮蔽型主経路と、当該主経路から外向きに延出する複数のＸ線遮蔽型インジェクタ経路とを含む。この遮蔽型主経路には、外側パイプで包囲された内側パイプを含み、この内側パイプと外側パイプの間の空間に含まれる中間遮蔽材料を含み、これは主空間の内容物のＸ線照射ステップの前に１種類以上の他の反応物質をＸ線照射から遮蔽するためのものであり、この場合、原料の反応物質は主空間内の１種類以上の他の反応物質と反応を起こす。遮蔽されたそれぞれのインジェクタ経路は、主空間に１種類以上の他の反応物質を供給するための開口を有し、内側パイプと外側パイプの間で密封的に接続されており、これらのパイプはそれぞれ１種類以上の他の反応物質の幾らかが内側パイプからインジェクタ・パイプを通り主空間内に流出できるようにする開口が設けてある。
【０００８】
有利なことに、上述のＸ線遮蔽型パイプアセンブリは、反応物質が主空間に注入される前の段階で早期に照射されることを防止する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書には、強力パルス型Ｘ線発生源、例えば、２００９年１１月１９日付け米国特許公開２００９／０２８５３６２  Ａ１号及び２００９年１１月１９日付け国際特許公報ＷＯ  ２００９／１４０６９７  Ａ１（本明細書では以下「ＦＸＩ特許公開」と称することにする）で使用されているフラッシュ型Ｘ線照射装置（本明細書では以下「ＦＸＩ」と称する）のＸ線源などを使用することで化学反応を誘発させる一般的方法が開示されている。ＦＸＩについての特許公開公報はその全体が参照により本明細書に含まれる。Ｘ線の発生という文脈においては、「パルス」と言う用語は所定の継続時間のイベント、典型的には１秒以下のイベントを意味する。反応物質の全体的イオン化が伴うひとつの例においては、パルス型Ｘ線源は、反応させようとする物質の流入ストリーム内のすべての分子結合を、エネルギー的に１．２ＭｅＶまでの高エネルギーＸ線源を使用して、解離することにより反応環境を作出する。これにより物質は高度にイオン化される。反応性化学物質を反応環境に導入することで、イオン化した材料により望ましい反応が選択的に惹起される。反応させようとする物質のイオン化に高エネルギーＸ線を使用することは物質の全体的又は部分的イオン化を伴うことがある。
【００１０】
本明細書全体を通して使用される「イオン」と言う用語は、「完全な」イオン化だけでなく「部分的な」イオン化も含む。「完全な」イオン化と言う用語は原子又は分子からすべての電子を取り除くことを表し、一方、「部分的」イオン化と言う用語は原子又は分子から全部より少ない数の電子を取り除くことを意味する。
【００１１】
反応性化学物質は照射空間に投入する前に加えることもできるし、又は照射空間それ自体の内部に導入することもできる。本発明で請求している方法の一つの用途は、産業廃棄物の中の金属の問題解決するに際して、その金属を無害な化合物に変換することで、その問題を解決することである。一例として、六価クロムを含む原料は酸素と反応させて二酸化クロムを形成させることができ、二酸化クロムは不活性であり溶液から析出する。
【００１２】
図１のＲＣＰ  １１は照射空間１８へ化学物質を加えるための手段、例えば、インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４を含み、装置のその領域に存在する物質を反応させることができる。これらの化学物質は反応領域へ導入する際にガス状、液状、プラズマ状、又は固体状の形態とすることができる。これらの化合物の溶解度について、化学の当業者には当然のことであろうが、注意を向ける必要がある。
【００１３】
ＲＣＰ  １１は高電圧電源３８が必要で、この電源は、カソード４６に供給するためコンデンサの充電を処理できるものであるが、このカソードは大容量の電流シンクであるので、ＲＣＰ  １１の所望の反復速度を実現するのに十分なレベルで充電電流を提供する電源である必要がある。そのため、このような電源３８は大容量低インダクタンス・コンデンサ型エネルギー貯蔵手段と、パルス形成手段を備える必要があり、約１２２万ボルトまでの範囲に及ぶことがある要求動作電圧を発生できなければならない。好適な電源はＦＸＩの公開公報などの公開公報から当業者には明らかであろう。本明細書で用いられている「約」と言う用語は、当業者には理解されるように、実験における多少の変動値を考慮に入れたものである。
【００１４】
本発明で請求する方法のさらなる目的は、上記で引用したＦＸＩの公開公報で企図している修復用途の種類を超えるものであり、主要な化学物質の製造の領域にまで及ぶ。従って、本発明の方法は、各種の化学化合物の製造に使用することができる。有利なことに、反応状態を作成するためにＸ線放射を使用することは、多くのプロセスにおいて、既存のプロセスに比べてエネルギー効率が高い。
【００１５】
１．２２ＭｅＶのエネルギーでのＸ線は好適な最大値であり、ここで１．２２ＭｅＶは約１２２万電子ボルトである。「約」と言う用語は、当業者には理解できるように、実験における多少の変動値を考慮したものである。この値より実質的に大きいエネルギー、より具体的には１．２２ＭｅＶ以上のエネルギーを使用する場合、照射を受ける物質は永久的に放射性となる可能性が高い。このことは、放射性物質を作ろうと試みる場合でない限り、大半の場合、望ましいことではない。もっと低い値も成功裏に使用することが可能である。１．２２Ｍｅｖの値は、最大結合エネルギーより実質的に高いものであり、この場合の最大結合エネルギーは天然に存在する最も原子量の大きな元素であるウランの場合でも１１５．６ＫｅＶである。
【００１６】
ひとつの実施態様において、本発明で請求しようとする方法は１．２２ＭｅＶを実質的に超えるエネルギーを有するＸ線を使用することで、超ウラン元素の組み合わせや元素変換を行うことも可能である。
【００１７】
図１を参照すると、システム１０を使用して例示的な方法を実施することができるが、これはＸ線照射を用いて化学反応を誘発させることによる。システム１０はＸ線発生装置１２を備える反応誘発型化学処理器（ＲＣＰ）  １１を含む。Ｘ線発生装置１２は内側パイプ１６の壁部分を通過する電子１４を生成して高密度Ｘ線１７を生成し、これがパイプ１６の内部に位置する照射空間１８を形成する。内側パイプ１６は本明細書の以下の説明では「反応容器」と称することもある。図示した実施態様においてＸ線発生装置１２と電子とパイプ１６の壁との間の相互作用によって後に発生するＸ線１７の両方がパイプ１６内部にある照射空間１８を包囲する。
【００１８】
システム１０は照射空間１８へ２種類以上の反応物質を導入するが、これには原料反応物質２０と１種類以上の他の反応物質が含まれ、これらは参照番号２２ａと２２ｂで示されており（破線の箱として示されている）、他の反応物質は２種類に限定されるものではない。反応物質の完全イオン化が伴う一つの実施態様では、システム１０は前述したＸ線１７を使用して、し照射空間１８内のすべての反応物質及び後続して生成された全ての中間反応物質をイオン化し、これによって選択的反応が起こるように誘発する。
【００１９】
好ましくは、システム１０や請求しようとする本発明を使用する他のシステムは、原料反応物質２０や他の反応物質、例えば、２２ａと２２ｂなどや、また後続的に生成される任意の中間反応物質についても、部分的から完全まで、Ｘ線１７の線束とエネルギーの制御を介して、照射空間１８内部でのイオン化程度を選択的に制御する能力を保有しており、これによって照射空間内で選択的な反応が発生するように誘発する。ＲＣＰ  １１のサイズに関する検討については後述する。
【００２０】
本明細書で用いているように、原料を含むすべての化学物質は「反応物質」と称される。「原料物質」は、一般に当業者によって理解されるように、主たる又は出発化学物質又は反応物質で照射空間内に供給されるものである。「原料」及び「原料反応物質」と言う用語は相互に交換可能な用語であり同義語である。「反応物質」と言う用語は、当該分野で慣習となっているように、非反応性溶媒、希釈剤、担体その他を含むことも意味している。１つ以上の触媒１２７（図１）はこれらの反応の促進に好適に関与しうるものである。
【００２１】
ＲＣＰ  １１の外部表面の放射線遮蔽材は図１では簡略化のために省略してある。こうした遮蔽材の必要性は当業者には明らかであろうし、詳細については後述する。図１に図示してある放射線遮蔽された唯一のコンポーネントは遮蔽型インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４で、これについての詳細は後述する。
【００２２】
反応物の同時照射と混合
照射と混合を同時に行えるようにするため、図１のシステム１０は注入及び混合操作を実行するのに必要なハードウェアを装備している。
【００２３】
図１において、少なくとも１個の放射線遮蔽型インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４が図示してあり、ＲＣＰ  １１の内径に対して小さな直径で図示してある。パイプ・アセンブリ２４は連続溶接処理を用いて装着するのが望ましく、放射線遮蔽型インジェクタ・パイプ・アセンブリは流入部２８の領域で内側パイプ１６の側壁を通過する。パイプ・アセンブリ２４は次に望ましくはスポット溶接を用いてＲＣＰ  １１の内壁に装着される。しかし、スポット溶接に代わる方法は当業者には明らかであろう。インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４はパーフォレーション状に穿孔されその全長に亘って複数の開口を含む。
【００２４】
インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４の開口の目的は円筒状のＲＣＰ  １１を通って流れる原料ストリーム中に反応材料の注入を行うことである。端部キャップ６６ｂがあり（図２）、これは遮蔽されてインジェクタ・パイプの端部を封止して前記反応に注入するため照射空間１８全体に亘って好適な分布と成るように反応物質を注入するためのものである。１本以上の放射線遮蔽型インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４が照射空間１８に入る直前の流入部２８の壁を貫通して取り付けられる。１本以上の放射線遮蔽型インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４が用いられる場合、これらのアセンブリはマニホールド（図示していない）を用いてシステムの外部で相互に接続することができる。
【００２５】
放射線遮蔽型インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４には図１に図示してあるように一端から反応物質を供給でき、この場合、アセンブリ２４のインジェクタ・パイプは左側に図示した上流側でＲＣＰ  １１に入る。又は、アセンブリ２４のインジェクタ・パイプは両端から供給し（図示していない）インジェクタ・パイプ内部での静圧損失のため単一エンド型供給システムで可能な場合より高い注入率を実現することができる。アセンブリ２４のインジェクタ・パイプが両端から供給される場合、すべての流入部を通ってアセンブリ２４のパイプへ入る反応物質２２ａのフローをモニターする必要があり、望ましくは流量計３０ａにより、照射空間１８へ注入される反応物質２２ａの正確な測定値を保証する必要がある。
【００２６】
インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４の開口は照射空間１８での最大量の乱流型混合が発生するような方向に向けるのが望ましい。これらの開口については許容可能な方向が多く存在する。方向の選択は、注入しようとする特定の反応物質と注入しようとする特定の原材料２０によって決定される。インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４は、照射の開始時に化学物質が適切に混合されているようにするために、注入プロセスが照射空間１８の上流側で開始されるように物理的に配設することが望ましい。注入用開口の分布は照射空間１８の流入側に向かって注入率が高くなるように調節し照射空間の下流側に向かって開口数が少なくなるようにすることも出来る。
【００２７】
反応物質の照射前の予備混合
反応物質２０と２２ｂの、照射空間１８へ導入する前の時点での予備混合は、これらの反応物質が通常は相互に反応しない場合であって、照射空間１８で発生するようなイオン化が発生しない限り、又は、標準的ではない温度、圧力、触媒条件のいずれか又は全部に置かれないのであれば、適切である。このアプローチにより、放射線遮蔽型パイプアセンブリ２４を除外する結果、より単純で低コストのＲＣＰ  １１が実現できる。
【００２８】
反応物質２０及び２２ｂの混合が望ましい場合、当業者には容易に明らかになるように、混合弁３２ｂを用いて適切な比率で反応物質を混合する。瞬間時の混合比は流量計３０ｂと３０ｃからのデータの使用で決定され、これはホストコンピュータ３４へ送信されてシステムオペレータがプログラムした所望の処理条件と比較される。ホストコンピュータ３４はこのデータについての計算を実行し、これを用いて制御線３６ｂ上に出力信号を生成し混合弁３２ｂを制御する。
【００２９】
個々の反応物質２０、２２ａ、又は２２ｂ、又は出力フロー４０を形成するこれらの合成生成物の任意の分子は、ＲＣＰ  １１を通過する間に、１回以上照射を受けることになる。出力フロー４０を形成する合成生成物について言えば、１回以上又は相当の長時間にわたって照射しても合成生成物の化学的性質に対する有害性はない。
【００３０】
当業者には容易に理解されるように、同時混合と予備混合は、状況によって必要とされる場合、ＲＣＰ  １１で有利に使用することができる。
【００３１】
フィードバックを用いる制御システム
大半の化学プロセス反応の場合と同様に、原料反応物２０と他の反応物質２２ａ及び２２ｂとの間の適切な比率を維持することが必須である。混合比を制御する動的手段が望まれる場合、少なくとも以下の二つの機能を提供する制御システムであってフィードバックを用いる制御システムを含めることが好ましい：
１．原料と反応物質の正確な量の測定、及び
２．原料と反応物質との間の混合比を制御する手段。
【００３２】
プロセスの制御のさらなるレベルのものはプロセスから出てくるものの化学的性質の測定によって実現できる。このステップにより、図１に図示してある出力フロー４０は、所望の化学的性質を有し何らかの望ましくない化合物が存在しないことが保証される。
【００３３】
原料反応物質２０と何らかの他の反応物質２２ａ及び２２ｂの正確な量の測定を保証するため、最も正確な流量計の使用などのような計測技術と流量計３０ａ〜３０ｄとして図１に図示してある装置などの従来の流量計を使用する。これらの流量計３０ａ〜３０ｄの出力は、矢印で示してあるように、ホストコンピュータ３４へ入力され、コンピュータがデータを分析して混合比が正確かどうかを判定する。混合比が正しくない場合、ホストコンピュータは、制御ライン３６ａ、３６ｂに、比率の不均衡な程度に比例した出力信号を出して、混合弁３２ａと３２ｂを制御し正しい混合比を実現するようにする。
【００３４】
反応物質２２ａ用には流量計３０ａが、反応物質２２ｂ用には流量計３０ｂが、さらに、原料反応物質２０用には流量計３０ｃが存在し、出力フロー４０を測定する流量計３０ｄも存在する。流量計のそれぞれは、例えば、図１に図示してあるようにこれと連携する弁、例えば、３２ａや３２ｂが含まれる。しかし、図１に図示してあるような、出力フローを測定する流量計３０ｄは、弁を含む必要がない。
【００３５】
流量計３０ａ〜３０ｄは動的データを利用してリアルタイムで処理の調節ができるようにする能力があり、反応物質２０、２２ａ、また２２ｂの流速を動的に変化させるための要件に適合することができる。
【００３６】
ある種の反応は、前述した混合比が正確でない場合に、望ましくない副生成物を生成してしまう可能性がある。このような副生成物は有毒であったり、爆発性であったり、又は他の形態での危険性を有したりするため、本発明で請求している方法の好適実施態様では、出力の測定手段を含めることにより、望ましくない副生成物が形成されていないかを判定する。この測定を実行する好適な手段は化学センサー４２の使用によるもので、これは、例えば、スペクトロスコープ又はクロマトグラフなどである。多くの形態のスペクトログラフ装置又はクロマトグラフ装置を本発明で請求している方法と共に使用することができる。好適な技術は質量スペクトロスコープを使用して、存在している望ましくない副生成物の量の表示を含む完全な化学分析を生成することである。この化学分析データを、前述したような流量計３０ａ〜３０ｄからのデータに加えてホストコンピュータ３４で使用し、原料反応物質２０と他の反応物質２２ａ及び２２ｂの比率のバランスをさらに正確に調整する。当業者には日常的であるように、出力フロー４０の化学的性質を判定するための他のリアルタイム技術、又はフィードバックシステムにおける変化、を使用することができる。
【００３７】
前述のタイプのフィードバックを用いる制御システムの利点には、化学センサー４２を含めて、反応を制御するための冗長的な能力が含まれている。このアプローチは、制御線３６ａと３６ｂに出力される訂正信号を調整して混合比において可能性のあるあらゆる過剰振幅を最小限に抑えて、出力フロー４０の化学的性質の一貫性と連続性を保証するものである。さらに、制御システムは、制御ライン３６ａと３６ｂの制御信号における制御ループにより生成された過剰振幅を防止して、望ましくない副生成物の潜在的に壊滅的な放出を防止する必要がある。
【００３８】
本発明の方法の基本的物理学
図１を参照すると、反応誘発型化学処理器（ＲＣＰ）１１の基本的プロセスは、原料反応物質２０の一部又は全部と他のすべての反応物質２２ａ及び２２ｂの全体的又は部分的なイオン化、及びこれに続いて、得られた原子核種の混合物の最低エネルギー準位への再組み換えを含む。得られた原子核種の混合物は出力フロー４０を生成する。図１を参照すると、ＲＣＰ  １１において、化学的反応プロセスには、例えば、原料反応物質２０と他の反応性化学物質２２ａ及び２２ｂの全部又は一部の完全な又は部分的なイオン化が含まれている。
【００３９】
放射線照射に暴露された場合、「全面的な」イオン化が生じた場合、反応性化学物質の分子結合が全部破壊され、周期律表上のすべての元素の分子結合のエネルギーより好ましくは実質的に高い光子エネルギーのため、構成原子の全部が完全にイオン化される。この実施態様では、自由原子はこの照射プロセスにより完全に又は部分的にイオン化される。自然界で見られる最大の原子番号を持つ元素はウランであり、これの最大結合エネルギーは１１５．６ＫｅＶである。１００万電子ボルト（［ＭｅＶ］）までのエネルギーを持つＸ線を用いることで、何らかの衝突がすべての結合を切断し、結合を破壊するのに必要なエネルギーに相当する量だけＸ線光子のエネルギーを減衰させる。こうして得られたＸ線光子のエネルギーは、自然界で見られる元素の何らかの原子又は分子結合のエネルギーより実質的に高いため、２次的に結合を破壊する活動に利用可能なエネルギーの実質的な量がまだ存在している。ＲＣＰ  １１（図１参照）は数十万アンペアの線束（ｆｌｕｅｎｃｅ）を持つＸ線ビームを発生することが可能であり、つまり、結合を破壊する活動に利用可能な量の光子が確保されている。この強力なビームの流れは、本発明にかかる方法で使用されている特殊カソードによるもので、本発明の発明者が米国特許第４６７０８９４号において開示しているとおりである。一度イオン化状態になってしまうと、元素構成要素は、その時点で存在している元素の混合物によって決定されたとおりにエネルギー準位が最低の分子に再構成される。１アンペア中には約６．２４×１０の１８乗個の電子が存在しているため、ＲＣＰ  １１からの１回のパルスは１０の２３乗個を超える個数のＸ線光子を高度に均一で分散した状態で照射空間に導入することが出来る。
【００４０】
電子がアノードを直撃すると、制動放射（Ｂｒｅｍｓｓｔｒａｈｌｕｎｇ）Ｘ線放射の領域を形成する。制動放射は、ドイツ語で「破壊放射」を意味し、約２３キロボルトを超える電位（ポテンシャル）の電子が突然停止又は減速された場合に発生するが、この場合はアノードに衝突することによるものである。照射空間内には非常に多数の２次電子も存在している。ＲＣＰ  １１のアノードの内部の中空の空間は、本明細書では「照射空間１８」と呼称されているが、反応させようとする反応物質を含む。
【００４１】
制動放射の光子は、アノードの内部空間で、又は照射空間で、材料の原子に衝突し、原子のＫ殻のイオン化電位より有意に高いエネルギーを有していることの結果として、存在するすべての原子をイオン化する。場合によっては、完全イオン化が達成される。他の場合では、所望されれば、「部分的」イオン化を制御可能に誘発させることができる。Ｘ線による原子の最初の衝突がイオン化を惹起するだけではなく、エネルギーレベルが十分である限りは、その結果放出された光子がまだイオン化していない原子と衝突することでもイオン化が惹起される。こうして得られた電子の再生カスケードにより、原子のそれぞれの電子殻が充填されるときに、光子の放出が惹起される。電子は過剰になっているので、このプロセスが非常に高速で実施されることが保証される。光子のエネルギーは、Ｋ殻結合エネルギーより実質的に高いので、前述のプロセスが反復される。
【００４２】
Ｘ線光子は正確な量のエネルギーを放出し、これによって、制動放射Ｘ線光子の一つによるイオン化が可能なイベント個数が決定される。最終的に光子のエネルギーが完全イオン化を起こすには低すぎるようになるまでイオン化のイベントが多数存在しうるが、特定の化学反応においては、「部分的」イオン化で十分であることもある。イベントのこれとは別の可能性のある順序としては、光子とアノード壁の内側表面と衝突がある。Ｘ線光子が十分なエネルギーを有していれば、この衝突によっても制限放射と二次電子の解放が起こる。制限放射又は二次電子のどちらか一方が、これらの衝突する照射空間内にある原子のＫ殻結合エネルギーより高いエネルギーを有しているとすると、完全イオン化が起こる。
【００４３】
制動放射の光子エネルギーがアノード内部の空間内にある原子をもはやイオン化することができないほど低い値にまで低下するまで、このプロセスは継続する。光子エネルギーは１．８ｅＶまで低下することがあるが、これでも衝突する原子が水素であればまだ有効である。
【００４４】
状況によっては、原料反応物質や他の反応物質の完全イオン化が望ましくない場合があり、そのときは、前述した方法を用いた部分的イオン化を使用して、ある種の特定の反応を誘発させることができる。既知の線束とエネルギーを有するＸ線放射の選択的応用による部分的イオン化を使用して、本発明の方法の教示を適用することにより、分子量を増加又は減少いずれかさせることができ、Ｘ線ビームの線束とエネルギーの適切な選択により、分子鎖の長さを制御可能に調節することができ、これは当業者には明らかなように、照射空間と処理量の勘案と組み合わせることでなしうる。
【００４５】
所望のプロセスの要件に応じて、当業者は、原料反応物質及び１種類以上の別の反応物質の「部分的」又は「完全」イオン化のいずれかを選択的に惹起することができる。ある種の化学反応においては、「部分的」イオン化だけを行うのが適切であることがある。他の反応物質では、「完全」イオン化が要求されることがある。
【００４６】
本発明の方法でも反応物質の部分的重合が可能である。これは本発明の方法を用いることにより重合を開始させ、次いで選択的に電圧、電流、波形パルス特性を制御して所望のＸ線エネルギースペクトル及びフラックスを実現することで、重合を停止させることが望ましい場合がある。従って、本発明の方法により、従前の公知の方法より部分的重合のプロセスにおいて、高いレベルの制御が可能になる。
【００４７】
部分的重合は、強い粘度が望まれるような用途、例えば、コーティング剤などで特に望ましい。ひとつの例として、反応性モノマーを重合させてそれから得られる最終製品を形成することができるが、最終製品の一部は重合させ、他の部分は重合しないまま残しておくといったことができる。
【００４８】
分子量の減少
本発明で請求している方法は、主としてパルス状Ｘ線発生源からのＸ線による照射によりポリマーの分子量を減少させる手段を提供する。この例としては、本発明の方法を使用してタールサンド中に存在する炭化水素分子を処理して鎖の切断による分子量の減少を行わせるようにすることが含まれる。分子量の減少、即ち分子鎖長の減少により、粘度を減少させ、容易な分離に向けた大幅な改善を可能にする。本発明の方法は、反応物質を注入する、又は照射空間１８内部に、分子鎖の切断点を決定するか又は最終製品に他の望ましい特性を付与することができる触媒を配置するかのいずれか又は両方のときに好適に使用できる。低分子量分画はポリマーを可塑化させる傾向があり、残りの高分子量分画はポリマーを硬化させる傾向があるので、必ずしも均一に分子量を減少させる必要はない。分子量の分布の結果として発生する前述の特性の組み合わせは好適なものであり、これによって得られる最終製品の品質が改善される。
【００４９】
選択的Ｘ線照射は、同様な大きさの分子鎖からなるポリマーのグループから、広範囲の分子量を得るために鎖切断反応のランダムな性質を用いる。分子量範囲のこの広範囲化は、このようなポリマーを最終製品にするときの処理の容易さを増加させつつ、これらの望ましい物性の大半を維持する。本発明の方法の能力を使用して分子量を減少させる価値の例としては、ポリマーを製造するために使用する有用な触媒の範囲を拡大することである。その重合速度と高効率の観点から見て望ましい触媒の多くのものは、これらが制御できず、また有用なものとするには分子量が大きすぎるポリマーを作成してしまう点で有用ではない。本発明の方法に係る照射又は同等の線束とエネルギーを有する別の照射線源でもって続いて処理することにより、分子量を所望のレベルにまで減少させることができる。
【００５０】
本発明の方法を用いて反応物質を部分的にイオン化し、反応物質の分子量を最終的に減少させるか又は反応物質の分子長／分子量を制御可能な状態で増加させるかのいずれかを行うことができる。ひとつの例として、２種類の反応物質を部分的にイオン化して、これらを再結合させて反応物質の結合分子量より低い分子量を持つ結果的な最終生成物を形成する。この場合、反応物質は、原料反応物質と１種類以上の他の反応物質を表している。
【００５１】
本発明で請求する方法は、１種類以上の化学物質の分子量を、中間ステップとして一時的に減少させる、又は永久的に減少させるために有利に使用できる。
【００５２】
例えば、石油は高い分子密度を有することがある。石油の粘度を下げるためには、石油を連続的に加熱するのが一般的方法になっているが、このような物の粘度を減少させるには高価であり非効率な手段である。連続加熱を停止すると、石油は高粘度になる。これと対照的に、本発明の方法では、石油物質の分子量（及び粘度）を選択的に減少させることができ、石油物質は選択的に低分子量のものに永久的に変化するようになる。
【００５３】
完全イオン化が要求されないような場合では、特定の選択された部分的イオン化状態を実現する意図で、Ｘ線照射ビームのエネルギーを部分的イオン化が可能なエネルギー及び線束へと減少させることができる。このような部分的イオン化状態を実現するためには、ひとつの例において、照射空間１８の直径を減少させて原料反応物質と他の反応物質の実質的に全部が所望の状態にイオン化されるようにすることが必要になる。この状況において、照射空間１８の全長を延長するのが望ましいことがある。
【００５４】
照射空間１８の直径を減少することについての前述の議論に関連して、完全イオン化される照射空間１８の場合、Ｘ線照射のエネルギー（電子ボルト［ｅＶ］で）は、原料反応物質と他の反応物質の体積と平均原子番号によって支配されることが理解されるべきである。このエネルギーが十分に高ければ、そのときのＸ線は照射空間１８の軸中心に伝搬し通過するのに十分な出力を持っていない。
【００５５】
正確な量の出力を照射空間内部の特定の領域へ供給するという課題を認識し、また反応物質の一部だけをイオン化することが所望であるような場合では、照射空間１８の直径を調節して、十分なエネルギーが軸中心に到達することを保証しつつ、所望のレベルを超えるイオン化が発生しないよう値が高くなり過ぎないようにすることが必要になる。このような値は当業者には容易に実現できる。
【００５６】
同様に、すべての反応物質のイオン化が所望の場合に、Ｘ線光子のエネルギーが低すぎると、Ｘ線は照射空間１８の軸中心に伝搬せず、原料反応物質及び他の反応物質のある部分が所望の反応を実現するには十分にイオン化されないことになる。本明細書では、所望の選択された分子状態が信頼性をもって高能率でかつ従来技術より低い環境負荷をもって実現できるところまで反応を制御するにはどうするかを教示する。
【００５７】
例えば、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）などのポリマーは、同じモノマーユニットの反復鎖又は構造を有する一方で、他のポリマーはひとつ以上のモノマーユニットの混合鎖を有している。一つの例として、本発明の方法を用いることでポリマーを選択的に部分的に重合させて、可塑剤などの添加物を使用することなく、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）などの硬質ポリマーの弾力性と柔軟性を増加させることができる。本発明の方法を部分的重合モードで使用する他の用途は当業者には明らかであろう。
【００５８】
触媒の存在下に起こる重合反応は最大限可能な範囲まで重合が進行することは周知である。これは従来技術における重要な制限要因である。本発明の方法では、分子長の制御可能な中間的な長さの分子から成る分子鎖の製造が可能である。これは従来の触媒を用いた反応、例えば、重合に対する明らかな利点である。
【００５９】
分子量の増加
本発明の方法では、従来の照射重合と幾分類似した技術を用いて、ただし本発明の方法による効率の増加を利用して、分子量を増加させることも可能である。
【００６０】
処理条件及び構成
ＲＣＰ  １１（図１）は本発明の方法のための好適実施態様であるが、同等の線束を有する他のＸ線源を使用することもできる。特定の用途に十分なビームの流れを生成することが可能であれば、使用可能なＸ線源の他の構成も存在する。システムが実現できる生成量はビームの流れの強度に直接比例する。
【００６１】
各種の照射方式に対応するために、ＲＣＰ  １１のＸ線源は、
１．図１に図示してあるような円筒形、
２．平面状、
３．弧状、とすることができる。
反応性化学物質（原料反応物質又は他の反応物質）は幾つかの状態のうちの１つ以上とすることができる：
１．ガス状、
２．液状、
３．固体状、
４．プラズマ状。
【００６２】
反応性化学物質（即ち、反応物質）を導入するには、反応させようとする材料が照射空間に導入される前とするか、又は照射空間それ自体に導入するか、又はこれらのステップの両方とすることができる。これは化学反応と、その化学反応を行わせるために使用される反応物質とに基づいて決定される。
【００６３】
反応させようとする材料は以下のいずれか又はその組み合わせである：
１．ガス状、
２．液状、
３．固体状、
４．プラズマ状。
【００６４】
処理は様々な圧力下で行うことができる、例えば、
１．大気圧、
２．大気圧以下（部分的又は高真空）、
３．大気圧以上
【００６５】
処理は様々な温度で行うことができる、例えば、
１．周囲の温度、
２．周囲の温度以上、又は
３．周囲の温度以下。
【００６６】
反応処理の後に、得られた生成物の分離が必要になることがある。場合によっては沈殿を形成する。
【００６７】
本発明にかかる方法は、触媒と制御された雰囲気のいずれか一方又は両方との関連で前述した処理条件に加えて有利に使用することができる。
【００６８】
反応プロセスのための放射レベルは１．８電子ボルト［ｅＶ］と１２２万ｅＶの間とする。ウランは、１１５．６ＫｅＶのところに自然に存在する最高の結合を有することが認識されている。しかし、もっと低いエネルギーでの結合も存在する。水素の結合エネルギーは１．８９２  ｅＶである。本発明の方法にとって好適な最大動作電圧は約１２２万電子ボルト［ＭｅＶ］に設定されている。これの理由は、わずかに高めのエネルギーの１．２２  ＭｅＶでは、ペアを生成する閾値を越えることとなり、材料が放射性を帯びることになりうるためである。例えば、既存の放射性物質や放射性廃棄物の核種変換などといった幾つかの場合を除けば、これは一般に望ましくないことである。ＲＣＰの構造は、必要に応じて、１００万ボルトまで及びこれを超える電圧で動作するように製造する。
【００６９】
例示的な反応
例示的な反応としては、水で希釈された硫酸ナトリウムの形で実質的に相当量のナトリウムを含む廃棄物流がある。この物質を環境中に放出するのは通常違法であるから、硫酸ナトリウムを反応させて処分及び廃棄の一方又は両方に対してもっと好適な形態へと硫酸ナトリウムを変換するのが望ましい。硫酸ナトリウムが完全にイオン化されると、潜在的な問題としては、水の存在下で自由ナトリウムを放出し得るので、種々の濃度によっては爆発反応を惹起する可能性があることである。
【００７０】
しかし、ひとつの実施態様において、本発明に係る方法は経済的な方法で硫酸ナトリウムを分解する安全な手段を提供することによりこの問題を解決する。この例では、１．２２  ＭｅＶよりわずかに低いエネルギーレベルでのイオン化放射が提供される。これは硫酸ナトリウムを完全にイオン化するのに必要とされるよりも大きさが数桁高い。要求されるビームの流れの量は照射空間の寸法と、照射空間１８からの生成量によって決定される。ビームの最小の流れは任意の瞬間にＲＣＰ  １１の照射空間１８の中に存在する分子の個数によって決定される。
【００７１】
伝統的には、化学反応においては、温度、圧力、触媒、消費可能な反応物質のいずれか一つ又はこれらの組み合わせを用いて反応の反応速度を誘発又は増大させる。本発明に係る方法では、温度は以下の理由から無関係である。エネルギーの尺度として、電子ボルトは直接的に温度と等価である。１  ＭｅＶの光子は１０億℃以上の温度と等価な温度を有する。このエネルギーレベルは、化学業界で通常使用されているような従来の加熱技術によって達成可能な任意の温度を遥かに超えているので、温度は、本発明に係る方法に鑑みると、反応速度を増加又は減少させるための要因にはならない。本発明の発明者が行った実験によって明らかになったところでは、この種のシステムにおいて、１０−２Ｔｏｒｒ（１．３３パスカル）から１００  ｐｓｉｇ（６１９，０００パスカル）までの圧力範囲にわたって反応速度における何らかの有意な変化は認められなかった。
【００７２】
例示的な反応では、ＲＣＰ  １１の照射空間１８内において、Ｘ線放射は最初に硫酸ナトリウムをナトリウムと硫黄と酸素に分解し、同時に水を水素と酸素に分解する。塩素を添加すると、この混合物は以下のように希硫酸、塩化ナトリウム、水に再結合する：
２Ｎａ２ＳＯ４＋４Ｃｌ＋２Ｈ２Ｏ＞２Ｈ２ＳＯ４＋４ＮａＣｌ
この反応においては、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）と水（Ｈ２Ｏ）が結合し、飽和レベルを超えた量が沈殿を形成する。硫酸ナトリウムに塩素をただ混和しただけではこの反応は起こらないことに注意することが重要である。しかし、十分高いエネルギーの照射の下では、所望すれば、この反応の構成要素が完全にイオン化して再結合するので、好適な最低エネルギー状態でこのような反応を起こす。
【００７３】
この反応に注入する塩素の量を制御することにより、すべてのナトリウムがこれに対応するモル量の塩素に結合される平衡に達することが可能である。過剰な塩素は有毒ガスであるため排気するのは望ましくないが、不十分な量の塩素ではナトリウム結合反応の制御が失われる結果を招来しかねない。塩化ナトリウム沈殿の生成はしたがって好ましいことである。
【００７４】
上記の例では、注入される塩素の量が前述したフィードバック方式の制御システムを使用して制御可能であり、システムは化学センサー４２、例えば、スペクトロスコープ又はクロマトグラフなど、塩素の自由ガスの存在を検出可能なセンサーを含むものである。塩素の自由ガスの存在は多すぎる量の塩素が注入されたことを示す。これがフィードバック・プロセッサに自由塩素が放出される点の直前まで塩素注入レベルを減少させる。これは硫酸ナトリウム溶液への塩素の最適注入比を表している。
【００７５】
上述の例では、反応の最終生成物は硫酸と塩化ナトリウムで、塩化ナトリウムは一般的な食卓塩である。硫酸は廃棄物流内に存在している過剰量の水によってすぐに希釈される。濃度が許容できないレベルまで上昇するような場合、溶液を緩衝するか又は中和するかしてｐＨを中性まで下げる。塩化ナトリウムは、飽和溶液を形成するまで自由水と混合し、この飽和に達した点で塩化ナトリウムは溶液から析出する。
【００７６】
この反応は他の多くの化学反応へと容易に応用することができるものでありここに提示した反応は単なる例示であることは当業者には明らかであろう。
【００７７】
もっと複雑な反応は、中間生成物を有する反応を含め、本発明に係る方法によって等しく容易に対応出来る。これらの化学反応が起こる時間的スケールはＸ線照射パルスよりも実質的に短く、当該パルスの持続時間内で連続的に多数の反応を起こさせることができる。
【００７８】
Ｘ線生成装置
図２は反応誘発型化学処理器（ＲＣＰ）１１を図示している。ＲＣＰ  １１は、例えば、図１に関連して前述したような反応物質測定システム、制御システム、噴射システムと共に透過型Ｘ線源を使用する。ＲＣＰ  １１のＸ線源は電子銃を有する。図２に図示してあるように、ＲＣＰ  １１は好ましく冷陰極電界放射型カソード４６とグリッド４８を含む。このような冷陰極電界放射線源での動作条件は、熱電子放出の発生点未満の温度である必要があり、これは華氏約１６００度又は摂氏約８７１．１度である。摂氏約８７１．１度の温度以上では、冷陰極電界放射型線源は熱電子エミッタとなり、このような動作温度はＸ線源を動作不能にする。
【００７９】
このような電子銃はパルスモードで理論的最大電流密度である約８０，０００アンペア／ｃｍ２に達することがあり、最終的にＸ線ビームを作成するために使用される大量の電子によって作成された高い線束密度のため高い放射レベルを可能にする。具体的応用において、カソード４６は理論的最大まで負荷されることはなく、むしろそれより幾らか低い値の負荷がかかる。例えば、ＲＣＰ  １１は典型的には０．１〜５  ＭｅＶのＸ線光子高エネルギーを実現可能で、典型的にはキロアンペア単位から数十メグアンペアの範囲に亘る大ビーム電流を実現できる。システムはもっと少ない電流レベルで動作可能で、これは特定の反応の線束についての要件に依存する。
【００８０】
図２を参照すると、動作において、カソード４６は図１の電源３８、又は電圧、電流、立ち上がり時間、パルス反復速度の要件に適合する他の何らかの電源により充電される。バイアス抵抗（図示していない）は、カソード４６とグリッド４８の間に接続され、電子管は通常スタンドオフ条件になる（導通しない状態になる）ようにグリッド４８に電圧を発生させるために使用するものである。接地電位の制御信号がグリッド４８に印加されると、グリッドはカソード４６の制御を開放しカソードが放電する。次に電子１４がカソード４６からアノード５０に向かって移動する。電子がアノード５０に衝突した時点で、電子は制動放射Ｘ線放射１７を発生させる。電子がアノード５０に衝突すると、Ｘ線放射１７と二次電子（図示していない）の混合がアノード５０のＸ線放射表面５０ｂから等方的に放出される。制動放射スペクトルと入射電子１４の侵入深度を制御するには、アノードの厚みをカソード電圧に対して制御する。照射空間１８の領域におけるアノードの厚みは、入射電子の侵入深度に対して制御され、アノード５０の電子受け入れ表面５０ａからアノード５０を通りアノード５０の先にある照射空間１８へ向かって放出されるエネルギーの優位性がＸ線照射１７の態様であるようにするのが望ましい。したがって、図示してあるように、アノード５０は典型的には照射空間１８の領域において、図２に図示してあるように流入部分２８や流出部分２９と比較して肉薄の壁部分を有し、所望の投下制動放射スペクトルに対するある程度の制御を実現するようになっている。
【００８１】
カソード電圧は、カソード用の電気的に絶縁された真空フィードスルー５２を介してカソードへ供給され、グリッド電圧は、グリッド用の電気的に絶縁された真空フィードスルー５４を介してグリッドへ供給される。フィードスルー５２と５４は共に電気的に絶縁されており高真空に封止されており、また生物学的放射線遮蔽５６及び筐体５８の中に侵入している。
【００８２】
ＲＣＰ  １１のグリッドを設計する際に適合していなければならない幾つかの必須条件が存在し、これは以下のようなものである：
１．グリッド−カソード間隔はグリッドの全長に亘って一定でなければならない。これは通常グリッドを高張力下に配置するか又は剛構造体で作成することによって達成される。
２．グリッドの構成要素の数は、グリッド−カソード間の領域で一定かつ均一な電場を保証できるように十分に多くしなければならない。
３．グリッド構造体にはどこにも鋭利なエッジやバリがないこと；個々の要素は丸、平坦、又はアスペクト比の高い楕円形状とすることができる。
すべてのエッジは完全に丸めておくのが望ましい。この意味では、完全に丸めてあるというのは、問題となるエッジが材料の厚みの半分に等しい半径を有するということである。これらの設計ルールの現実の実装は組み込まれるグリッドのサイズによって決定される。
【００８３】
冷陰極電界放射Ｘ線源の代わりに他の放射線源を使用出来ることは当業者には明らかであろう。冷陰極電界放射Ｘ線源として構成されたＲＣＰ  １１を用いる代わりとしては、複数の従来型Ｘ線源を使用して前述の冷陰極電界放射Ｘ線源を置き換えることがある。核ラジオアイソトープ線源を使用することも可能である。
【００８４】
放射線遮蔽型インジェクタ・サブシステム
もう一度図１を参照すると、注入前の反応物質２２ａの分子構造を維持するために、Ｘ線照射遮蔽型注入手段を提供することが必要である。これにより原料反応物質２０を照射空間１８へ導入する前及び反応物質２２ａを１種類以上の他の反応物質へ導入する前の、注入された反応物質２２ａの時期尚早の解離、又は時期尚早の部分的イオン化を防止する。図１〜図４Ｅに図示してあるように、遮蔽型注入手段に求められる要件は、Ｘ線遮蔽材料による同心円状パイプ６０ａと６０ｂを提供することにより充足するのが望ましく、遮蔽材料は典型的には鉛又はそれ以外の原子数の大きい元素がよく、パイプ間の間隙を充填する。このようなアセンブリが図１及び図２で参照番号２４として図示してある。パイプ６０ａと６０ｂは典型的には、反応物質２０、２２ａ、２２ｂ、又は照射空間１８内の放射線環境に適合性があり影響を受けないような、ステンレス鋼又は他の何らかの非反応性材料である。
【００８５】
放射線遮蔽型インジェクタ・パイプ２４の遮蔽設計を考える際に、内側と外側のパイプ壁６０ａと６０ｂにより提供されるＸ線の減衰を考慮するのが望ましいが、多くの場合、全体の遮蔽に対するこれらの影響はごく僅かである。
【００８６】
図３は図２のＲＣＰ  １１の端面図を示したもので、複数の放射線遮蔽型インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４がＲＣＰ  １１の共通の中心軸の周囲に均等に配置されて照射空間１８の外側領域に配置されている。図３の略図は、ＲＣＰ  １１の流入部の端部を示しており、これは図２の左側に相当する。
【００８７】
図４Ａから図４Ｅは放射線遮蔽型インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４の構造の詳細を示す。図４Ａは内側パイプ６０ａ、外側パイプ６０ｂ、中間の遮蔽材料６１にみられる一連の開口２５で、インジェクタの開口インサート２６が開口２５に導入されている。図４Ｅに図示してあるように、各インジェクタの開口インサート２６は反応物質を供給するための反応物質供給用開口２７である。パイプ６０ａと６０ｂはステンレス鋼などの非反応性材料から形成される。反応性材料が反応を汚染することから、非反応性材料はインジェクタ・パイプ・アセンブリ２４の製造に使用するべきものである。図４Ｂと図４Ｃを参照すると、インジェクタ開口インサート２６のための開口は、両方のパイプ６０ａと６０ｂを貫通し相互に対して同軸的アライメントで、穴を穿孔し、これらのパイプの開口に螺子切りする。ひとつの実施態様において、インジェクタ開口インサート２６はパイプ６０ａと６０ｂと同じ非反応性材料から作成するのが典型的である。インジェクタ開口インサート２６は内側と外側のパイプの開口２５の（図４Ｂ）それぞれネジ切りしてある内側と外側のネジ穴２５ａと２５ｂを貫通してそれぞれ導入される。インジェクタ開口インサート２６を製造する好適な方法、及びインサートを内外のパイプ６０ａと６０ｂの両方に対して密封する好適な方法について以下で説明する。
【００８８】
図４Ｂに図示してあるように、内側パイプ６０ａ上のそれぞれのネジ穴２５ａはピッチの細かいテーパー付きネジ山６３ａが設けられている。外側のパイプ６０ｂのそれぞれのネジ穴２５ｂにも同様のピッチの細かいネジ山６３ｂが設けてあるが、この場合は直壁式ネジ山である。内側と外側のネジ穴２５ａと２５ｂの各対がそれぞれのインジェクタ開口インサート２６を受け入れる。図４Ｅに図示してあるように、インジェクタ開口インサート２６は外側表面上にネジ山６２ａと６２ｂが形成されている。インジェクタ開口インサートのネジ山６２ａは内側パイプ６０ａのネジ山６３ａと嵌合し同一ピッチの直壁式ネジ山とすることができ、一方でネジ山６２ｂは外側パイプのネジ山６３ｂと係合し図４Ｂと図４Ｅに図示してあるようにテーパー付きにすることができる。
【００８９】
二重ネジ式インジェクタ開口インサート２６の目的はインジェクタ開口インサート２６のそれぞれの雄ネジ山６２ａと６２ｂがこれに対応する内外のパイプ６０ａと６０ｂの雌ネジ山６３ａと６３ｂを詰まらせることにより両方のパイプ６０ａと６０ｂに同時に封止を作成することである。テーパー付きネジ山が好適なのは、これが実現する封止が従来のパイプのテーパー付きネジ山による封止で実現される封止と同等である（たとえば米国ナショナルパイプスレッド［ＮＰＴ］）ことで、一般的に配管や他のシステムで使用される。インジェクタ開口インサートの製造においては、すべての関係するネジ山についてネジ切り操作の開始点を制御することが重要である。これは最適な封止を得られるように保証することを目的としたものである。
【００９０】
図４Ｄと図４Ｅで最もよく示されているように、前述したインジェクタ開口インサート２６の外側端部にあるスロットはインジェクタ開口インサート２６を締め付けるためと、前述の封止を形成するためのマイナスドライバー又はスパナ・レンチ用のアクセスを提供する。トルクレンチを使用して、正確な締め付け力を用いて封止条件をさらに最適化していることを保証するのが望ましい。反応物質２０、２２ａ、２２ｂや他のプロセス条件との適合性がある場合には、ネジ山封止材とネジ山ロック用化合物を使用することが可能である。
【００９１】
図４Ｂ、図４Ｅを参照すると、直壁式ネジ山６２ａ、６３ｂ及びテーパー付きネジ山６２ｂ、６３ａを使用する代わりに、直壁式ネジ山とテーパー付きネジ山の他の組み合わせあるいは可変ピッチ式ネジ山を使用して内側パイプ６０ａと外側パイプ６０ｂ及びインジェクタ開口インサート２６の間で要求される封止を提供することが可能である。ネジ山を全然使用しない方法としては、周知の技術を使用して開口インジェクタインサート２６を内側パイプ及び外側パイプ６０ａ、６０ｂにろう付け又はハンダ付けすることが可能である。
【００９２】
図２において、各々内側パイプ６０ａと外側パイプ６０ｂの右手に図示してある端部は封止端部キャップ６６ａ、６６ｂと嵌合し、端部キャップは反応物質２０、２２ａ、２２ｂからＸ線遮蔽材料６１を隔離する。前述したように、Ｘ線遮蔽材料６１は鉛や他の原子番号が大きい元素を含むことがある。端部キャップ６６ａと６６ｂはそれぞれ内側パイプ６０ａと外側パイプ６０ｂにＴＩＧ溶接するのが望ましい。ここでいうＴＩＧとはタングステン不活性ガスの略称である。
【００９３】
内側パイプ６０ａと外側パイプ６０ｂをインジェクタ開口インサート２６で接続してしまえば、放射線遮蔽型インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４の製造の次のステップはＸ線遮蔽材料６１を負荷することである。こうして作成されたアセンブリは垂直に配向されて、パイプ６０ａとパイプ６０ｂの間の間隙空間に溶融シールド材料をゆっくりと注入し、間隙空間を完全に充填する。このプロセスの間に、パイプとインジェクタ開口インサートの２次加熱を使用し間隙空間が完全に充填されるまで溶融遮蔽材料が溶融したままの状態であるように保証するのが望ましい。また一般的に重要な鋳造プロセスで行われているように、間隙空間に低真空を適用して気泡や空胞が遮蔽材料６１内部に存在しないように保証するのがさらに望ましい。振動もまた有利に使用して遮蔽材料６１内部に空隙が残らないように保証することができる。
【００９４】
作成されたアセンブリ２４を仕上げる段階で、内側パイプ６０ａ及び外側パイプ６０ｂの流入部の端部に端部キャップ７０（図２）を付加し、端部キャップ７０には内側パイプを貫通して通過可能になるように穴が開けてある。前述の端部キャップ７０はＸ線遮蔽材料６１をインジェクタ・アセンブリ内に封入する。
【００９５】
完成した放射線遮蔽型インジェクタ・アセンブリ２４はＲＣＰアノード５０（図２）の内壁にスポット溶接するのが望ましいが、他の取り付け手段も当業者には明らかであろう。
【００９６】
インジェクタ開口インサート２６のサイズと位置は所望の注入パターンによって決定される。例えば、流入部からパイプ内部の距離が延伸することによる内側パイプ６０ａの内部圧力の減少を補償するのが望ましいことがある。このような補償はパイプの各単位長からの反応物質の更に均一な噴射を保証する。補償はパイプアセンブリ２４の長さにそって流出用インジェクタインサート２６によって提供され増加的に大きくなる合計面積の形を取ることができる。例えば、パイプアセンブリ２４に沿った単位長あたりの流出用インジェクタインサート２６の本数を増加させる、又はパイプアセンブリ２４に沿った流出用インジェクタインサート２６のそれぞれのサイズを増加させる、又はその両方を行うことが可能である。これ以外では、又は前述の技術に追加するものとして、パイプアセンブリ２４はその両方の端部から反応物質を注入して内側パイプ６０ａ内部の圧力減少を保証することが考えられる。これは、好ましくは、反応物質２２ａ供給ラインに２ポートスプリッタ（図示していない）を使用する必要があり、こうすることで単一の流量計３０ａが有効になる。
【００９７】
もう一度図１を参照すると、放射線遮蔽型インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４を経由して反応物質２０、２２ｂ、２２ａの注入並びにＸ線照射パルスの印加を分散点在させるための手段を提供することが必要である。これを実現するために、図５ではそれぞれの反応物質注入パルス７２がそれぞれの各Ｘ線パルス７４に先行し、注入された反応物質２０、２２ａ、２２ｂが望ましくは完全に混和される時間がありそののちＲＣＰ  １１内のＸ線パルス７４を受けるように保証している。反応物質注入パルス７２のパルス幅は調節可能で、これは双頭矢印７３で示されているように、前述のプロセスを容易にしている。反応物質注入パルス７２の幅は調節可能である一方で、Ｘ線パルス７４の幅は固定である。
【００９８】
前述したパルス幅の関連性は注入された反応物質２２ａの時期尚早な解離を防止する。好適実施態様では図５に図示してあるように反応物質とＸ線放射のパルスをオーバーラップがないように使用して、反応物質の混和に最大限の時間をとってから、解離及び後続の所望する反応又は反応連鎖が行われるようにしている。
【００９９】
直上で説明したようにＸ線照射パルスにおいて、Ｘ線照射は単一パルスとしてではなくＸ線パルスのバーストとして供給することができる。これが行われるのはＲＣＰ  １１の電気的効率を増加させるためである。
【０１００】
ある種の条件下においては、特に部分的イオン化を使用する場合、放射線遮蔽型インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４を改変して、図４Ｆに図示してあるような単一層の固体壁パイプ２４ａとすることができる。ここで壁厚と組成は改変したインジェクタ・パイプから照射空間１８へ注入される反応物質の適切なＸ線遮蔽が提供されるように選択する。改変されたパイプと反応物質又は原料との間での潜在的な化学反応姓について考慮すべきである。適切な壁厚と組成の選択は当業者には明らかであろう。
【０１０１】
単層壁インジェクタ・パイプ２４ａを選択した場合、パイプアセンブリ２４のインジェクタ開口インサート２６はもはや必要とされない。図４Ｆは壁圧３１を有する単双璧インジェクタ・パイプ２４の一例を示す。本例では、パイプは複数の開口３７と端部キャップ３３を含む。壁材料及び壁厚は注入される反応物質に対して遮蔽を提供するように選択される。単層壁インジェクタ・パイプで十分な遮蔽効果が得られない場合、中間遮蔽材料６１を用いる二重壁設計２４（例えば図４Ａから図４Ｅ）を用いるべきである。
【０１０２】
反応物質の混和促進
図６に図示してあるように、図１から図４Ｅで参照番号２４としてこれまで図示した又は図４Ｆで参照番号２４ａとしてこれまでに図示した、放射線遮蔽型インジェクタ・パイプ・アセンブリは、今回は参照番号７１で図示される螺旋形状となっており、これは放射線遮蔽型インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４又は２４ａと同様の構造だが、図１、図２、図４Ｆに図示してあるような直線状ではなく螺旋形状とする点で異なったものである。螺旋形状の目的は注入される反応物質２２ａに螺旋状の流れを与えることである。このような螺旋状の流れにより原料反応物質２０と反応物質２２ａの混和が促進される。他の種類の螺旋形状、例えば、螺旋状フィン（図示していない）など、原材料反応物質２０及び反応物質２２ａと２２ｂのいずれか一方又は両方に螺旋状の動きを付与する形状は許容可能で、当業者には容易に理解されるであろう。
【０１０３】
出力フロー再注入ループ
図７はシステム１００を図示したもので、これは図１のシステム１０から変化したもので出力フロー再注入ループ１０２とこれに関連する制御ラインを含んでいる。したがって、出力フロー再注入ループ１０２とこれに関連する制御ラインについてのみここでは説明し、これらの追加パーツは図１に対応する図面の残りの部分で同様なパーツより幾分太めの線で図示してあり、追加されたパーツの識別を容易にしてある。
【０１０４】
図７を参照すると、幾つかのプロセスにおいて、ＲＣＰ  １１の出力４０の幾らかの部分をＲＣＰ  １１の主入力１０４へ戻るように再循環させるのが望ましい。出力フロー再注入ループ１０２は最循環パイプ１０６を含み、これの内容は出力フロー廃棄弁１０８と出力フロー再注入混合弁１１０によって制御される。２個の弁１０８と１１０を備える理由は、隔離するため、及び再注入ループ１０２内の出力フロー４０の幾らかが内部に停留するのを防止するためである。これらの弁１０８と１１０は通常は同期して作動して前述した対流条件を防止する。再注入ループ１０６は流量計１１２を含み、これの出力データはホストコンピュータ３４へ送信される。再注入は弁１１０経由で主入力１０４を介して、又は１本又はそれ以上の放射線遮蔽型インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４を介して、又はこれらの何らかの組み合わせを介してのいずれかとすることができる。前述の変更はシステム１０の配管に幾らかの仔細な変更を必要とすることがあり、当該変更は当業者には容易に理解されるであろう。
【０１０５】
再循環ループ１０６はブローダウン弁１１４も含み、ブローダウン弁１１４は出力フロー廃棄弁１０８に対して物理的に直接隣接した位置に配置されるのが望ましい。前述したブローダウン弁１１４の目的は出力フロー再注入ループ１０２のすべての内容が綺麗に排出されるようにすることである。これは出力フロー廃棄弁１０８を閉じてブローダウン弁１１４を開き、流入用開口１１４ａ経由で適当な圧搾ガスを噴射してすべての内容を出力フロー再注入ループ１０２から吹き飛ばし、最後に出力フロー再注入弁１１０を閉じてブローダウンサイクルを完了する。ブローダウンに使用される圧搾ガスは再注入ループ１０６に存在しているすべての化学物質に対して非反応性であるように選択する。ブローダウンサイクル全体はホストコンピュータ３４によって制御され、通常は全プロセスの完了時に行われる。
【０１０６】
バッチ処理
ＲＣＰ  １１はまたバッチ処理装置として使用することも可能で、それには、上記の連続型タイプとは対照的にＲＣＰ  １１を垂直方向に配向して図８で参照番号１１６として図示した方向を実現し、以下の変更を提供することによる。この構成においては、ＲＣＰ  １１６の全体が反応容器となり、パイプ１１７の底部を円錐形の底板により封止し材料がＲＣＰ  １１６を通って流れるのを防止する。底板１１８は望ましくは浅い円錐形の構造を有し、排出ポート１１９が下向きに尖った頂点に位置してバッチ処理ＲＣＰ  １１６の排出を促進するようにするのが望ましい。排出ポート１１９は通常弁１２２を有し、弁はシリンダとして模式的に図示してある。排出ポート１１９と弁１２２の間の接合部は、未反応材料の蓄積する空間を最小限に抑えるように設計されるのが望ましく、照射空間１２４の内部にあって、バッチ処理ＲＣＰ  １１６内のすべての材料が正しく反応することを保証するようにする。バッチ処理ＲＣＰ  １１６はまた流入用開口１２１からの吸引により排出することも可能である。
【０１０７】
放射線遮蔽型インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４の流入部の端部を、図８に図示したように、得られた反応容器の底部に有するのが好ましい。反応容器は反応物質と反応生成物が軸に沿って照射空間を通る正味の移動がないように構成する。流入経路１２８と１３０及び流出経路１２９は図１で同じ参照番号を付与した経路に対応しているので、これらの経路に関連するコンポーネントの説明は図１の上記説明に含まれている。
【０１０８】
ＲＣＰ  １１６は流入部１２３、照射空間１２４、流出部１２５を含む。１種類以上の他の反応物質例えば、反応物質２２ａは参照番号１３０でインジェクタ・パイプ・アセンブリ２４を通って流入する。
【０１０９】
バッチ処理ＲＣＰ  １１６は必要に応じてバッチ間で内部表面のクリーニングが出来るようにウオッシュダウンシステム（図示していない）を備えた構成とすることができる。これは、１回以上の処理が装置の同じ部分で実行される場合に特に重要である。
【０１１０】
ＲＣＰのエネルギー貯蔵の強化
図９は構造自体に直接一体化されたエネルギー貯蔵コンデンサ１２０で強化された反応誘発型化学処理器（ＲＣＰ）  １１を示す。コンデンサ１２０はＲＣＰ  １１が非常に短い時間間隔の間に照射空間１８（図１及び図２参照）に十分な量のエネルギーを得ることが出来るように保証するために設けてある。電気が光速又はそれに近い速度、即ち、約１フィート（３０．４８ｃｍ）／ナノ秒で移動することを考慮すると、またこれに利用可能な時間が僅か数ナノ秒しかないことを考慮すると、エネルギー貯蔵コンデンサ１２０はＲＣＰ  １１のＸ線源の電子銃に接近して配置すべきことが明らかになる。
【０１１１】
非常に高速でエネルギーを供給するというこの問題は、図２及び図５に図示してあるようにカソード４６の外部表面に対して同軸のコンデンサを追加することにより、図２のＲＣＰ  １１で解決される。カソード４６の外部表面はコンデンサを接続するための非常に大きな低インダクタンス手段を提供する。コンデンサ１２０の最初の巻回の内側表面全体が電気的、化学的、機械的に接着されカソード４６と密接に電気的接触した状態になるようにする。コンデンサは要求されたキャパシタンスを提供するのに適当な直径になるまでカソード４６の周囲に巻きつけられて所望量のエネルギーを貯蔵する。
【０１１２】
留意すべきこととして、カソード−グリッドの電極間の空間はそれ自体がコンデンサであり相当量のエネルギーを貯蔵する。カソード４６とグリッド４８の並置により形成される直径３インチ（７５ｍｍ）の構造体は１フィート（３０．４８ｃｍ）あたり約２００ピコファラッドを蓄電する。直径２フィート（６１ｃｍ）の装置では５００，０００ボルトで運転した場合１フィート（３０．４８ｃｍ）あたり１．６ナノファラッドを蓄電することになり、カソード−グリッド電極間空間で１フィートあたり約４キロジュールを蓄電する。エネルギーは公知の公式によって決定される：
Ｊ  ＝  ＣＶ２／２
【０１１３】
外部に対する生物学的放射線遮蔽
本明細書から当業者には明らかなように、本発明の方法を実施する際に適切な外部に対する生物学的放射線遮蔽５６（図２）が必要になりうる。こうした遮蔽の設計は医療用放射線施設で使用されて定評のある慣行に従うことができる。典型的には、１００  ＫｅＶあたり０．２５インチ（６．３５ｍｍ）の鉛シールドに加えて、一般的に３０％の厚さを追加する任意の安全係数が使用される。安全係数に起因する厚み付加は必要でないものの、本装置から放射される放射線レベルが常に実質的に背景放射限界以下であることを保証する。本発明で使用される装置の形状寸法は通常細長いアスペクト比の高い設計で、これはこうした設計が一般に軸上で発生する放射線の最大限の捕捉を提供する。
【０１１４】
当業者には明らかなように、生物学的放射線遮蔽材５６は生物学的安全の目的でＲＣＰ  １１（図１）の外側全体の周囲に必要である。しかし、前述したように、本発明の各種実施態様は照射空間１８（図１）内部へ反応物質２２ａを導入するための１つ以上の放射線遮蔽型インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４が必要で、照射及び早期イオン化で得られたマイナスの結果からこれらの反応物質が保護されるようにする。
【０１１５】
一般的な実施においては、放射線遮蔽材は鉛に限定されない。広範囲の材料が放射線遮蔽材として使用されており、遮蔽材料の選択に関する標準的慣行を使用することができる。遮蔽材料として鉛を選択した場合、この材料の仕様に関する様々な国際的規制に準拠するべく周囲の環境との接触が起こらないように不浸透性の筐体内部にカプセル化する必要がある。グラスファイバーやアルミニウムなどの材料はこの用途に好適な材料である。こうしたカプセル化材料は遮蔽の外側に配置するので、放射線暴露の結果として劣化することはない。場合によっては、空間が問題にならない場合、例えば、コンクリートやセメントなどの遮蔽材料を使用可能である。これは工業及び自治体用途で使用されるような超大型システムでは最も有用である。
【０１１６】
連続モード
ＲＣＰ  １１のＸ線源としてはパルスモード動作が好適であるが、Ｘ線源はカソード電流負荷を定格外とすることで連続モードでの運転が可能である。パルスモードでは、カソード４６は約７５，０００アンペア／平方センチメートルまでの電流負荷で動作可能である。連続モードでは、カソード電流負荷は約４００アンペア／平方センチメートルを超えないように制限されるべきである。ここで、「電流負荷」と言う用語は実用的最大カソード電流負荷を表すもので、カソードの理論的最大負荷ではない。また、電源出力電流を変更することにより同一システムがどちらのモードでも実行可能であることに注意されたい。
【０１１７】
反応物質はいずれのモードでもＸ線発生装置のアノード５０の冷却を補助できる。
【０１１８】
本発明の方法は多くの用途で使用可能で、以下を含むがこれに限定されない：
１．化学製品の製造、
２．環境廃棄物の無害化、
３．放射性廃棄物の処理、及び
４．化学兵器の破壊。
【０１１９】
本発明の方法のユニークな特徴はこれの汎用性にある。本方法は固体、液体、ガス、プラズマの組み合わせで事実上変更なしに使用可能である。補助的な材料取り扱い装置、ポンプその他が、処理しようとする材料の状態によって異なり専用のものになるだけである。これらのユニットは小型にすることができ、一方では実質的に１インチ（２５．４ｍｍ）未満の内腔、他方で内径が１０フィート（３メートル）以上となることがある。公称ステンレス鋼構造（他の材料も使用可能である）では工業環境に好適な高強度で堅牢な装置が可能になる。
【０１２０】
図面参照番号についての以下のリストは読者の利便性のために提供される。
【０１２１】
本発明は例示のために特定の実施態様について説明してきたが、多くの変更及び変化が当業者にはなしうるものであろう。化学反応は反応物質の全体的又は部分的イオン化を必要とするが、本明細書において「反応物質」と呼ぶものの数パーセントは反応せず、特にプロセスの最初の起動時に発生しやすいことが当業者には理解されよう。したがって特許請求の範囲は本発明の心の範囲及び精神に含まれるようなすべての修正及び変更を包含することを意図していることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明を図面と共に読むことにより明らかになろう。なお、この図面において同様の参照番号は同様の部材を表している：
【図１】図１は、本発明で請求している方法の実施態様を連続処理モードで実施するためのシステムを、部分的にブロック図として示す略図であり、この場合、電動式原料注入器（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｆｅｅｄｔｈｒｏｕｇｈ）は簡略化のために省略してあり、オプションの特徴は破線で示されている。
【図２】図２は、反応誘発型化学処理器（ＲＣＰ）の断面図で、ここには電動式原料注入器も含まれ、図１のシステムのコンポーネントとして略図で示されており、図３において図２としてマークされた矢印で見たものである。
【図３】図３は、図２の反応誘発型化学処理器（ＲＣＰ）の入り口側の端面を見た図である。
【図４】図４Ａは、図１から図３の放射線遮蔽型インジェクタ・パイプの一部分の斜視図である。図４Ｂは、図４Ａにおいて図４Ｂとしてマークしてある矢印で見た図４Ａの放射線遮蔽型インジェクタ・パイプの断面図である。図４Ｃは、図４Ｂと同様の図面であるが図４Ｂにおいて見られる注入用開口２６と遮蔽材料６１が省略されている。図４Ｄは、図４Ａ及び図４Ｂのインジェクタ開口インサート２６の上面図である。図４Ｅは、図４Ｄにおいて図４Ｅとしてマークされている矢印で見た図４Ｄのインジェクタ開口インサート２６の断面図である。図４Ｆは、例示的な単一壁式インジェクタ・パイプ・アセンブリの断面図である。
【図５】図５は、Ｘ線パルスと反応物質注入パルスのタイミング図である。
【図６】図６は、図２の反応誘発型化学処理器（ＲＣＰ）の分解側面図であって、一部が断面図で図示されたものであり、そこには、真っ直ぐな放射線遮蔽型パイプアセンブリ２４が螺旋構造の放射線遮蔽型インジェクタ・パイプ７１で置換されている。
【図７】図７は、図１と同様の図面だが追加の出力フロー再注入ループを含む。
【図８】図８は、バッチ処理モードで使用するための別の反応誘発型化学処理器（ＲＣＰ）の略図であって、一部がブロック図で図示されたものであり、そこでは、電動式原料注入器は簡略化のために省略してある。
【図９】図９は、エネルギー強化用変更を加えた反応誘発型化学処理器（ＲＣＰ）の略斜視図である。
【符合の説明】
【０１２３】
１０ システム
１１ 連続処理モード用反応誘発型化学処理器（ＲＣＰ）
１４ 電子
１６ 内側パイプ
１７ Ｘ線
１８ 照射空間
２０ 原料反応物質
２２ 他の反応物質２２ａと２２ｂ
２４ 放射線遮蔽型インジェクタ・パイプ・アセンブリ２４と２４ａ
２５ 内側と外側のネジ穴、各々２５ａと２５ｂ
２６ インジェクタ開口インサート
２７ 反応物質供給用開口
２８ 流入部
２９ 流出部
３０ 流量計３０ａ〜３０ｄ
３１ 壁圧
３２ 混合弁３２ａと３２ｂ
３３ 端部キャップ
３４ ホストコンピュータ
３６ 制御線３６ａと３６ｂ
３７ 開口
３８ 高圧電源
４０ 出力フロー
４２ 化学センサー、例えば、分光計やクロマトグラフなど
４６ カソード
４８ グリッド
４９ バイアス抵抗
５０ アノード；電子受容表面５０ａ；Ｘ線放射表面５０ｂ
５２ カソード用の電気的に絶縁された真空フィードスルー
５４ グリッド用の電気的に絶縁された真空フィードスルー
５６ 生物学的放射線遮蔽材
５８ 筐体
６０ 内側パイプ６０ａと外側パイプ６０ｂ
６１ 遮蔽材
６２ ネジ山６２ａ（内側パイプのネジ山６３ａと嵌合する直壁式ネジ山）とネジ山６２ｂ（外側パイプのネジ山６３ｂと嵌合するテーパー付きネジ山）
６３ ネジ山６３ａ（内側テーパー）及びネジ山６３ｂ（外側直壁）
６４ スロット
６６ 端部キャップ６６ａと６６ｂ
７０ 端部キャップ
７１ 螺旋状インジェクタ・パイプ
７２ 反応物質注入パルス
７４ Ｘ線パルス
７６ エネルギー貯蔵コンデンサ
１００ システム
１０４ 主入力
１０６ 再循環パイプ
１０８ 出力フロー再注入混合弁
１１２ 流量計
１１４ ブローダウン弁；圧搾ガス導入ポート１１４ａ
１１６ バッチ処理モード用の反応誘発型化学処理器（ＲＣＰ）
１１７ パイプ
１１８ 底板
１１９ 流出用開口
１２０ エネルギー貯蔵コンデンサ
１２１ 流入用開口
１２２ 弁
１２３ 流入部分
１２４ 照射空間
１２５ 流出部
１２６ 流出用パイプ
１２７ 触媒
１２８ 流入経路
１２９ 流出経路
１３０ 流入経路
【図１】
2013538333.tif 000003
【図２】
2013538333.tif 000004
【図３】
2013538333.tif 000005
【図４】
2013538333.tif 000006
【図５】
2013538333.tif 000007
【図６】
2013538333.tif 000008
【図７】
2013538333.tif 000009
【図８】
2013538333.tif 000010
【図９】
2013538333.tif 000011
【国際調査報告】
2013538333.tif 000012