(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム流に陽子線を衝突させ、中性子を発生する中性子源（１）と、この中性子源（１）を通過したリチウムを流路（９）を通して流入させ、流路（９）にリチウム流のクエンチ面を作り、クエンチ面が出来る流路（９）の出口が一時的に貯留するリチウムタンク（１１）中に接続され、このリチウムタンク（１１）にガス圧を掛けられる様にし、このリチウムタンク（１１）のリチウムを供給側の流路（９’）を通して前記中性子源（１）に還流し、供給するリチウムポンプ（１７）とを有し、リチウムループのガス系に溜まるトリチウムを含む水素ガスを水素同位体除去フィルタによって除去し、更に前記リチウムタンク（１１）とリチウムポンプ（１７）を不活性ガスを含む密閉容器（７）内に封入し、この密閉容器（７）に前記水素同位体除去フィルタを介して排気系流路を接続したことを特徴とするリチウムループのトリチウム除去装置。
【請求項２】
トリチウムガスを除去したガス系の当該気体中のトリチウムを計測する四重極質量分析計（Ｑ-mass）を接続配管に差動排気して取り付け、その分圧を前記四重極質量分析計により測定し、その分圧に応じて基準値以下になるように前記気体をブロアによる空気にて希釈することを特徴とする請求項１に記載のリチウムループのトリチウム除去装置。
【請求項３】
トリチウムガスを含む気体を一旦使用済みアルゴンタンク（２８）、（２９）、（３７）に貯めて、改めてその分圧を四重極質量分析計（Ｑ-mass）により測定し、その分圧に応じて基準値以下になるように前記気体をブロアによる空気にて希釈することを特徴とする請求項１又は２に記載のリチウムループのトリチウム除去装置。
【請求項４】
希釈された気体中のトリチウムガスの濃度をトリチウムモニタ（３８）で監視しながら排気することを特徴とする請求項２又は３に記載のリチウムループのトリチウム除去装置。
【請求項５】
前記中性子源（１）から前記リチウムタンク（１１）に至る排出路として前記中性子源（１）側の気相と前記リチウムタンク（１１）側の液相との境界となるクエンチ面（８）が形成される流路（９）を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか1項に記載のリチウムループのトリチウム除去装置。
【請求項６】
アルゴンガス供給系とドライポンプ（ＤＲＰ）とのアルゴンガス圧調整によりリチウムタンク（１１）内のリチウムの液位を維持することにより、前記流路（９）の前記クエンチ面（８）の位置を保持することを特徴とする請求項５に記載のリチウムループのトリチウム除去装置。
【請求項７】
リチウムの前記流路（９）、（９’）の前記密閉容器（７）の壁部を通る部分にレベル計（１０）、（２４）を設け、それらリチウムの流路（９）、（９’）におけるリチウムの存在を監視することを特徴とする請求項１〜６のいずれか1項に記載のリチウムループのトリチウム除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、 例えば癌治療を目的として適用されるホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において、中性子源となるリチウムターゲットで発生する水素とその同位体元素であるトリチウム（三重水素）を、リチウムが循環流通するリチウムループから除去するトリチウム除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）は、０．５ｅＶ以下の比較的低エネルギーの熱中性子線をガン組織に照射し、予めガン組織に取り込ませた中性子捕獲断面積が大きいホウ素同位体（１０Ｂ）化合物の１０Ｂが中性子捕獲核反応によって生成するα線（ヘリウム核）とリチウム核（７Ｌｉ）の二次粒子線によって、選択的にガン細胞を殺すことを目的とした治療法である。α線等の飛程が非常に短い為、１０Ｂを取り込んだ細胞だけを破壊するので極めて副作用の少ない癌治療として着目されている。
【０００３】
当初のホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）は、原子炉からの中性子を減速して利用していたが、現在では陽子を加速器で加速して、水冷した固体のＢｅに陽子を照射して発生する中性子を利用するものと液体リチウムに陽子を照射して発生する中性子を利用するものがある。ここでは後者の液体リチウムに陽子を照射して発生する中性子を利用する方式にて説明する。以下説明に出てくるターゲット材とは、陽子が照射される物体の事である。
【０００４】
ターゲット材に液体リチウムを用いる方式は、循環することによって連続除熱ができて、照射エネルギーを８ＭｅＶ以下に選定すると核反応で発生する有害生成物が少なくなる。本件では、照射によって7Ｌｉが７Ｂｅになるが、半減期が５３日あまりで、また７Ｌｉに戻り連続的に使用することが出来る。７Ｂｅは放射性物質では有るが、リチウム中に溶けた状態でリチウムループ内に閉じ込められ、時間と共に非放射性のＬｉに戻る。更に陽子の照射エネルギーを２．０ＭｅＶ以下にすれば減速する必要がない中性子が発生する領域になり、従ってこの２．０ＭｅＶ以下、かつ中性子が発生する１．８８１ＭｅＶ閾値反応エネルギー以上の照射エネルギーにするのが良い。この照射エネルギーに依る核反応で発生する７Ｂｅはホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）用中性子発生源としては、２．５ＭｅＶに比べて数十分の１であり、このエネルギー帯の陽子を用いるのが最も良い。
【０００５】
このホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）では、リチウムターゲットに陽子を衝突させることにより発生する０．５ｅＶ以下の熱中性子線を使用する。このとき中性子減速の必要がない閾値近傍反応の例として、陽子のエネルギーを２ＭｅＶとし、その電流を２０ｍＡとすると、４０ｋＷの大きな熱エネルギーがリチウムに与えられることになる。この大きな入熱でもリチウムが蒸発せず、連続運転出来る様にする為には、リチウムが中性子源のターゲット部を常に高速で安定した厚みで通過してリチウムの温度上昇を押さえ、かつリチウムの閉流路であるリチウムループの途中にリチウムを除熱する機器を備えたリチウムループを構成し、ターゲットとなるリチウムがこのリチウムループをたえず循環する必要がある。中性子源のターゲット部のリチウムは、陽子の照射方向に発生する中性子の軌道を乱さずかつ中性子の減衰を押さえる為にできるだけ薄く、且つブラックピークと呼ばれる照射された陽子が急激に吸収される深さの０．２５ｍｍ以上の厚みである０．５ｍｍ程度の薄い層流からなる安定したリチウムターゲット流を形成し、ここに陽子線が当てられ、中性子を発生する。
【０００６】
このような中性子源では、リチウムターゲット流に陽子が衝突することにより、治療の目的に使用する中性子が発生する。またこのとき陽子そのものが周囲のリチウムの電子を取り込み水素に戻り、この水素の一部はリチウムに溶けるが、多くがリチウムと反応して水素化リチウムとなる。照射陽子電流を２０ｍＡとして、陽子が全て水素に戻ってもその量は、１年間連続照射しても僅か６．５３ｇであり、例えばリチウムが２５Ｋｇ在ったとして、全ての水素が水素化リチウムになるとして水素化リチウム量を求めると５２．２４ｇとなり、反応に必要な全ての水素量の０．２１％に過ぎずリチウム中に水素化リチウムとして溶けた状態に成っている。一方陽子照射でリチウムの中に発生した中性子は、リチウムの中に７．４％含まれるリチウム同位体の６Ｌｉに取り込まれ、核反応によって水素同位体である三重水素（トリチウム）が僅かに発生する。１年間連続陽子照射によって発生するトリチウムの量は、更に少なくて２．４４μｇほどである。とは言えトリチウムは、半減期が１２．３年と比較的長いので、このトリチウムをそのまま大気に放出するのは困難であり、トリチウムを除去して貯蔵し大気放出させないか、放出する場合には減衰させ法令基準値以下の濃度にしてから放出しなければならない。このトリチウムも同様に一部リチウムに溶けるが、殆どがリチウムと反応してトリチウム化リチウムとなる。
【０００７】
このようにトリチウムは非常に少ないので、リチウムが２５Ｋｇ在った場合にその全てのリチウムと反応する水素量からすれば、更に微々たるものになるのでトリチウム化リチウムとしてリチウム中に溶けた状態に成っている。これらリチウムと反応した水素化リチウムもトリチウム化リチウムも温度的には安定であり、６８６℃まで分解しないので、ガスとして真空排気系やアルゴンカバーガス系に出てくる量は、非常に少ない。
【０００８】
しかし、僅かでもリチウムから真空排気系やアルゴンカバーガス系に放出される場合もあるので、前記のホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）では、発生するトリチウムが大気中に放出されないように、リチウムループの中からこの放射性物質のトリチウムを除去する必要がある。また、照射時のリチウム流れ中に発生した水素並びに水素同位体は、ほとんどが分解しづらいリチウム化合物になるが、僅か水素原子状態で溶けているものは、圧力が低い所などでガス化する可能性があり、例えばリチウム流れの中で圧力が低いターゲット部からクエンチ面までの真空中の流れ部や、クエンチ部で発生したガスが流速の遅いクエンチタンク部で気泡化して上昇したり、ポンプ入口部の負圧部に発生する可能性がある。発生したガスはポンプ入口部に於いてキャビテーション（Cavitation）を発生させたり、バルブ直後で脈流を発生させたり、ノズル直後で流れを変動させたり、リチウム流れを不安定化する。従って、リチウム流れを安定に循環するためにも、この水素並びに水素同位体のガスを除去しておく必要がある。
【０００９】
従来において、原子力施設等から生じるトリチウムを除去するための技術としては、下記特許文献１〜４に記載されたように、幾つかのものが既に提案されている。しかしながら、従来においては、前述したような中性子源のためのリチウムループの中からトリチウムを除去する手段については提案されていない。このため、前述のホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）を医療機関に普及させるために、トリチウムを大気中に拡散させることなく、且つ安定したリチウムターゲット流を形成し、更にリチウムループの中から安全にトリチウムを除去することが出来る、トリチウム除去装置付きリチウムターゲットシステムの開発が望まれている。また、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）以外にも加速器駆動型中性子源用ターゲットシステムとして実用化が期待されている。
【００１０】
一般に、トリチウム（Ｔ）は、水素が存在する処ではトリチウム分子としてほとんど存在せず、ほとんどが水素と結合してＨＴの状態で存在し、分離することが難しく、かつ性質がほとんど変わらないのでトリチウムを除去するときは水素と一緒に処理しなければならない。水素同位体のうち一般的な水素を軽水素と呼び、重水素（デューテリウム）と三重水素（トリチウム）を区別しているが、ここでは軽水素を単に水素と呼ぶ。また、水素と三重水素も含むガスを水素同位体ガスと呼び、この装置では常に軽水素も含まれるが放射性物質のトリチウムを際立たせる為、トリチウム除去が目的の場合はあえて水素同位体ガスと呼ばずにトリチウムと言う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１２７７１８号公報
【特許文献２】特開平０６−３３１７９１号公報
【特許文献３】特開平０５−３４１０９６号公報
【特許文献４】特開平０２−９３３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は前記従来のトリチウム除去技術における課題を踏まえ、リチウムターゲット流を形成するリチウムループの中から水素と水素同位体のトリチウムを大気に拡散させることなく、安全にトリチウムを除去することが出来る水素と水素同位体除去装置を用いる事によって、リチウム内に発生するガスがポンプ入口でキャビテーションを発生させず、またバルブやノズルでも脈動や流体振動が発生せず安定したリチウム流れが得られるリチウムターゲットシステム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】
【００１３】
本発明は前記の目的を達成するため、リチウムが循環流通するリチウムループのうち、陽子が物質と衝突せずリチウムターゲット部まで到達する為に、リチウムターゲット部を差動排気しながら真空を保つ真空ポンプと真空ポンプの排気側に水素同位体除去フィルタと水素貯蔵タンクを備え、中性子源であるリチウムターゲット部のリチウム内で発生する水素とトリチウムを含むリチウムを一旦貯めてリチウム液頭によるポンプ入口部の必要ＮＰＳＨ（正味吸込ヘッド：Net Positive Suction Head）を確保しつつ、更にタンク内で流れを減速してリチウム中にある水素とトリチウムガスを浮き上がらせてタンク上部に集め、リチウム内のガス成分を除去してガスに依るキャビテーションが発生しない様にし、タンク内に集められた水素とトリチウムを含むガスを吸引しガス圧調整するガス系を有し、リチウムを再び中性子源に戻すポンプの部分も含めてトリチウムガスの集まっている機器の周囲をアルゴン等の不活性ガス雰囲気の気密な密閉空間の中に閉じ込め、この密閉容器にリチウムループとそのアルゴンガス系からトリチウムが万が一漏れてしまった場合でも密閉容器の中からキャリアガスと共に排出されるトリチウムを水素同位体除去フィルタで除去するようにした。
【００１４】
すなわち、本発明によるリチウムループのトリチウム除去装置は、リチウム流に陽子線を衝突させ、中性子を発生する中性子源１と、この中性子源１を通過したリチウムを流路９を通して流入させ、流路９にリチウム流のクエンチ面を作り、クエンチ面が出来る流路９の出口が一時的に貯留するリチウムタンク１１中に接続され、このリチウムタンク１１にガス圧を掛けられる様にし、このリチウムタンク１１のリチウムを供給側の流路９’を通して前記中性子源１に還流し、供給するリチウムポンプ１７とを有し、リチウムループのガス系に溜まるトリチウムを含む水素ガスを水素同位体除去フィルタによって除去し、更に前記リチウムタンク１１とリチウムポンプ１７を不活性ガスを含む密閉容器７内に封入し、この密閉容器７に水素同位体除去フィルタを介して排気系流路を接続したしたものである。
【００１５】
この密閉容器７に接続されたトリチウム除去装置は、リチウムタンク１１とリチウムポンプ１７やそのガス系等から万が一トリチウムが漏れ出した全気体を、一旦不活性ガスを含む密閉容器７内に封入し、この密閉容器７に含まれる気体を、水素同位体除去フィルタを通して排気系流路に放出する。このため、リチウムタンク１１とリチウムポンプ１７等から万が一漏れ出した場合でも漏れ出す気体に含まれるトリチウムを除去したうえで、当該気体を大気に放出することが出来る。
【００１６】
トリチウムガスを除去したガス系の当該気体中にトリチウムがどの程度含まれているかを、接続配管に気密性の優れた四重極質量分析計Ｑ-massを差動排気して取り付けて、その分圧を四重極質量分析計により正確に測定し、その分圧が基準値以下になるように当該気体をブロアによる空気にて希釈し、さらに希釈されたその濃度をトリチウムモニタ３８で監視しながら排気する。
【００１７】
気体中のトリチウムガスが多い場合は、その気体を一旦使用済みアルゴンタンク２８，２９，３７に貯めて、改めてその分圧を四重極質量分析計Ｑ-massにより正確に測定し、その分圧が基準値以下になるように当該気体をブロアによる空気にて希釈し、さらに希釈されたその濃度をトリチウムモニタ３８で監視しながら排気する。
【００１８】
トリチウムガスが集まり易いリチウムタンク１１とリチウムポンプ１７とそのガス系は、不活性ガスを含む密閉容器７内に封入され、万が一漏れたガスもガス系からガス圧調整のため吸引したガスも水素同位体除去フィルタを介してトリチウムを除去しているため、それらから直接大気に拡散することはない。
【００１９】
中性子源１からリチウムタンク１１に至る排出側の流路９には、中性子源１側の気相とリチウムタンク１１側の液相との境界を形成するクエンチ面８を設け、リチウムタンク１１内の僅かな圧力により、同クエンチ面８の位置を保持する。こうすることにより、中性子源１からリチウムタンク１１に流れ込むリチウムがリチウムタンク１１内に気泡を持ち込むのを極力防止することが出来るだけでなく、合せてリチウムタンク１１内の僅かな圧力により流路９内のクエンチ面８の位置を僅かに高く保持し、リチウム液頭とリチウムタンク１１内の圧力を合せてポンプ入口のＮＰＳＨを高くし、減圧下でもキャビテーションを発生させずにポンプを安定に運転出来るようにする。
【００２０】
リチウムの流路９、９’には、密閉容器７の壁部を通る部分にレベル計１０、２４を設け、それらリチウムの流路９、９’におけるリチウムの存在を監視する。特に、排出側のリチウムの流路９に設けた前記クエンチ面８の部分には、そのクエンチ面８の高さを監視するためレベル計１０を設け、安定した運用を実現する。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明した本発明により、リチウムループやカバーガスのアルゴンガス系から万が一これらからトリチウムが漏れた場合のトリチウム除去装置は、陽子線照射でリチウム流に発生する水素と水素同位体であるトリチウムガスを取り除き、中性子源１のリチウムターゲット部が真空中で運用されるのでポンプ入口部のＮＰＳＨが低い状態でもガスによるガスキャビテーションの発生をおさえ、クエンチ面を流路９内に設け、更にリチウムタンク１１内のリチウム流速を遅くしてガスを浮上させてリチウムタンク１１上部のアルゴンガスから取り出し、トリチウムガスの多い場所であるリチウムタンク１１とリチウムポンプ１７等から万が一トリチウムが漏れ出した場合でも気体に含まれるトリチウムを除去したうえで、当該気体を大気に放出することが出来るので、中性子源１から排出されるリチウムに含まれるトリチウムが外部に漏れ出すことが無いようにしてリチウムを安全に安定して循環供給することが出来るようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】トリチウム除去装置を装備したリチウムループの系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明では、中性子源から排出されたリチウムを一旦貯めるリチウムタンク１１と、このリチウムタンク１１から再びリチウムを中性子源１に戻すポンプの部分をアルゴン等の不活性ガス雰囲気の気密な密閉空間の中に閉じ込め、リチウムループのガス系に溜まったトリチウムをトリチウム除去フィルタで除去し、更にトリチウムを含む水素同位体が集まりやすいリチウムタンクやポンプ周辺から万が一トリチウムが漏れ出した場合でも、この密閉容器の中から排出されるトリチウムをトリチウム除去フィルタで除去することにより、前記の目的を達成するものである。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。
【００２４】
図１に示すように、中性子を発生する中性子源１は、陽子線を加速する加速器２と中性子を発生する中性子発生室５とがゲートバルブ４を介して区画されている。前者の加速器２側は、１×１０−５Ｐａ程度の真空に減圧され、本来なら中性子発生室５側も加速された陽子が気体と衝突しないように高真空にしたいが、高真空にするとリチウムの蒸発が促進される為に、止むを得ず陽子と気体とが衝突しづらいリチウムの蒸気圧程度の１×１０−３Ｐａ程度の真空に減圧維持せざるを得ないので、加速器２側と中性子発生室５側との短い間に２桁の圧力差を強制的に作り出さなければならない。前記ゲートバルブ４から中性子発生室５側に圧力差を付きやすくするための作動排気オリフィスを設けた陽子通過管３を介して連絡されている。この陽子通過管３は、リチウム蒸気を捕獲する為の金網が充填されたリチウム蒸気トラップ２７、ターボ分子ポンプ２６、ドライポンプＤＲＰにより減圧される。
【００２５】
このドライポンプＤＲＰの排気側には、Ｍｇ−Ｎｉ等の水素吸蔵合金からなる水素同位体フィルタ３０、バルブ、四重極形質量分析計Ｑ-massを介してターボ分子ポンプＴＭＰ及びドライポンプＤＲＰが接続されている。四重極形質量分析計Ｑ-mass前のバルブの間にはオリフィス３３が設けられ差動排気して四重極形質量分析計Ｑ-massが動作する圧力にする。この四重極形質量分析計Ｑ-massによって水素同位体除去フィルタ以降のトリチウム除去状態を確認し、前記陽子通過管３からリチウム蒸気トラップ２７を通してターボ分子ポンプ２６とドライポンプＤＲＰにより吸引された気体は、Ｍｇ−Ｎｉ等の水素吸蔵合金からなる水素同位体フィルタ３０を通して水素・水素同位体が除去された後、四重極形質量分析計Ｑ-massで水素分圧が測定され、ドライポンプＤＲＰにより使用済みアルゴンタンク３７または使用済みアルゴンタンク２８に排出され、一部のガスはオリフィス３３を介して、残りの気体は使用済みアルゴン排気タンク３７に排気される。使用済みアルゴンタンク２８が満タンになったら、ドライポンプＤＲＰによりもう一つの使用済みアルゴンタンク２９へ排気する。
【００２６】
またこのガス流路系にはバイパス通路が設けられているが、この流路系はリチウムループや真空ポンプ等のメンテナンスによって系内に空気が入った場合に使うルートであり、前記陽子通過管３からリチウム蒸気トラップ２７を通してターボ分子ポンプ２６とドライポンプＤＲＰにより吸引する。この流路系では前記水素吸蔵合金を内蔵したフィルタ３０に代えてＭｇ−Ｎｉ／Ｍｇ等の水素、酸素吸蔵合金を内蔵したフィルタ３１を介してドライポンプＤＲＰが接続されている。前記陽子通過管３からリチウム蒸気トラップ２７を通してターボ分子ポンプ２６とドライポンプＤＲＰにより吸引された気体に空気が混じった時、この気体を水素、酸素吸蔵合金を内蔵したフィルタ３１を介してドライポンプＤＲＰで吸引する。さらにバナジウム合金等を内蔵し外部にヒータを取り付けた水素兼窒素トラップ３２を通し、水素、酸素及び窒素を除去した後、残りの気体は使用済みアルゴン排気タンク３７に排気される。この流路系は、窒素トラップ３２を通した後の気体をオリフィス３４を介して作動排気する構造になっており、前記四重極形質量分析計Ｑ-mass側に送るバイパス通路も用意されている。これら通路の切り替えは、何れもバルブ操作により行う。
【００２７】
中性子発生室５には、薄いリチウムターゲット流を形成するための整流板６が設けられ、この整流板６には耐えずリチウムが供給され、その表面にリチウムの薄い層流のリチウムターゲット流が形成される。この整流板６の表面の薄いリチウムターゲット流に加速器２で加速された陽子を衝突させることにより衝突方向に熱中性子が発生する。ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）では、この方向性を持った熱中性子を用いてガン治療を行う。多くの陽子は、この中性子発生室５で周囲の電子を奪って水素になり、更に水素同位体であるトリチウムが６Ｌｉから発生する。
【００２８】
前記整流板６においてリチウムターゲット流に陽子が衝突した後、リチウムターゲット流を形成していたリチウムは、排出側のリチウム流路９を通してリチウムタンク１１に送られる。リチウムタンク１１のリチウムの量はレベル計１３により監視され、同リチウムタンク１１の中に概ね一定量のリチウムが常時貯えられる。
【００２９】
リチウムタンク１１の底部にバルブ及び浸漬形電磁ポンプ１４を介してドレンタンク１２が接続されている。このドレンタンク１２の中のリチウムはレベル計１６により監視される。リチウムタンク１１のリチウムが余剰のときは、前記バルブの動作によりドレンタンク１２に排出され、またリチウムタンク１１のリチウムが所要の液位を維持するのに不足するときは、前記浸漬形電磁ポンプ１４の駆動によりリチウムタンク１１に汲み上げられる。
【００３０】
前記リチウムタンク１１とドレンタンク１２には、容器に金網を詰めてリチウム蒸気を除去するリチウムベーパートラップ２７’、２７”とバルブを介してアルゴンガス供給系とドライポンプＤＲＰが接続され、それらリチウムタンク１１、ドレンタンク１２は約１ｋＰａの僅かな絶対圧に維持される。この１ｋＰａの圧力は、リチウムの液頭（高さ）約２００ｍｍに相当する気圧である。この圧力は、圧力計Ｐにより監視される。
【００３１】
運転時はリチウムタンク１１とドレンタンク１２とのガス系をガス道通状態にして同圧にしておき、緊急時はリチウムタンク１１とドレンタンク１２の間のバルブを開いて、自然落下でリチウムループ内のリチウムを緊急ドレン出来る様にする。やむを得ず真空にせざるを得ない中性子発生室５以外のリチウムタンク１１とドレンタンク１２とを１ｋＰａ程度の絶対圧力にする理由は、大気圧より圧力が低いのでリークが有ってもリチウムやアルゴンガスは直接大気に放出されず、更にリチウムループ内のアルゴンガス圧によってリチウムからの水素並びにトリチウムガスの放出を最小限にし、緊急ドレン時にトリチウムガスを出来るだけリチウム内に閉じ込め、緊急ドレン時の安全性を高める為である。緊急ドレン時は、加速器も自働的に瞬時に止め、リチウムループの中性子発生室５のゲートバルブ４も瞬時に閉めて放射性物質が僅かに出来てしまうリチウムループ側を隔離するが、ゲートバルブ４は大きいので完全密閉に１秒単位の時間が掛かるので、リチウム緊急ドレンが実施されている最中にリチウムがリチウムループ内である程度湯面が下がって初めて中性子発生室５側にアルゴンガスが行き渡る様にすることが加速器側の真空を維持して、加速器の再起動を早めるためには、必要なことであるからリチウムタンク１１の横の下の方にリチウム流路９を接続して、この接続部までリチウムが下がって初めて１ｋＰａのアルゴンガスが中性子発生室５に供給される事で、ゲートバルブ４の閉止に１秒単位に時間が掛かっても良いようにしている。図示はしていないがリチウム流路９をリチウムタンク１１の上部フランジ面から突き刺して２重管方式にしても同じような効果が得られるが、２重管にする事によってリチウムタンクの径が太くなり、リチウムタンク１１側のリチウム面を測定する為に液面計を２重管の環状部入れなければならず、リチウムは表面張力が大きいので狭い範囲では液面が吸い上がり誤差を大きくしてしまうので、液面計を入れる環状部をかなり広げなければならない。これでは更にリチウムタンク１１の径が太くなって危険物であるリチウム量の増大をもたらす為に、あまり良い方法ではないので、あえてここでは図１の様に流路９とリチウムタンク１１とは分けたものを選択し、最優先に説明する事にした。
【００３２】
図示の例では、ドライポンプＤＲＰが直列に２段に接続され、それぞれのドライポンプＤＲＰの背後に第一の使用済みアルゴンタンク２８と第二の使用済みアルゴンタンク２９が接続され、リチウムタンク１１とドレンタンク１２とのガス系から排気される水素同位体ガスは、ドライポンプＤＲＰにより水素同位体フィルタ４２に送り込まれて水素同位体ガスを除去された後に使用済みアルゴンタンク２８に蓄えられ、更に使用済みアルゴンタンク２８が満タンになったらドライポンプＤＲＰの排気により使用済みアルゴンタンク２９に貯えられる。
【００３３】
使用済みアルゴンタンク２９に貯えられたガスも最終的には使用済みアルゴンタンク３７から、オリフィス３９を介して差動排気したガスを四重極形質量分析計Ｑ-massで水素分圧が測定され、使用済みアルゴンタンク３７のガスをそのトリチウム分圧に応じて基準値以下になるようにブロアによる空気にて希釈し、さらに希釈されたその濃度をトリチウムモニタ３８で監視しながら排気する。
【００３４】
前記アルゴンガス供給系とドライポンプＤＲＰとのアルゴンガス圧調整により、リチウムタンク１１内のリチウムの液位は、所要の高さが維持される。前記中性子発生室５からリチウムタンク１１に至るリチウム流路９は、リチウムタンク１１のリチウムの液位より低いリチウムタンク１１の中腹位置に接続され、リチウム流路９の途中に上側の気相と下側の液相とを分けるリチウムの液面、クエンチ面８が保持される。このクエンチ面８がリチウムタンク１１と別のリチウム流路９側にあることと、その高さが中性子源１からリチウムタンク１１に流れ込むリチウムがトリチウムを含む水素ガスの気泡をリチウムタンク１１内に持ち込むのを防止する働きもしている。
【００３５】
リチウムタンク１１にはまた、誘導電磁ポンプからなるリチウムポンプ１７が接続されている。リチウムタンク１１の中のリチウムは、このリチウムポンプ１７の駆動により、供給側のリチウム流路９’を通して前記中性子発生室５の整流板６側に還流され、供給される。供給側のリチウム流路９’には、電磁流量計２２が設けられ、供給側のリチウム流路９’を通るリチウムの流量が計測される。
【００３６】
また、前記リチウムポンプ１７と供給側のリチウム流路９’には、それぞれ熱交換器１８、２３が設けられ、熱交換器１８がリチウムポンプ１７の冷却又は加熱を行い、熱交換器２３が供給側のリチウム流路９’を通るリチウムを冷却又は加熱し、所要の温度に調整する。この温度調整されたリチウムがバルブを介して前記中性子発生室５の整流板６側に供給される。前記リチウムポンプ１７とリチウム流路９’の熱交換器１８、２３は、３５０℃耐熱性熱媒体を用いたそれぞれの冷却・加熱器２０と冷却・加熱器２１とによりそれぞれ冷却、加熱され、所要の温度に維持される。
【００３７】
前記リチウムタンク１１、ドレンタンク１２、リチウムポンプ１７及び電磁流量計２２は、リチウムポンプ１７とリチウム流路９’の熱交換器１８、２３を含めて密閉容器７の中に封入されている。この密閉容器７にはドライポンプＤＲＰが接続され、大気に対して負圧に維持される。またこの密閉容器７には、バルブを介してアルゴン供給タンク４０が接続され、このアルゴン供給タンク４０から密閉容器７に送り出されるアルゴンガスにより、密閉容器７の内部は不活性ガス雰囲気に維持される。
【００３８】
前記密閉容器７を減圧するドライポンプＤＲＰで同密閉容器７から排気した気体は、水素同位体除去フィルタとしてのＭｇ−Ｎｉ／Ｍｇ等の水素、酸素吸蔵合金からなるフィルタ３５とバナジウム合金等からなる窒素トラップ３６とを通して水素、酸素及び窒素を除去した後、残りの気体が前記使用済みアルゴンタンク３７に排気される。この系は、リチウムやアルゴンガスガス系から万が一密閉容器７に漏れ出したトリチウムを処理する為に取り付けられたものである。使用済みアルゴンタンク３７から排気する場合は、四重極形質量分析計Ｑ-massで水素分圧が測定され、使用済みアルゴンタンク３７のガスをそのトリチウム分圧に応じて基準値以下になるようにブロアによる空気にて希釈し、さらに希釈されたその濃度をトリチウムモニタ３８で監視しながら排気する。
【００３９】
この使用済みアルゴンタンク３７の中に排気された気体は、オリフィス３９を介して差動排気したガスを四重極形質量分析計Ｑ-massでトリチウム分圧が測定され、トリチウム分圧が高い時は、使用済みアルゴン排気タンク３７から戻り配管を通じてドライポンプＤＲＰに戻り水素同位体フィルタ３５と窒素トラップ３６を循環して、トリチウムを除去してから使用済みアルゴン排気タンク３７に戻される。その後、オリフィス３９を通して作動排気し、四重極形質量分析計Ｑ-massで測定した結果、使用済みアルゴン排気タンク３７の中に排気された気体のトリチウム分圧が低い時はバルブを開いてダクト４１に送り込み、ブロアによってダクト４１に送り込まれる大量の空気で基準濃度以下に希釈して大気に放出される。この放出ガスのトリチウム濃度は、トリチウムモニタ３８により監視する。
【００４０】
このような構成からなるリチウムループのトリチウム除去装置では、リチウムループのガス系に溜まるトリチウムを含む水素ガスを水素同位体除去フィルタによって除去し、トリチウムを含む水素ガスの集まりやすいリチウムタンク１１とリチウムポンプ１７等から万が一漏れ出した場合の気体も一旦密閉容器の中に保持し、この密閉容器の中の気体に含まれるトリチウムを除去したうえで、当該気体を希釈して更にトリチウムモニタ３８により監視しながら大気に放出することになる。よって中性子源１から排出されるリチウムに含まれる僅かなトリチウムが水素同位体除去フィルタによって除去され更にその分圧を四重極形質量分析計Ｑ-massで測定し後にブロアに依る空気で希釈して、基準以下であることトリチウムモニタ３８で監視しながら排気し、外部に直接トリチウムが漏れ出すことが無いようにしながらリチウムの循環供給を行うことが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、 例えば癌治療を目的として適用されるホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において、中性子源となるリチウムターゲットで発生する水素同位体元素であるトリチウムをリチウムが循環流通するリチウムループから除去するトリチウム除去装置として利用することが出来る。
【符号の説明】
【００４２】
１    中性子源
７    密閉容器
８    クエンチ面
９    リチウムの流路
９’  リチウムの流路
１１  リチウムタンク
１７  リチウムポンプ
３５  フィルタ
【図１】
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