(57)【要約】【課題】厚さを厚くすることなく、高エネルギ荷電粒子を遮蔽するとともに、中性子発生量が少ない遮蔽構造を提供する【解決手段】外から入射してくる高エネルギー荷電粒子の作用で核破砕を起こし難い密度が小さい軽材料で形成して前記高エネルギー荷電粒子を減速する１層目の遮蔽材１１と、密度が大きい重材料で形成して入射した荷電粒子を効果的に減速する２層目の遮蔽材１３とを一体的に組み合わせて構成した。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外から入射してくる高エネルギー荷電粒子の作用で核破砕を起こし難い密度が小さい軽材料で形成して前記高エネルギー荷電粒子を減速する１層目の遮蔽材と、
密度が大きい重材料で形成して入射した荷電粒子を効果的に減速する２層目の遮蔽材とを一体的に組み合わせて構成したことを特徴とする遮蔽構造。
【請求項２】
〔請求項１〕に記載する遮蔽構造において、
軽材料としてアルミニュウムを用いるとともに、重材料としてタングステン又は鉛を用いたことを特徴とする遮蔽構造。
【請求項３】
外から入射してくる高エネルギー荷電粒子の作用で核破砕を起こし難い密度が小さい軽材料で形成して前記高エネルギー荷電粒子を減速する１層目の遮蔽材と、
密度が大きい重材料で形成して入射した荷電粒子を効果的に減速する２層目の遮蔽材と、
前記１層目及び２層目で発生した中性子を減速・吸収するよう原子量の小さな元素を含む物質又は中性子吸収断面積の大きな材料で形成した３層目の遮蔽材とを一体的に組み合わせて構成したことを特徴とする遮蔽構造。
【請求項４】
〔請求項３〕に記載する遮蔽構造において、
軽材料としてアルミニュウムを用いるとともに、重材料としてタングステン又は鉛を用い、さらに中性子を散乱して減速する効果の大きい材料として水素を多く含有するポリエチレン等を用いるか、又は中性子吸収断面積の大きい材料としてボロン１０を用いたことを特徴とする遮蔽構造。
【請求項５】
外から入射してくる高エネルギー荷電粒子の作用で核破砕を起こし難い密度が小さい軽材料で形成して前記高エネルギー荷電粒子を減速する１層目の遮蔽材と、
前記１層目で発生した中性子を減速・吸収するような原子量の小さな元素を含む物質又は中性子吸収断面積の大きな材料で形成した２層目の遮蔽材と、
密度が大きい重材料で形成して入射した荷電粒子を効果的に減速する３層目の遮蔽材と、
前記１層目乃至３層目で発生した中性子を減速・吸収するよう原子量の小さな元素を含む物質又は中性子吸収断面積の大きな材料で形成した４層目の遮蔽材とを一体的に組み合わせて構成したことを特徴とする遮蔽構造。
【請求項６】
〔請求項５〕に記載する遮蔽構造において、
軽材料としてアルミニュウムを用いるとともに、重材料としてタングステン又は鉛を用い、さらに中性子を散乱して減速する効果の大きい材料として水素を多く含有するポリエチレン等を用いるか、又は中性子吸収断面積の大きい材料としてボロン１０を用いたことを特徴とする遮蔽構造。
【請求項７】
〔請求項１〕乃至〔請求項６〕の何れか一つに記載する遮蔽構造で外壁を形成したスペースシャトル又は宇宙ステーション等であることを特徴とする宇宙構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は遮蔽構造及びこれを有する宇宙構造物に関し、特に宇宙線に代表される高エネルギー荷電粒子の遮蔽に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
スぺースシャトル、有人宇宙ステーション等、宇宙空間を航行する宇宙構造物又は宇宙空間に浮遊する宇宙構造物では、宇宙線に代表される高エネルギー荷電粒子（例えば、陽子、Ｈｅ等のイオン）の遮蔽を充分行うことが肝要である。この遮蔽が充分でない場合、被爆により宇宙飛行士等の健康を害する虞があるからである。このための従来技術に係る遮蔽構造を図４及び図５に示す。図４に示す遮蔽構造Ｉは、例えばアルミニュウム等、密度が小さい軽材料を用いた単層構造の遮蔽材１で構成したものであり、外から入射してくる荷電粒子を前記遮蔽材１で遮蔽・吸収・減衰するものである。図５に示す他の遮蔽構造ＩＩは、図４に示す遮蔽材１に中性子遮蔽材２を重畳した複合構造の遮蔽構造で、外から入射してくる荷電粒子及び中性子を遮蔽・吸収・減衰するものである。このときの中性子遮蔽材２は、例えばポリエチレン等、原子量の小さな元素（水素等）を含む物質又は中性子吸収断面積が大きい材料で良好に形成することができる。
【０００３】
一般に、高エネルギー荷電粒子の遮蔽では、遮蔽材を厚くすればする程、その遮蔽効果が大きい。遮蔽材の厚さに比例して荷電粒子のエネルギーが吸収されるからである。また、遮蔽材を構成する材料の密度が大きければ大きい程、その遮蔽効果が大きい。密度が大きい材料の原子はその分多くの電子を有している結果、荷電粒子に対する各電子の電気的な影響がその分大きくなってそのエネルギーを効果的に吸収し得るからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、遮蔽材１を厚くすればする程、また遮蔽材１を構成する材料の密度が大きければ大きい程、高エネルギ荷電粒子が遮蔽材１の原子核に吸収され、この原子核を分裂させる核破砕反応を起こす確率が高くなる。かかる核破砕反応を生起した場合、多くの中性子が発生し、この中性子が遮蔽材１から放射される。したがって、遮蔽材１の内部に居る宇宙飛行士等は、前記中性子による被爆を受ける可能性があり、高エネルギ荷電粒子の遮蔽ととともに、前記中性子の発生も可及的に低減することが肝要である。
【０００５】
図４に示す遮蔽構造Ｉの場合、高エネルギ荷電粒子を効果的に遮蔽しようとすれば、その厚さを厚くせざるを得ず、宇宙構造体の重量増加及びコストの高騰を生起するばかりでなく、高エネルギ荷電粒子の作用による核破砕反応により発生する中性子を遮蔽することができないという問題がある。また、図５に示す遮蔽構造ＩＩの場合、遮蔽材１における核破砕反応により発生した中性子を中性子遮蔽材２である程度遮蔽することはできるが、遮蔽材１の部分で高エネルギ荷電粒子を効果的に減衰させるべく、その厚さが厚くなってしまっていた。
【０００６】
本発明は、上記従来技術に鑑み、厚さを厚くすることなく、高エネルギ荷電粒子を遮蔽するとともに、中性子発生量が少なく、発生した中性子も遮蔽し得る遮蔽構造及びこれを有する宇宙構造物を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【０００８】
１）　外から入射してくる高エネルギー荷電粒子の作用で核破砕を起こし難い密度が小さい軽材料で形成して前記高エネルギー荷電粒子を減速する１層目の遮蔽材と、
密度が大きい重材料で形成して入射した荷電粒子を効果的に減速する２層目の遮蔽材とを一体的に組み合わせて構成したこと。
【０００９】
２）　上記１）に記載する遮蔽構造において、
軽材料としてアルミニュウムを用いるとともに、重材料としてタングステン又は鉛を用いたこと。
【００１０】
３）　外から入射してくる高エネルギー荷電粒子の作用で核破砕を起こし難い密度が小さい軽材料で形成して前記高エネルギー荷電粒子を減速する１層目の遮蔽材と、
密度が大きい重材料で形成して入射した荷電粒子を効果的に減速する２層目の遮蔽材と、
前記１層目及び２層目で発生した中性子を減速・吸収するよう原子量の小さな元素を含む物質又は中性子吸収断面積の大きな材料で形成した３層目の遮蔽材とを一体的に組み合わせて構成したこと。
【００１１】
４）　上記３）に記載する遮蔽構造において、
軽材料としてアルミニュウムを用いるとともに、重材料としてタングステン又は鉛を用い、さらに中性子を散乱して減速する効果の大きい材料として水素を多く含有するポリエチレン等を用いるか、又は中性子吸収断面積の大きい材料としてボロン１０を用いたこと。
【００１２】
５）　外から入射してくる高エネルギー荷電粒子の作用で核破砕を起こし難い密度が小さい軽材料で形成して前記高エネルギー荷電粒子を減速する１層目の遮蔽材と、
前記１層目で発生した中性子を減速・吸収するような原子量の小さな元素を含む物質又は中性子吸収断面積の大きな材料で形成した２層目の遮蔽材と、
密度が大きい重材料で形成して入射した荷電粒子を効果的に減速する３層目の遮蔽材と、
前記１層目乃至３層目で発生した中性子を減速・吸収するよう原子量の小さな元素を含む物質又は中性子吸収断面積の大きな材料で形成した４層目の遮蔽材とを一体的に組み合わせて構成したこと。
【００１３】
６）　上記５）に記載する遮蔽構造において、
軽材料としてアルミニュウムを用いるとともに、重材料としてタングステン又は鉛を用い、さらに中性子を散乱して減速する効果の大きい材料として水素を多く含有するポリエチレン等を用いるか、又は中性子吸収断面積の大きい材料としてボロン１０を用いたこと。
【００１４】
７）　上記１）乃至６）の何れか一つに記載する遮蔽構造で外壁を形成したスペースシャトル又は宇宙ステーション等であること。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１６】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係る遮蔽構造を示す断面図である。同図に示すように当該遮蔽構造　ＩＩＩは、１層目の遮蔽材１１と２層目の遮蔽材１３とからなる２層構造のものである。当然、かかる２層構造を繰り返して複数段組み合わせた構造であっても良い。
【００１７】
１層目の遮蔽材１１は、外から入射してくる高エネルギー荷電粒子の作用で核破砕を起こし難い密度が小さい軽材料で形成して前記高エネルギー荷電粒子を減速するためのものである。具体的な軽材料としては、アルミニュウム及びその合金が、重材料としては、タングステン、鉛等を好適に用いることができる。
【００１８】
かかる遮蔽構造　ＩＩＩにおいては、核破砕を起こしにくい軽材料で形成した１層目の遮蔽材１１で高エネルギ荷電粒子を減速するとともに、密度の大きい重材料で形成した２層目の遮蔽材１３で効率良く荷電粒子を遮蔽する。このとき、高エネルギ荷電粒子は１層目の遮蔽材１１で減速された後、２層目の遮蔽材１３に入射するので、核破砕を生起するためのエネルギーを持ちえない確率も大きい。したがって、遮蔽材１３が核破砕を起こしやすい重材料で形成されていても核破砕を生起する確率が小さく、その分中性子の発生が抑制される。
【００１９】
＜第２の実施の形態＞
図２は本発明の第２の実施の形態に係る遮蔽構造を示す断面図である。同図に示すように当該遮蔽構造ＩＶは、１層目の遮蔽材１１、２層目の遮蔽材１３及び３層目の中性子遮蔽材１２をこの順序で一体的に組み合わせてなる。すなわち、図１に示す遮蔽構造　ＩＩＩにさらに中性子遮蔽材１２を組み合わせたものである。当然、かかる３層構造を繰り返して複数段組み合わせた構造であっても良い。
【００２０】
遮蔽材１１及び遮蔽材１３は図１に示す第１の実施の形態のものと同様に構成してある。すなわち、１層目の遮蔽材１１で、外から入射してくる高エネルギー荷電粒子を減速するとともに、２層目の遮蔽材１３で、入射した荷電粒子をさらに効果的に減速する。中性子遮蔽材１２は、前記１層目及び２層目の遮蔽材１１、１３で発生した中性子を減速・吸収するよう原子量の小さな元素を含む物質又は中性子吸収断面積の大きな材料で形成してある。具体的には、水素を多く含有するポリエチレン等、又はボロン１０等が好適である。
【００２１】
かかる遮蔽構造ＩＶにおいては、第１の実施の形態と同様に、核破砕を起こしにくい軽材料で形成した１層目の遮蔽材１１で高エネルギ荷電粒子を減速するとともに、密度の大きい重材料で形成した２層目の遮蔽材１３で効率良く荷電粒子を遮蔽する。さらに、このとき１層目及び２層目の遮蔽材１１、１３で発生した中性子は中性子遮蔽材１２で減衰されて遮蔽され、当該遮蔽構造Ｖ　から放射される中性子をさらに抑制することができる。
【００２２】
＜第３の実施の形態＞
図３は本発明の第３の実施の形態に係る遮蔽構造を示す断面図である。同図に示すように当該遮蔽構造Ｖ　は、１層目の遮蔽材１１、２層目の中性子遮蔽材１４、３層目の遮蔽材１３及び４層目の中性子遮蔽材１２をこの順序で一体的に組み合わせてなる。すなわち、図２に示す遮蔽構造ＩＶにおける遮蔽材１１と遮蔽材１３との間にさらに中性子遮蔽材１４を組み合わせたものである。当然、かかる４層構造を繰り返して複数段組み合わせた構造であっても良い。
【００２３】
ここで、中性子遮蔽材１４は中性子遮蔽材１２と同様と全く同様の材料を利用することができ、全く同様に形成することができる。
【００２４】
かかる遮蔽構造Ｖ　においては、第１及び第２の実施の形態と同様に、核破砕を起こしにくい軽材料で形成した１層目の遮蔽材１１で高エネルギ荷電粒子を減速する。次に、２層目の中性子遮蔽材１４で、１層目で発生した中性子を減衰して遮蔽するとともに入射した荷電粒子をさらに減速させる。３層目の密度が大きい重材料の遮蔽板１３では、エネルギー減衰して入射した荷電粒子をさらに減速させて遮蔽する。４層目の中性子遮蔽板１２では、このとき１層目乃至３層目の遮蔽材１１、、１４、１３で発生した中性子を減衰させて遮蔽する。この結果、当該遮蔽構造Ｖ　から放射される中性子を第２の実施の形態にかかる遮蔽構造ＩＶよりもさらに良好に抑制することができる。
【００２５】
なお、上記第１乃至第３の実施の形態に係る遮蔽構造　ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ　は、スペースシャトル又は宇宙ステーション等の宇宙構造物の外壁として用いることができる。かかる宇宙構造物の外壁に対しては宇宙空間から種々の高エネルギ荷電粒子が衝突し、この高エネルギ荷電粒子の作用により直接又はこの高エネルギ荷電粒子の入射に伴う核破砕による中性子を介して内部に居住する宇宙飛行士等の被爆を有効に防止することができるからである。
【００２６】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項１〕に記載する発明は、外から入射してくる高エネルギー荷電粒子の作用で核破砕を起こし難い密度が小さい軽材料で形成して前記高エネルギー荷電粒子を減速する１層目の遮蔽材と、密度が大きい重材料で形成して入射した荷電粒子を効果的に減速する２層目の遮蔽材とを一体的に組み合わせて構成したので、
核破砕を起こしにくい軽材料で形成した１層目の遮蔽材で高エネルギ荷電粒子を減速するとともに、密度の大きい重材料で形成した２層目の遮蔽材で効率良く荷電粒子を遮蔽する。このとき、高エネルギ荷電粒子は１層目の遮蔽材で減速された後、２層目の遮蔽材に入射するので、核破砕を生起するためのエネルギーを持ちえない確率も大きい。したがって、遮蔽材が核破砕を起こしやすい重材料で形成されていても核破砕を生起する確率が小さく、その分中性子の発生が抑制される。
この結果、本発明によれば、従来技術に係る遮蔽構造に比べその厚さを薄くすることができるばかりでなく、核破砕に伴う中性子対策の負担が軽くなるという効果を奏する。
【００２７】
〔請求項２〕に記載する発明は、〔請求項１〕に記載する遮蔽構造において、軽材料としてアルミニュウムを用いるとともに、重材料としてタングステン又は鉛を用いたので、
〔請求項１〕に記載する遮蔽構造を良好に構築することができる。
【００２８】
〔請求項３〕に記載する発明は、外から入射してくる高エネルギー荷電粒子の作用で核破砕を起こし難い密度が小さい軽材料で形成して前記高エネルギー荷電粒子を減速する１層目の遮蔽材と、密度が大きい重材料で形成して入射した荷電粒子を効果的に減速する２層目の遮蔽材と、前記１層目及び２層目で発生した中性子を減速・吸収するよう原子量の小さな元素を含む物質又は中性子吸収断面積の大きな材料で形成した３層目の遮蔽材とを一体的に組み合わせて構成したので、
〔請求項１〕に記載する発明と同様に、核破砕を起こしにくい軽材料で形成した１層目の遮蔽材で高エネルギ荷電粒子を減速するとともに、密度の大きい重材料で形成した２層目の遮蔽材で効率良く荷電粒子を遮蔽する。さらに、このとき１層目及び２層目の遮蔽材で発生した中性子は中性子遮蔽材で減衰されて遮蔽され、当該遮蔽構造から放射される中性子をさらに抑制することができる。
この結果、本発明によれば、〔請求項１〕に記載する発明に較べ中性子をさらに効果的に遮蔽することができ、内部の人に対する中性子による被爆をより確実に低減することができる。
【００２９】
〔請求項４〕に記載する発明は、〔請求項３〕に記載する遮蔽構造において、軽材料としてアルミニュウムを用いるとともに、重材料としてタングステン又は鉛を用い、さらに中性子を散乱して減速する効果の大きい材料として水素を多く含有するポリエチレン等を用いるか、又は中性子吸収断面積の大きい材料としてボロン１０を用いたので、
〔請求項３〕に記載する遮蔽構造を良好に構築することができる。
【００３０】
〔請求項５〕に記載する発明は、外から入射してくる高エネルギー荷電粒子の作用で核破砕を起こし難い密度が小さい軽材料で形成して前記高エネルギー荷電粒子を減速する１層目の遮蔽材と、前記１層目で発生した中性子を減速・吸収するような原子量の小さな元素を含む物質又は中性子吸収断面積の大きな材料で形成した２層目の遮蔽材と、密度が大きい重材料で形成して入射した荷電粒子を効果的に減速する３層目の遮蔽材と、前記１層目乃至３層目で発生した中性子を減速・吸収するよう原子量の小さな元素を含む物質又は中性子吸収断面積の大きな材料で形成した４層目の遮蔽材とを一体的に組み合わせて構成したので、
第１及び第２の実施の形態と同様に、核破砕を起こしにくい軽材料で形成した１層目の遮蔽材で高エネルギ荷電粒子を減速する。次に、２層目の中性子遮蔽材で、１層目で発生した中性子を減衰して遮蔽するとともに入射した荷電粒子をさらに減速させる。３層目の密度が大きい重材料の遮蔽板では、エネルギー減衰して入射した荷電粒子をさらに減速させて遮蔽する。４層目の中性子遮蔽板では、このとき１層目乃至３層目の遮蔽材で発生した中性子を減衰させて遮蔽する。この結果、当該遮蔽構造から放射される中性子を〔請求項３〕に記載する発明に係る遮蔽構造よりもさらに良好に抑制することができる。
この結果、本発明によれば、〔請求項３〕に記載する発明に較べ、中性子をさらに効果的に遮蔽することができ、内部の人に対する中性子による被爆をより確実に低減することができる。
【００３１】
〔請求項６〕に記載する発明は、〔請求項５〕に記載する遮蔽構造において、軽材料としてアルミニュウムを用いるとともに、重材料としてタングステン又は鉛を用い、さらに中性子を散乱して減速する効果の大きい材料として水素を多く含有するポリエチレン等を用いるか、又は中性子吸収断面積の大きい材料としてボロン１０を用いたので、
〔請求項５〕に記載する遮蔽構造を良好に構築することができる。
【００３２】
〔請求項７〕に記載する発明は、〔請求項１〕乃至〔請求項６〕の何れか一つに記載する遮蔽構造で外壁を形成したスペースシャトル又は宇宙ステーション等であるので、
かかる宇宙構造物の外壁に対して入射する宇宙空間から種々の高エネルギ荷電粒子の作用により直接又はこの高エネルギ荷電粒子の入射に伴う核破砕による中性子を介して内部に居住する宇宙飛行士等が被爆するのを可及的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る遮蔽構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る遮蔽構造を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る遮蔽構造を示す断面図である。
【図４】従来技術に係る遮蔽構造を示す断面図である。
【図５】従来技術に係る他の遮蔽構造を示す断面図である。
【符号の説明】
ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ　　　　　遮蔽構造
１１　　　　遮蔽材、
１２　　　　中性子遮蔽板
１３　　　　遮蔽材
１４　　　　中性子遮蔽板
【図１】
2004020414.tif 000003
【図２】
2004020414.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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