(57)【要約】【課題】核破砕中性子源減速材配管を小型化して、核破砕反応によって反応した中性子を有効利用すること。【解決手段】減速材配管１００は、内側流路３０及びこれを囲うように外側流路３２が形成されたステンレス製の同軸−単管変換部１０と、ここに挿入されてロウ付けされるＡｌの継ぎ手部材２０と、この継ぎ手部材２０の内部に配置されて液体水素を液体水素容器４０へ供給するＡｌの減速材供給内管２５とで構成される。同軸−単管変換部１０は、内部に内側流路３０が形成され、さらにその周囲には内側流路３０を囲うように外側流路３２が断面円状に形成された二重管構造となっている。断面円状に形成された外側流路３２は、その深さｈが外側流路３２の周方向全域にわたって略一定になるように形成されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
核破砕中性子源から照射される中性子を減速する主中性子減速部へ中性子減速材を供給するための内側流路と、当該内側流路の外側に前記内側流路を囲むように形成され、中性子減速後の前記中性子減速材を流す外側流路とを一体成形した同軸−単管変換部と、
前記同軸−単管変換部に取り付けられて、前記内側流路から供給される前記中性子減速材を前記主中性子減速部へ供給する減速材供給内管と、
前記同軸−単管変換部に接合されて、前記減速材供給内管との間に形成される空間が前記外側流路とつながる継ぎ手部材と、
を有することを特徴とする核破砕中性子源減速材配管。
【請求項２】
前記継ぎ手部材と前記同軸−単管変換部とは、ロウ付けによって接合されることを特徴とする請求項１に記載の核破砕中性子源減速材配管。
【請求項３】
前記継ぎ手部材は異なる性質を持つ材料を接合して構成され、少なくとも前記同軸−単管変換部と接合される部分はロウ付けに適した材料で形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の核破砕中性子源減速材配管。
【請求項４】
前記同軸−単管変換部の前記継ぎ手部材が挿入される部分における内径がその他の部分における内径よりも大きくなるように形成することにより前記部分の内面を段状に形成し、この部分に前記継ぎ手部材を挿入して接合することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の核破砕中性子源減速材配管。
【請求項５】
中性子減速材が供給されて核破砕中性子源から照射される中性子を減速する主中性子減速部と、
前記主中性子減速部に接続されてここに中性子減速材を供給し、中性子減速後の中性子減速材を回収する請求項１〜４のいずれか１項に記載の核破砕中性子源減速材配管と、
前記主中性子減速部と前記核破砕中性子源減速材配管とを囲んで、これらとの間に形成される空間を真空とする真空容器と、
を有することを特徴とする減速材容器。
【請求項６】
核破砕中性子源に陽子ビームを照射して核破砕反応により中性子を発生させるための陽子ビーム源と、
前記核破砕中性子源が配置され、この核破砕中性子源へ照射する陽子ビームを導入する陽子ビーム通路を内部に備えた中性子反射体と、
前記核破砕中性子源の周囲に配置される請求項５に記載の減速材容器と、
前記減速材容器の前記主中性子減速部へ中性子減速材を供給し、中性子減速後の中性子減速材を回収する中性子減速材供給・回収手段と、
を有することを特徴とする中性子発生施設。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、核破砕反応により発生した中性子の減速に関し、さらに詳しくは、核破砕中性子源減速材配管を小型化して、核破砕反応によって反応した中性子を有効に利用できる核破砕中性子源減速材配管及び減速材容器、並びに中性子発生施設に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中性子は各種の物性研究に対して重要な役割を果たす。核破砕中性子発生施設は、このような物性研究に供する大強度の中性子ビームを発生させるための装置である。この装置は、加速器からの高エネルギー、大電流の陽子ビームを鉛やタングステンなどの重金属のターゲットに照射し、核破砕（スポレーション）反応により大量の中性子を発生させる。鉛やタングステンのターゲットの場合は、１回の核破砕反応によって中性子が２０〜３０個くらい飛び出す。中性子は原子炉の核分裂反応でも得られるが、核破砕中性子源は、エネルギーコスト（発生中性子に対する発熱量）が小さいことや、陽子ビームのパルス化により瞬時値として原子炉の１００倍もの中性子強度が得られる等の理由により、大強度中性子源は核破砕反応を利用したものが対象となっている。
【０００３】
核破砕反応によって発生した中性子は、そのままではエネルギーが高いので、減速材によって中性子の速度を落としてから各種の物性研究等に供される。減速材としては水素を多く含む物質が使用されるが、良質な中性子を得るために、近年においては液体水素や液体メタン等を減速材として使用する技術が使用される。このような核破砕中性子発生装置は、例えば特許文献１に、内管を通して液体水素を容器内に供給し、内管と外管との間の空間を通して中性子を減速させた後の液体水素を回収する中性子減速用の容器が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−８２５９７号公報  Ｐ２、図４
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、中性子減速用の容器を核破砕中性子発生装置に実装する場合には、核破砕反応によって発生した中性子を有効に利用するため、中性子反射体の内部に中性子減速用の容器を配置する必要がある。このとき、中性子減速用の容器に対して減速材である液体水素や液体メタン等を供給・回収するための核破砕中性子源減速材配管が必要になる。この減速材配管を小型にすることによって、中性子反射体に発生する無駄な空間を低減できるが、従来技術及び上記特許文献１には、具体的な実装方法は開示されていない。
【０００６】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、核破砕中性子源減速材配管を小型化して、核破砕反応によって反応した中性子を有効に利用できる核破砕中性子源減速材配管及び減速材容器、並びに中性子発生施設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】
上述の目的を達成するために、この発明による核破砕中性子源減速材配管は、核破砕中性子源から照射される中性子を減速する主中性子減速部へ中性子減速材を供給するための内側流路と、当該内側流路の外側に前記内側流路を囲むように形成され、中性子減速後の前記中性子減速材を流す外側流路とを一体成形した同軸−単管変換部と、前記同軸−単管変換部に取り付けられて、前記内側流路から供給される前記中性子減速材を前記主中性子減速部へ供給する減速材供給内管と、前記同軸−単管変換部に接合されて、前記減速材供給内管との間に形成される空間が前記外側流路とつながる継ぎ手部材と、を有することを特徴とする。
【０００８】
この核破砕中性子源減速材配管は、同軸−単管変換部の内側流路と、この内側流路の周囲に外側流路とを一体に成形する。これにより、同軸−単管変換部を小型化できるので、この同軸−単管変換部を備えた核破砕中性子源減速材配管を反射体内に配置するための空間を小さくできる。これにより、核破砕中性子源減速材配管の部分を通過して反射体の外部に漏れる中性子を低減して、核破砕中性子源から照射される中性子を有効に利用できる。ここで、同軸−単管変換部と継ぎ手部材との接合には、ロウ付け又は摩擦圧接等の接合手段を適用できる。ここで、主中性子減速部とは、各種の物性研究等の目的に応じた速度まで中性子を減速するために用いられるものをいう（以下同様）。すなわち、主中性子減速部から出射される中性子が中性子発生施設から取り出されて各種の物性研究等に供される。
【０００９】
また、次の発明に係る核破砕中性子源減速材配管は、上記核破砕中性子源減速材配管において前記継ぎ手部材と前記同軸−単管変換部とは、ロウ付けによって接合されることを特徴とする。
【００１０】
この核破砕中性子源減速材配管は、同軸−単管変換部と継ぎ手部材とをロウ付けにより接合するので、爆着によって両者を接合する場合と比較して、同軸−単管変換部の径を小さくできる。これにより、核破砕中性子源減速材配管を反射体内に配置するための空間をそれだけ小さくできるので、核破砕中性子源減速材配管の部分を通過して反射体の外部に漏れる中性子を低減して、核破砕中性子源から発生した中性子を有効に利用できる。このとき、継ぎ手部材を同軸−単管変換部に挿入するか、又は同軸−単管変換部を継ぎ手部材に挿入してロウ付けすると、この部分は継ぎ手部材、又は同軸−単管変換部により補強される。これによって、継ぎ手部材等に高い内圧が作用しても、同軸−単管変換部と継ぎ手部材との継ぎ手部分における健全性を確保でき好ましい。
【００１１】
また、次の発明に係る核破砕中性子源減速材配管は、上記核破砕中性子源減速材配管において、前記継ぎ手部材は異なる性質を持つ材料を接合して構成され、少なくとも前記同軸−単管変換部と接合される部分はロウ付けに適した材料で形成されることを特徴とする。
【００１２】
この核破砕中性子源減速材配管は、このような構成により、同軸−単管変換部と接合される部分の健全性を確保することができる。また、継ぎ手部材を異なる性質の材料で構成するので、例えば熱処理によって強度を向上させる材料を継ぎ手部材に使用する場合には、熱処理が必要な材料に対してのみ熱処理を施すことができる。これにより、ロウ付け部分に熱処理の影響が及ばないので、ロウ付け部分の健全性を確保できる。また、ロウ付けには適さないが、その他の性能が優れる材料も継ぎ手部材として使用することができる。ここで、ロウ付けに適した材料とは、例えばＡｌ材では純Ａｌや、合金成分としてＭｇをほとんど含まないＪＩＳ−１０００系のＡｌ合金等である。
【００１３】
また、次の発明に係る核破砕中性子源減速材配管は、上記核破砕中性子源減速材配管において、前記同軸−単管変換部の前記継ぎ手部材が挿入される部分における内径がその他の部分における内径よりも大きくなるように形成することにより前記部分の内面を段状に形成し、この部分に前記継ぎ手部材を挿入して接合することを特徴とする。
【００１４】
このような構成により、同軸−単管変換部の継ぎ手部分と継ぎ手部材との間における接触面積を大きくできるので、ロウ付けの健全性をさらに高くすることができる。さらに、同軸−単管変換部の内面と継ぎ手部材の内面とが面一となるようにすれば、中性子を減速した液体水素がこの部分を通過する際に、液体水素は流れが乱されることなく滑らかに流れる。これにより、同軸−単管変換部と継ぎ手部材との接続部における摩擦損失を低減できるので、液体水素の供給に要するエネルギーを低減できる。
【００１５】
また、次の発明に係る減速材容器は、中性子減速材が供給されて核破砕中性子源から照射される中性子を減速する主中性子減速部と、前記主中性子減速部に接続されてここに中性子減速材を供給し、中性子減速後の中性子減速材を回収する上記核破砕中性子源減速材配管と、前記主中性子減速部と前記核破砕中性子源減速材配管とを囲んで、これらとの間に形成される空間を真空とする真空容器と、を有することを特徴とする。
【００１６】
この減速材容器は、上記核破砕中性子源減速材配管を備えるので、同軸−単管変換部と継ぎ手部材との接続の健全性・信頼性を高くすることができる。また、核破砕中性子源減速材配管の外径をコンパクトにできるので、減速材容器を反射体内に配置するための空間をそれだけ小さくできる。その結果、減速材配管の部分を通過して反射体の外部に漏れる中性子を低減して、核破砕中性子源から発生した中性子を有効に利用できる。
【００１７】
また、次の発明に係る中性子発生施設は、核破砕中性子源に陽子ビームを照射して核破砕反応により中性子を発生させるための陽子ビーム源と、前記核破砕中性子源が配置され、この核破砕中性子源へ照射する陽子ビームを導入する陽子ビーム通路を内部に備えた中性子反射体と、前記核破砕中性子源の周囲に配置される上記減速材容器と、前記減速材容器の前記主中性子減速部へ中性子減速材を供給し、中性子減速後の中性子減速材を回収する中性子減速材供給・回収手段と、を有することを特徴とする。
【００１８】
この中性子発生施設は、上記減速容器を備えるので、この減速容器に備えられる同軸−単管変換部と継ぎ手部材との接続の健全性・信頼性を高くすることができる。また、核破砕中性子源減速材配管の外径をコンパクトにできるので、減速材容器を反射体内に配置するための空間をそれだけ小さくできる。その結果、減速材配管の部分を通過して反射体の外部に漏れる中性子を低減して、核破砕中性子源から発生した中性子を有効に利用できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、この発明に係る核破砕中性子源減速材配管を備えた減速材容器を示す説明図である。図２は、この発明に係る核破砕中性子源減速材配管を示す説明図である。この核破砕中性子源減速材配管（以下減速材配管）１００は、ステンレス材を一体成形した二重管構造の同軸−単管変換部１０を備え、さらに、Ａｌの液体水素容器４０とステンレス材の前記同軸−単管変換部１０とをつなぐための継ぎ手部材２０をロウ付けにより接合した点に特徴がある。
【００２１】
核破砕中性子源である重金属のターゲット５から発生した中性子ＮＨは、図１のＸ方向から減速材容器５０に照射される。減速材容器５０内には液体水素容器４０が配置されており、液体水素が減速材供給・回収手段７０から減速材配管１００を介して供給される。減速材供給・回収手段７０は、減速材である液体水素を一定の温度に維持する機能を持ち、中性子を減速して昇温した液体水素の温度を下げて、再び液体水素容器へ送り出す。ここで、液体水素は中性子を減速する減速材としての役割を果たす。なお、液体水素の代わりに液体メタン等を使用してもよい。
【００２２】
主中性子減速部である液体水素容器４０は、減速材容器５０内に設けられた真空容器５２内に備えられており、液体水素容器４０の断熱効果を高めている。また、真空容器５２の外側は、純度の高いヘリウムが供給されるヘリウム容器５４で囲まれている。そして、万一真空容器５２が破損した場合には、ヘリウム容器５４に供給されるヘリウムがバッファーとなって、窒素や水等が液体水素容器４０へ付着することを低減する。
【００２３】
ヘリウム容器５４の外側には、副中性子減速部として前置減速材容器５６が設けられている。前置減速材容器５６には前置減速材として軽水が供給される。ターゲット５から放射される中性子は、液体水素によって減速される前に、前置減速材である軽水によってある程度の速度まで減速されてから、液体水素容器４０へ導入される。そして、この減速された中性子は、減速材供給・回収手段７０から供給される液体水素によって、液体水素容器４０において所望の速度まで減速される。
【００２４】
このように、軽水を前置減速材として中性子を予め減速すると、液体水素のみで中性子を減速しなくともよいので、中性子減速に起因する液体水素の温度上昇を抑制することができる。これにより、冷却能力が比較的小さい液体水素冷却手段を使用できるので、施設の建設コスト及び運用コストを低減できる。なお、ヘリウム容器及び前置減速材容器を設けなくともよい。
【００２５】
次に、図２を用いて本発明の実施の形態１に係る減速材配管について説明する。減速材配管１００は、内側流路３０及びこれを囲うように外側流路３２が形成されたステンレス製の同軸−単管変換部１０と、ここに挿入されてロウ付けされるＡｌの継ぎ手部材２０と、この継ぎ手部材２０の内部に配置されて液体水素を液体水素容器４０へ供給するＡｌの減速材供給内管２５とで構成される。同軸−単管変換部１０は、内部に内側流路３０が形成され、さらにその周囲には内側流路３０を囲うように外側流路３２が断面円状に形成された二重管構造となっている。断面円状に形成された外側流路３２は、その深さｈが外側流路３２の周方向全域にわたって略一定になるように形成されている。
【００２６】
なお、同軸−単管変換部１０をステンレス材で製造するのは、中性子減速材として使用する液体水素や液体メタンガス等を供給する冷却装置を含めた供給系はステンレス材を使用するので、供給系との接続の容易さを考慮したためである。なお、液体水素や液体メタンガス等は極低温かつ高圧であるので、これらの供給系はこのような環境化においても必要な強度及び靭性を維持できるステンレス材を一般的に使用する。
【００２７】
内側流路３０には減速材入口３０ｉが、外側流路３２には減速材出口３２ｏが設けられている。中性子の減速材である液体水素は減速材入口３０ｉから供給されて、ここで９０度向きを変えて内側流路３０へ流れ、液体水素容器４０内へ供給される。そして、この液体水素はターゲット５（図１参照）から放射された中性子を減速してから外側流路３２を流れて、減速材出口３２ｏの部分で９０度向きを変えてから、同軸−単管変換部１０から減速材供給・回収手段７０（図１参照）へ回収される。
【００２８】
同軸−単管変換部１０は、例えば切削加工により、前記内側流路３０及び前記外側流路３２が一体に成形される。これにより、同軸−並行変換を枝管構造とした場合において必要だった内管支持のためのアダプタが不要になるので、その分、同軸−単管変換部１０を小型化することができる。したがって、この同軸−単管変換部１０を備えた減速材配管１００を反射体内に配置するための空間を小さくできる。その結果、減速材配管１００の部分を通過して反射体の外部に漏れる中性子を低減して、ターゲット５から発生した中性子を有効に利用できる。
【００２９】
前記継ぎ手部材２０と減速材供給内管２５とは、ターゲット５からの中性子が通過するので、余分な中性子吸収を低減して、ターゲット５から発生した中性子を有効に利用する必要がある。このため、継ぎ手部材２０と減速材供給内管２５とは、中性子の吸収が少ないＡｌ材で製造する。なお、仕様に応じて使用するＡｌ材は純ＡｌやＡｌ合金を使い分ける。
【００３０】
同軸−単管変換部１０には、同軸−単管変換部１０と同じステンレス材で作られた円筒状部材１０ｐが溶接されて、同軸−単管変換部１０の継ぎ手部分１０ｃを形成する。同軸−単管変換部１０に形成される外側流路３２を切削により形成する場合は、前記継ぎ手部分１０ｃを分割して、別工程で接合させた方が製造しやすくなるので、好ましい。同軸−単管変換部１０の内側流路３０を形成して減速材供給内管２５と接続される内管継ぎ手部材１０ｉもステンレス材で作られており、同軸−単管変換部１０内に設けられた内側流路３０の開口端３０ｔに溶接される。ここで、円筒状部材１０ｐと、内管継ぎ手部材１０ｉとの間に形成される空間は、同軸−単管変換部１０の外側流路３２とつながれて、中性子を減速させた後の液体水素を回収する。
【００３１】
上述した通り、減速材供給内管２５は中性子吸収が少ないＡｌ材で形成される。減速材供給内管２５の内部には高圧の液体水素が流れるが、図２（ｂ）に示すように、継ぎ手部材２０へ液体水素容器４０が溶接されて、減速材供給内管２５はこの内部に配置される。したがって、減速材供給内管２５には、その内側及び外側から略同じ大きさの圧力が作用する。このため、減速材供給内管２５に強度部材としての機能は不要なので、これを製造するＡｌ材の種類を特に選択する必要はない。減速材供給内管２５は、前記内管継ぎ手部材１０ｉにねじ込まれて固定される。そして、減速材供給内管２５は、同軸−単管変換部１０の内側流路３０とつながって、内側流路から送られる液体水素を液体水素容器４０内へ供給する。継ぎ手部材２０と減速材供給内管２５との間に形成される空間は、同軸−単管変換部１０の外側流路３２とつながれて、中性子を減速させた後における液体水素容器４０内の液体水素を回収する。
【００３２】
図３は、同軸−単管変換部の継ぎ手部分と継ぎ手部材との接合状態を示す説明図である。同図に示すように、Ａｌの継ぎ手部材２０は、異なる性質を持つ第１継ぎ手部材２０１と第２継ぎ手部材２０２とを溶接して構成される。前者はロウ付け性に優れるＡｌ材で、後者は強度の高いＡｌ材である。ロウ付け性に優れるＡｌ材としては、純ＡｌあるいはＪＩＳ−１０００系合金を使用し、強度の高いＡｌ材としては、ＪＩＳ−６０００系合金やＪＩＳ−５０００系合金を使用する。ここで、ＪＩＳ−６０００合金は、強度を向上させるために熱処理としてＪＩＳのＴ６処理を施して使用する。また、ＪＩＳ−５０００系合金は、強度は高いが、Ｍｇを含有しているためにロウ付け性が悪い。この実施の形態では、ロウ付け性に優れるＡｌ材としてＪＩＳ−１１０１合金を使用し、強度に優れるＡｌ材としてＪＩＳ−６０６１合金を使用する。
【００３３】
なお、強度の高いＡｌ材を使用するのは、継ぎ手部材２０や液体水素容器４０を薄肉化して中性子の損失を低減し、高性能な中性子特性を得るためである。このとき、液体水素は高圧（２ＭＰａ程度）で液体水素容器４０へ供給され、継ぎ手部材２０の内側を通って回収されるので、薄肉でも強度の高いＡｌ材を使用する必要があるからである。
【００３４】
同軸−単管変換部１０の継ぎ手部分１０ｃにロウ材を介在させて第１継ぎ手部材２０１を挿入し、継ぎ手部分１０ｃを加熱することにより継ぎ手部分１０ｃと第１継ぎ手部材２０１とをロウ付けする。このロウ付けは真空中で行うと、フラックスが不要となる。特に長期使用においては、残留したフラックスにより継ぎ手部分１０ｃが腐食するおそれがあるが、真空中におけるロウ付けによれば、このような問題は発生しないので好ましい。ロウ材は、母材がＡｌのものが好ましく、例えば、ＡｌにＳｉを１１質量％程度含有させたロウ材を使用する。このように、同軸−単管変換部１０の継ぎ手部分１０ｃへ第１継ぎ手部材２０１を挿入してロウ付けすると、同軸−単管変換部１０によって第１継ぎ手部材２０１を支持できる。第１継ぎ手部材２０１及び第２継ぎ手部材２０２内には高圧の液体水素が流れるが、このような構成によって、これらに作用する内圧を同軸−単管変換部１０によっても支持することができるので、継ぎ手部分１０ｃの健全性、信頼性を向上させることができる。
【００３５】
できるだけ多くの中性子を減速材容器５０へ導くため、減速材配管１００を含む減速材容器５０（図１参照）は、実施の形態３で詳しく説明するように、鉄やベリリウム等の中性子反射体で覆われる。本発明の実施の形態１に係る減速材配管１００のように、同軸−単管変換部１０と継ぎ手部材２０とを接合すれば、爆着によって両者を接合する場合と比較して、同軸−単管変換部１０の外径を小さくできる。減速材配管１００の仕様にもよるが、一例を挙げれば、爆着と比較して、約半分程度まで同軸−単管変換部１０の外径を小さくできる。これにより、それだけ減速材配管１００を反射体内に配置するための空間を小さくできるので、減速材配管１００の部分を通過して反射体の外部に漏れる中性子を低減して、ターゲット５から発生した中性子を有効に利用できる。図４は、同軸−単管変換部の継ぎ手部分と第１継ぎ手部材との他の接合例を示す断面図である。同図に示すように、第１継ぎ手部材２０１内に同軸−単管変換部１０の円筒状部材１０ｐ（継ぎ手部分１０ｃ）を挿入してロウ付けしてもよい。このようにしても、第１継ぎ手部材２０１及び同軸−単管変換部１０によって、これらの内部を流れる液体水素の内圧を支持できるので、継ぎ手部分１０ｃの健全性、信頼性を向上させることができる。
【００３６】
次に、第１継ぎ手部材２０１と第２継ぎ手部材２０２とを溶接し、第２継ぎ手部材２０２と液体水素容器４０とを溶接する。その後、第２継ぎ手部材２０２及び液体水素容器４０に対して、熱処理としてＪＩＳのＴ６処理を施す。これにより、第２継ぎ手部材２０２及び液体水素容器４０の強度を所定の値まで向上させることができる。その後、減速材配管全体を真空容器５２（図１参照）内に設置して、減速材容器５０を構成する（図１参照）。なお、第１継ぎ手部材２０１と第２継ぎ手部材２０２との接合、及び第２継ぎ手部材２０と液体水素容器４０との接合には、摩擦圧接を使用してもよい。
【００３７】
ここで、継ぎ手部材２０全体を熱処理が必要なＡｌ合金で構成すると、ロウ付け後に熱処理をしなければならない。この熱処理には急冷工程が含まれており、ロウ付け部を急冷すると、当該ロウ付け部に割れ等の構造欠陥が発生するおそれがある。しかし、本発明の実施の形態１に係る構成によれば、継ぎ手部材を複数の材料で構成することにより、ロウ付け部分に対する熱処理（特に急冷処理）を回避できるので、ロウ付け部分の構造欠陥を防止することができる。これにより、高圧・低温の液体水素を流した場合でも、ロウ付け部の十分な耐久性・健全性を確保できる。また、ロウ付け性が悪いＪＩＳ−５０００系Ａｌ合金等を使用する場合でも、ロウ付け性に優れるＡｌ材とＪＩＳ−５０００系Ａｌ合金等とで継ぎ手部材２０を構成することにより、このような強度は高いがロウ付け性は悪いＡｌ材料でも使用することができる。
【００３８】
以上、この減速材配管１００によれば、同軸−単管変換部１０の内側流路３０と外側流路３２とを一体で形成したので、同軸−並行変換を枝管構造とした場合と比較して小型化することができる。また、同軸−単管変換部１０と継ぎ手部材２０とをロウ付けにより接合するので、爆着によって両者を接合する場合と比較して、同軸−単管変換部１０の径を小さくできる。これにより、外形寸法が小さくなる分だけ減速材配管１００を反射体内に配置するための空間を小さくできるので、減速材配管１００の部分を通過して反射体の外部に漏れる中性子を低減して、ターゲット５から発生した中性子を有効に利用できる。さらに、継ぎ手部材２０を異なる材質を溶接する構造としたので、ロウ付け部の信頼性・健全性を向上させつつ、強度の高い熱処理が必要なＡｌ合金等を用いた液体水素容器４０の薄肉化とを両立させることができる。
【００３９】
（変形例１）
図５は、実施の形態１の第１変形例に係る同軸−単管変換部における継ぎ手部分の構成を示す断面図である。この同軸−単管変換部１０の継ぎ手部分１０ｃ’の構成は、実施の形態１に係る同軸−単管変換部１０の継ぎ手部分１０ｃと略同様の構成であるが、継ぎ手部材２０が挿入される継ぎ手部分１０ｃ’の内面を段状に形成し、継ぎ手部材２０が継ぎ手部分１０ｃ’に挿入されると、同軸−単管変換部１０の内面と継ぎ手部材２０の内面とが面一となるようにした点に特徴がある。その他の構成は実施の形態１と同様なのでその説明を省略するとともに、同一の構成には同一の符号を付す。
【００４０】
同軸−単管変換部の継ぎ手部分１０ｃ’の内径はｄ１であるが、開口端１０ｐｔ’から第１継ぎ手部材２０１が挿入される距離ｌは、内径ｄ２に形成されている。ここで、ｄ１＜ｄ２であり、（ｄ２−ｄ１）／２が継ぎ手部材２０の肉厚ｔと略等しくなる。このように、同軸−単管変換部の継ぎ手部分１０ｃ’は、軸Ｚ方向に平行な断面内形状が階段状になる。このように形成された継ぎ手部分１０ｃ’に継ぎ手部材２０を挿入し、両者の間にロウを配置して加熱すると、同軸−単管変換部と第１継ぎ手部材２０１とがロウ付けされる。そして、図５に示すように、同軸−単管変換部１０の内面と継ぎ手部材２０の内面とが面一となる。このような構成により、中性子を減速した液体水素がこの部分を通過する際に、液体水素は流れが乱されることなく滑らかに流れる。これにより、同軸−単管変換部と継ぎ手部材２０との継ぎ手部分１０ｃ’における摩擦損失を低減できるので、液体水素の供給に要するエネルギーを低減できる。また、このような構成により、実施の形態１で説明した継ぎ手部分１０ｃの構成と比較して、継ぎ手部分１０ｃ’と継ぎ手部材２０との間における接触面積を大きくできるので、ロウ付けの健全性を高くすることができる。なお、継ぎ手部材２０が挿入される継ぎ手部分１０ｃ’の内面を段状に形成すれば、同軸−単管変換部の内面と継ぎ手部材２０の内面とが面一にならなくても、ロウ付けの健全性はある程度まで確保できる。
【００４１】
なお、図５（ｃ）に示すように、円筒状部材１０ｐ’’の開口端１０ｐｔ’’から離れるにしたがって継ぎ手部分１０ｃ’’の内径が小さくなるように、継ぎ手部分１０ｃ’’の内側をテーパー状に形成すると、第１継ぎ手部材２０１を継ぎ手部分１０ｃ’’へ挿入しやすくなる。また、図５（ｄ）に示すように、第１継ぎ手部材２０１’の外径がその端部２０１ｔ’に向かって小さくなるように、第１継ぎ手部材２０１’の外側を形成しても同様の効果を得ることができる。
【００４２】
（変形例２）
図６は、実施の形態１の第２変形例に係る同軸−単管変換部を示す説明図である。この同軸−単管変換部１１は、実施の形態１に係る同軸−単管変換部１０と略同様の構成であるが、外側流路３２’に設けられた減速材出口３２ｏ’の反対側における外側流路の深さが最も浅くなるように、外側流路３２’の深さｈを外側流路３２’の周方向に変化させて形成した点に特徴がある。その他の構成は実施の形態１と同様なのでその説明を省略するとともに、同一の構成には同一の符号を付す。
【００４３】
図６（ｃ）、（ｄ）に示すように、この同軸−単管変換部１１は、内部に内側流路３０が形成され、さらにその周囲には外側流路３２’が断面円状に形成されている。なお、図６（ｃ）は、図６（ｂ）のＡ−Ａ断面を、図６（ｄ）は、図６（ｂ）のＢ−Ｂ断面を示す。図６（ｂ）は、同軸−単管変換部１１を軸方向（図６（（ａ）の矢印Ｇ方向）から見たものである。このように、同軸−単管変換部１１は、二重管構造となっている。外側流路３２’は、外側流路３２’の周方向にその深さｈを変化させてあり、外側流路３２’に設けられた減速材出口３２ｏ’の対向側における深さが最も浅くなるように形成してある（図６（ｃ）、（ｄ）参照）。
【００４４】
同軸−単管変換部１１の外側流路３２’をこのように形成することによって、外側流路３２’を流れる液体水素の流速分布を均一にすることができる。これにより、同軸−単管変換部１１における液体水素の摩擦損失を低減できるので、液体水素の供給に必要なエネルギーを低減できる。
【００４５】
（実施の形態２）
図７は、この発明の実施の形態２に係る減速材配管を示す断面図である。図８は、この発明の実施の形態２に係る継ぎ手部材の製造手順を示す断面図である。この減速材配管１０１は、実施の形態１に係る減速材配管１００と略同様の構成であるが、同軸−単管変換部１２と第１継ぎ手部材２０１とを摩擦圧接によりＣ部で接合する点に特徴がある。その他の構成は実施の形態１と同様なのでその説明を省略するとともに、同一の構成には同一の符号を付す。
【００４６】
ステンレス材の同軸−単管変換部１２とＡｌ材の第１継ぎ手部材２０１とは、摩擦圧接によってＣ部で接合される。図８（ａ）に示すように、まず、同軸−単管変換部１０の開口端１２ｏｔと第１継ぎ手部材２０１の開口端２０１ｏｔとを突合せる。そして、両者を突合せた方向に圧力Ｐを加えながら両者を回転させる。すると、突合せ部の温度が上昇しＡｌ材が溶解して、図８（ｂ）に示すように、同軸−単管変換部１２とＡｌ材の継ぎ手部材２０１とがＣ部で接合する。
【００４７】
同軸−単管変換部１２の外径Ｄ１と、第１継ぎ手部材２０１の外径Ｄ２とは略同じ大きさである。このため、この減速材配管１０１は、実施の形態１に係る減速材配管１００（図２等参照）と比較して、同軸−単管変換部１０の外径を小さくすることができる。これにより、実施の形態１に係る減速材配管１００よりも、さらに減速材配管１０１を反射体内に配置するための空間を小さくできる。その結果、減速材配管１０１部分を通過して反射体の外部に漏れる中性子をさらに低減して、ターゲット５から発生した中性子をより有効に利用できる。
【００４８】
（実施の形態３）
図９、図１０は、本発明に係る減速材配管を備えた中性子発生施設を示す説明図である。この実施の形態においては、実施の形態１、２で説明した核破砕中性子源減速材配管１００等を備えた中性子発生施設２００について説明する。反射体交換プラグ支持支持容器２２０に取り付けられる反射体交換プラグ２１０は円柱状の容器であり、中性子吸収能の高い鉄やステンレス等の材料によって作られる。これにより、ターゲット５から発生する核破砕中性子が、反射体交換プラグ２１０の上方に透過することを防止する。
【００４９】
反射体交換プラグ２１０の先端には、反射体容器２３０が備えられる。反射体容器はＡｌで製造されており、内部に鉄やベリリウム等の中性子反射体、及び中性子反射によって発生する熱を冷却するための冷却流路が設置されている。この中性子反射体によって、核破砕中性子源であるターゲット５から発生する中性子を反射体容器２３０の外部へ逃がさないようにして、できるだけ多くの中性子が減速材容器５０を通過するようにする。
【００５０】
反射体容器２３０内には、陽子ビーム通路２３２が設けられており、その中にターゲット５が配置されている。本発明に係る核破砕中性子源減速材配管１００を備えた減速材容器５０が、ターゲット５の周囲に備えられる。反射体交換プラグ２１０の外側には、液体水素を減速材容器５０へ供給し、回収するための液体水素配管６０１が設置されている。液体水素配管６０１は、液体水素の供給系と回収系とを一体とした二重管構造であり、高圧の液体水素を供給するため断熱構造及び耐圧構造となっている。
【００５１】
液体水素配管６０１は、反射体交換プラグ２１０の上方に設けられた液体水素配管継ぎ手６２を介して液体水素配管６０２と接続される。液体水素配管６０２は、反射体交換プラグ２１０外に設置された減速材供給・回収手段７０と液体水素配管６０１とを接続する。液体水素配管継ぎ手６２の部分で液体水素配管６０１と６０２とを分離して、減速材容器５０や反射体容器２３０内の反射体等を定期的に点検・交換することができる。
【００５２】
陽子ビーム源は、陽子射出器２、線形加速器４及び累積リング６から形成される。陽子射出器２から射出した陽子は、線形加速器４に印加される高周波電流により加速されて、累積リング６へ入射する。そして、この累積リング６で偏向電磁石の磁場により軌道を曲げて周回させつつ、高周波電流により核破砕反応に必要なエネルギーまで加速される。所定のエネルギーまで加速した陽子は、高エネルギーの陽子ビームＰＢ累積リング６から鉛やタングステン等の重金属のターゲット５に向けて射出される。射出された陽子は、高エネルギーの陽子ビームＰＢとなってターゲット５に衝突し、核破砕（スポレーション）反応により大量の中性子を発生させる。
【００５３】
この核破砕反応によって発生した中性子は、ターゲット５の周囲に配置された減速材容器５０へ照射されて、減速材容器５０に供給される軽水及び液体水素によって物質構造解析等に必要な速度まで減速される。減速された冷中性子は、冷中性子取り出し口２３４から取り出され、物質構造解析等に供される。
【００５４】
この中性子発生施設２００は、本発明に係る減速材配管１００等を有する減速材容器５０を備えているので、減速材配管１００等の同軸−単管変換部１０における外径を小さくできる。これにより、それだけ減速材配管１００を反射体容器２３０内に配置するための空間を小さくできるので、減速材配管１００の部分を通過して反射体容器２３０の外部に漏れる中性子を低減して、ターゲット５から発生した中性子を有効に利用できる。
【００５５】
また、減速材配管１００等の継ぎ手部材２０（図２等参照）を複数の材料で構成することにより、ロウ付け部分に対する熱処理（特に急冷処理）を回避できるので、ロウ付け部分の構造欠陥を防止することができる。これにより、高圧・低温の液体水素を流した場合でも、ロウ付け部の十分な耐久性・健全性を確保して、中性子発生施設２００の信頼性を向上させることができる。また、ロウ付け性が悪いＪＩＳ−５０００系Ａｌ合金を使用する場合でも、ロウ付け性に優れるＡｌ材とＪＩＳ−５０００系Ａｌ合金とで継ぎ手部材２０を構成することにより、このような強度は高いがロウ付け性が悪いＡｌ材料でも使用することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る核破砕中性子源減速材配管は、同軸−単管変換部の内側流路と、この内側流路の周囲に外側流路とを一体に成形して同軸−単管変換部をコンパクトにした。これにより、この同軸−単管変換部を備えた減速材配管を反射体内に配置するための空間を小さくできるので、減速材配管の部分を通過して反射体の外部に漏れる中性子を低減して、中性子を有効に利用できる。
【００５７】
また、次の発明に係る核破砕中性子源減速材配管は、同軸−単管変換部と継ぎ手部材とをロウ付けにより接合するようにしたので、同軸−単管変換部の径を小さくできる。これにより、減速材配管を反射体内に配置するための空間をそれだけ小さくできるので、減速材配管の部分を通過して反射体の外部に漏れる中性子を低減して、中性子を有効に利用できる。
【００５８】
また、次の発明に係る核破砕中性子源減速材配管は、同軸−単管変換部と接合される継ぎ手部材は異なる性質を持つ材料を接合して構成し、少なくとも前記同軸−単管変換部と接合される部分はロウ付けに適した材料で形成した。これにより、例えば熱処理を要する材料を継ぎ手部材に使用する場合には、熱処理が必要な材料に対してのみ熱処理を施すことができる。これにより、ロウ付け部分に熱処理の影響が及ばないので、ロウ付け部分の健全性を確保できる。
【００５９】
また、次の発明に係る核破砕中性子源減速材配管は、前記同軸−単管変換部の前記継ぎ手部材が挿入される部分の内面を段状に形成し、この部分に前記継ぎ手部材を挿入して接合するようにした。これにより、同軸−単管変換部の継ぎ手部分と継ぎ手部材との間における接触面積を大きくできるので、ロウ付けの健全性をさらに高くすることができる。
【００６０】
また、次の発明に係る減速材容器は、上記核破砕中性子源減速材配管を備えたので、同軸−単管変換部と継ぎ手部材との接続の健全性・信頼性を高くすることができる。また、核破砕中性子源減速材配管の外径をコンパクトにできるので、減速材容器を反射体内に配置するための空間を小さくして反射体の外部に漏れる中性子を低減できる。
【００６１】
また、次の発明に係る中性子発生施設は、上記減速容器を備えたので、この減速容器に備えられる同軸−単管変換部と継ぎ手部材との接続の健全性・信頼性を高くすることができる。また、核破砕中性子源減速材配管の外径をコンパクトにできるので、減速材容器を反射体内に配置するための空間をそれだけ小さくできる。その結果、減速材配管の部分を通過して反射体の外部に漏れる中性子を低減して、核破砕中性子源から発生した中性子を有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る核破砕中性子源減速材配管を備えた減速材容器を示す説明図である。
【図２】この発明に係る核破砕中性子源減速材配管を示す説明図である。
【図３】同軸−単管変換部の継ぎ手部分と継ぎ手部材との接合状態を示す説明図である。
【図４】同軸−単管変換部の継ぎ手部分と第１継ぎ手部材との他の接合例を示す断面図である。
【図５】実施の形態１の第１変形例に係る同軸−単管変換部における継ぎ手部分の構成を示す断面図である。
【図６】実施の形態１の第２変形例に係る同軸−単管変換部を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る減速材配管を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る継ぎ手部材の製造手順を示す断面図である。
【図９】本発明に係る減速材配管を備えた中性子発生施設を示す説明図である。
【図１０】本発明に係る減速材配管を備えた中性子発生施設を示す説明図である。
【符号の説明】
１０、１１、１２  同軸−単管変換部
１０ｐ  円筒状部材
１０ｃ  継ぎ手手部分
１０ｉ  内管継ぎ手部材
２０  継ぎ手部材
２０１  第１継ぎ手手部材
２０２  第２継ぎ手部材
２５  減速材供給内管
３０  内側流路
３２  外側流路
４０  液体水素容器
５０  減速材容器
５２  真空容器
５４  ヘリウム容器
５６  前置減速材容器
７０  減速材供給・回収手段
１００、１０１  核破砕中性子源減速材配管（減速材配管）
２００  中性子発生施設
２１０  反射体交換プラグ
２３０  反射体容器
【図１】
2004354354.tif 000003
【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】
2004354354.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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