(57)【要約】【課題】  小型・簡単な構成で、且つ、低コストで十分な量の中性子を発生・照射させることができる中性子照射装置を提供すること。【解決手段】  中性子照射部を備えた外筐と、この外筐内に設置され中性子を発生させる慣性静電閉じ込め型核融合装置と、を具備した構成になっているので、従来のような複雑な構成で大型の原子炉を使用する場合に比べて、小型化、構成の簡略化、低コスト化を図ることができるとともに十分な量の中性子を発生・照射させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子照射部を備えた外筐と、
この外筐内に設置され中性子を発生させる慣性静電閉じ込め型核融合装置と、
を具備したことを特徴とする中性子照射装置。
【請求項２】
請求項１記載の中性子照射装置において、
上記外筐には中性子収束部が設けられていて、上記核融合装置で発生した中性子をこの中性子収束部で収束して上記中性子照射部を介して照射することを特徴とする中性子照射装置。
【請求項３】
請求項２記載の中性子照射装置において、
上記中性子収束部は上記中性子照射部に向かって先細に設けられた縮径部と該縮径部の基端に設けられた凹面部とから構成されていて、拡散する中性子を上記中性子照射部に向けて反射・収束させるものであることを特徴とする中性子照射装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載の中性子照射装置において、
上記外筐の上記中性子収束部以外の部分は中性子遮蔽部であることを特徴とする中性子照射装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れかに記載の中性子照射装置において、
上記中性子収束部内であって上記中性子照射部の手前には中性子減速器が設けられていることを特徴とする中性子照射装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れかに記載の中性子照射装置において、
上記核融合装置は、中心に設置された陰極と、該陰極の外周側に設置された陽極と、を備えており、
上記陽極にイオンを集中・加速するためのイオン集中・加速部を上記陰極方向に指向させた状態で設けたことを特徴とする中性子照射装置。
【請求項７】
請求項６記載の中性子照射装置において、
複数のイオン集中・加速部を上記陰極を挟んで対向・配置させたことを特徴とする中性子照射装置。
【請求項８】
請求項７記載の中性子照射装置において、
上記陰極を挟んで対向・配置された二つ一組のイオン集中・加速部を３組合計６個設けたことを特徴とする中性子照射装置。
【請求項９】
請求項６〜請求項８の何れかに記載の中性子照射装置において、
上記イオン集中・加速部は突起であることを特徴とする中性子照射装置。
【請求項１０】
請求項９記載の中性子照射装置において、
上記突起は先端が尖っていることを特徴とする中性子照射装置。
【請求項１１】
請求項６〜請求項８の何れかに記載の中性子照射装置において、
上記イオン集中・加速部はイオン銃であることを特徴とする中性子照射装置。
【請求項１２】
請求項６〜請求項１１の何れかに記載の中性子照射装置において、
複数の上記イオン集中・加速部が上記陰極の中心に対して等距離に設置されていることを特徴とする中性子照射装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の核融合装置において、
上記複数のイオン集中・加速部はその外周側に設置された陽極要素に設置されていることを特徴とする核融合装置。
【請求項１４】
請求項６〜請求項１３記載の中性子照射装置において、
上記陰極は上記イオン集中・加速部の形状に対応する円形又は非円形の陰極要素を各イオン集中・加速部に向けて対向・配置された構成をなしていることを特徴とする中性子照射装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の中性子照射装置において、
上記陰極要素は上記イオン集中・加速部を介して集中・加速されるイオンのビーム中心軸に対して均等な距離を保つような形状をなしていることを特徴とする中性子照射装置。
【請求項１６】
請求項１４又は請求項１５記載の核融合装置において、
上記陰極要素は円形リング形状をなしていることを特徴とする核融合装置。
【請求項１７】
請求項１４又は請求項１５記載の核融合装置において、
上記陰極要素はその縦断面が中空山型形状をなしていることを特徴とする核融合措置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：Ｂｏｒｏｎ  Ｎｅｕｔｒｏｎ  Ｃａｐｔｕｒｅ  Ｔｈｅｒａｐｙ）に用いられる中性子照射装置に係り、特に、小型・簡単な構成で、且つ、低コストで十分な量の中性子を発生・照射させることができるように工夫したものに関する。
【０００２】
医療用として用いられる中性子照射装置の構成を開示したものとして、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、等がある。
【０００３】
特許文献１に記載された発明による「放射線照射装置」は概略次のような構成になっている。まず、原子炉があり、この原子炉内には中性子照射キャプセルが設置されている。この中性子照射キャプセルと被照射体との間には放射性同位元素含有溶液が循環する構成になっている。
そして、原子炉内で発生した中性子が放射性同位元素含有溶液に照射されると、放射性同位元素から放射線が放出され、それが被照射体に照射されることになる。
上記原子炉としては、「ＪＭＴＲ（Ｊａｐａｎ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｒｅａｃｔｏｒ）」と称される核分裂型の軽水炉が使用されている。このＪＭＴＲは軽水減速冷却タンク型の材料試験用原子炉である。
【０００４】
次に、特許文献２に記載された発明による「地域共生プラント施設」であるが、まず、原子炉があり、この原子炉で発生した中性子を患者に照射するための照射孔が設けられている。上記原子炉としては、いわゆる「スイミングプール型原子炉」が使用されていて、その原子炉として沸騰水型原子炉が使用される構成になっている。
【０００５】
次に、特許文献３に記載された発明による「医療用アイソトープ産生のための装置」は次のような構成になっている。まず、原子炉があり、その原子炉内で発生した中性子が医療用アイソトープに照射される。この医療用アイソトープを使用して患者に治療を施す。上記原子炉としていわゆる「ハイブリッド原子炉」が使用されている。この「ハイブリッド原子炉」は、核分裂部と核融合部を組み合わせたものである。
尚、これらとは別に、中性子発生源として加速器を使用したものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−７７３３号公報
【特許文献２】特開２００１−２３５５８６号公報
【特許文献３】特表２０１１−５２２２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の構成によると、次のような問題があった。
まず、特許文献１〜特許文献３に記載されている中性子発生源としての原子炉は何れも大型で構成も複雑であり、医療用として使い難いという問題があった。又、価格も高価であり、医療用として使う上で大きな障害になっていた。
又、加速器の場合も同様であり、大型でその構成も複雑であるとともに高価であり、医療用としては使い難いものであった。
又、別の問題として医療用として使用するのに十分な中性子を確保し難いという問題もあった。
【０００８】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、小型・簡単な構成で、且つ、低コストで十分な量の中性子を発生・照射させることができる中性子照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するべく本願発明の請求項１による中性子照射装置は、中性子照射部を備えた外筐と、この外筐内に設置され中性子を発生させる慣性静電閉じ込め型核融合装置と、を具備したことを特徴とするものである。
又、請求項２による中性子照射装置は、請求項１記載の中性子照射装置において、上記外筐には中性子収束部が設けられていて、上記核融合装置で発生した中性子をこの中性子収束部で収束して上記中性子照射部を介して照射することを特徴とするものである。
又、請求項３による中性子照射装置は、請求項２記載の中性子照射装置において、上記中性子収束部は上記中性子照射部に向かって先細に設けられた縮径部と該縮径部の基端に設けられた凹面部とから構成されていて、拡散する中性子を上記中性子照射部に向けて反射・収束させるものであることを特徴とするものである。
又、請求項４による中性子照射装置は、請求項２又は請求項３記載の中性子照射装置において、上記外筐の上記中性子収束部以外の部分は中性子遮蔽部であることを特徴とするものである。
又、請求項５による中性子照射装置は、請求項１〜請求項４の何れかに記載の中性子照射装置において、上記中性子収束部内であって上記中性子照射部の手前には中性子減速器が設けられていることを特徴とするものである。
又、請求項６による中性子照射装置は、請求項１〜請求項５の何れかに記載の中性子照射装置において、上記核融合装置は、中心に設置された陰極と、該陰極の外周側に設置された陽極と、を備えており、上記陽極にイオンを集中・加速するためのイオン集中・加速部を上記陰極方向に指向させた状態で設けたことを特徴とするものである。
又、請求項７による中性子照射装置は、請求項６記載の中性子照射装置において、複数のイオン集中・加速部を上記陰極を挟んで対向・配置させたことを特徴とするものである。
又、請求項８による中性子照射装置は、請求項７記載の中性子照射装置において、上記陰極を挟んで対向・配置された二つ一組のイオン集中・加速部を３組合計６個設けたことを特徴とするものである。
又、請求項９による中性子照射装置は、請求項６〜請求項８の何れかに記載の中性子照射装置において、上記イオン集中・加速部は突起であることを特徴とするものである。
又、請求項１０による中性子照射装置は、請求項９記載の中性子照射装置において、上記突起は先端が尖っていることを特徴とするものである。
又、請求項１１による中性子照射装置は、請求項６〜請求項８の何れかに記載の中性子照射装置において、上記イオン集中・加速部はイオン銃であることを特徴とするものである。
又、請求項１２による中性子照射装置は、請求項６〜請求項１１の何れかに記載の中性子照射装置において、複数の上記イオン集中・加速部が上記陰極の中心に対して等距離に設置されていることを特徴とするものである。
又、請求項１３による核融合装置は、請求項１２記載の核融合装置において、
上記複数のイオン集中・加速部はその外周側に設置された陽極要素に設置されていることを特徴とするものである。
又、請求項１４による中性子照射装置は、請求項６〜請求項１３記載の中性子照射装置において、上記陰極は上記イオン集中・加速部の形状に対応する円形又は非円形の陰極要素を各イオン集中・加速部に向けて対向・配置された構成をなしていることを特徴とするものである。
又、請求項１５による中性子照射装置は、請求項１４記載の中性子照射装置において、上記陰極要素は上記イオン集中・加速部を介して集中・加速されるイオンのビーム中心軸に対して均等な距離を保つような形状をなしていることを特徴とするものである。
又、請求項１６による中性子照射装置は、請求項１４又は請求項１５記載の核融合装置において、上記陰極要素は円形リング形状をなしていることを特徴とするものである。
又、請求項１７による中性子照射装置は、請求項１４又は請求項１５記載の核融合装置において、上記陰極要素はその縦断面が中空山型形状をなしていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上述べたように本願発明の請求項１による中性子照射装置によると、中性子照射部を備えた外筐と、この外筐内に設置され中性子を発生させる慣性静電閉じ込め型核融合装置と、を具備したので、小型化、構成の簡略化、低コスト化を図ることができる。
又、請求項２による中性子照射装置によると、請求項１記載の中性子照射装置において、上記外筐には中性子収束部が設けられていて、上記核融合装置で発生した中性子をこの中性子収束部で収束して上記中性子照射部を介して照射するので、中性子を効果的に収束させて照射することができる。
又、請求項３による中性子照射装置によると、請求項２記載の中性子照射装置において、上記中性子収束部は上記中性子照射部に向かって先細に設けられた縮径部と該縮径部の基端に設けられた凹面部とから構成されていて、拡散する中性子を上記中性子照射部に向けて反射・収束させるものであるので、中性子を効果的に収束させて照射することができる。
又、請求項４による中性子照射装置によると、請求項２又は請求項３記載の中性子照射装置において、外筐の上記中性子収束部以外の部分は中性子遮蔽部であるので、上記中性子照射部以外の部位からの中性子の放出を規制して安全性の向上を図ることができる。
又、請求項５による中性子照射装置によると、請求項１〜請求項４の何れかに記載の中性子照射装置において、上記中性子収束部内であって上記中性子照射部の手前には中性子減速器が設けられているので、中性子を適宜減速させて照射することができる。
又、請求項６による中性子照射装置によると、請求項１〜請求項５の何れかに記載の中性子照射装置において、上記核融合装置は、中心に設置された陰極と、該陰極の外周側に設置された陽極と、を備えており、上記陽極にイオンを集中・加速するためのイオン集中・加速部を上記陰極方向に指向させた状態で設けたので、高圧電場を歪ませて局所化させることにより、イオンを集中させて加速することができ、それによって、核融合反応量を増大させて発生する中性子や荷電粒子等の放射線の量を増やすことができる。
尚、イオンの発生総量は電流に比例して決定されるが、イオン集中・加速部を設けた部分で集中発生するようになる。
又、請求項７による中性子照射装置によると、請求項６記載の中性子照射装置において、複数のイオン集中・加速部を上記陰極を挟んで対向・配置させたので、イオン集中・加速部から陰極に向けて加速されたイオンは、陰極内に溜っているイオンと衝突するだけでなく、対向・配置されたイオン集中・加速部から加速されたイオンとも衝突することになり、それによって、さらに核融合反応量を増大させて発生する中性子や荷電粒子等の放射線の量を増やすことができる。
又、請求項８による中性子照射装置によると、請求項７記載の中性子照射装置において、上記陰極を挟んで対向・配置された二つ一組のイオン集中・加速部を３組合計６個設けたため、発生したイオンの集中・加速が効果的なものとなる。
又、請求項９による中性子照射装置によると、請求項６〜請求項８の何れかに記載の中性子照射装置において、上記イオン集中・加速部は突起であるので、発生したイオンの集中・加速が効果的なものとなる。
又、請求項１０による中性子照射装置によると、請求項９記載の中性子照射装置において、上記突起は先端が尖っているので、発生したイオンの集中・加速がより効果的なものとなる。
又、請求項１１による中性子照射装置によると、請求項６〜請求項８の何れかに記載の中性子照射装置において、上記イオン集中・加速部はイオン銃であるので、発生したイオンの集中・加速が効果的なものとなる。
又、請求項１２による中性子照射装置によると、請求項６〜請求項１１の何れかに記載の中性子照射装置において、複数の上記イオン集中・加速部が上記陰極の中心に対して等距離に設置されているので、集中・加速されたイオンの衝突を効果的に行わせることができる。
又、請求項１３による核融合装置は、請求項１２記載の核融合装置において、
上記複数のイオン集中・加速部はその外周側に設置された陽極要素に設置されているので、上記陽極要素からの不要なイオンの発生が少なくなり、核融合反応を効果的に行うことができる。
又、請求項１４による中性子照射装置によると、請求項６〜請求項１３記載の中性子照射装置において、上記陰極は上記イオン集中・加速部の形状に対応する円形又は非円形の陰極要素を各イオン集中・加速部に向けて対向・配置された構成をなしているので、陽極により加速されるイオンを極力ビーム化させることができ、それによって、さらに核融合反応量を増大させて発生する中性子や荷電粒子等の放射線の量を増やすことができる。
又、請求項１５による中性子照射装置によると、請求項１４記載の中性子照射装置において、上記陰極要素は上記イオン集中・加速部を介して集中・加速されるイオンのビーム中心軸に対して均等な距離を保つような形状をなしているので、陽極側から集中・加速されたイオンが効率良く陰極側の中央部に集まることになり、上記効果がより高いものとなる。
又、請求項１６による中性子照射装置は、請求項１４又は請求項１５記載の核融合装置において、上記陰極要素は円形リング形状をなしているので、陽極側から集中・加速されたイオンが効率良く陰極側の中央部に集まることになり、上記効果がより高いものとなる。
又、請求項１７による中性子照射装置は、請求項１４又は請求項１５記載の核融合装置において、上記陰極要素はその縦断面が中空山型形状をなしているので、陽極側から集中・加速されたイオンが効率良く陰極側の中央部に集まることになり、上記効果がより高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、中性子照射装置の縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図で、中性子照射装置の正面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す図で、核融合装置の全体構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態を示す図で、核融合装置の全体構成を示す平面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図５（ａ）は図４のＶａ−Ｖａ断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のｂ部の拡大図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図４のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態を示す図で、イオンの集中・加速を示す斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態を示す図で、イオンの衝突を示す斜視図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態を示す図で、イオンの衝突と陰極の構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態を示す図で、イオンの衝突と陰極の構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態を示す図で、イオン銃の構成を模式的に示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態を示す図で、図１２（ａ）は陰極の構成を示す斜視図、図１２（ｂ）は陰極の構成を示す平面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態を示す図で、図１３（ａ）は図１２（ｂ）のＸＩＩＩａ−ＸＩＩＩａ断面図、図１３（ｂ）は図１２（ｂ）のＸＩＩＩｂ−ＸＩＩＩｂ断面図、図１３（ｃ）は中空山型陰極要素の縦断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態を示す図で、図１４（ａ）は陰極の構成を示す斜視図、図１４（ｂ）は陰極の構成を示す平面図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態を示す図で、図１５（ａ）は図１４（ｂ）のＸＶａ−ＸＶａ断面図、図１５（ｂ）は図１４（ｂ）のＸＶｂ−ＸＶｂ断面図、図１５（ｃ）は中空山型陰極要素の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図１乃至図９を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。図１に示すように、この第１の実施の形態による中性子照射装置１には、まず、外筐３がある。この外筐３は略中空球形状となっており、基台４によって支持された構成になっている。上記外筐３は、例えば、ボロン入りポリエチレン製であり、中性子を遮断するものである。又、上記基台４は、その内部に、図示しない電源装置、制御装置、真空ポンプ、後述する水素ガスの供給源であるボンベ等が収容・配置されるとともに、表面側には、図示しない操作卓が設置される。
又、上記外筐３の内部には中空の中性子収束部５が設置されている。
【００１３】
図１、図２に示すように、上記中性子収束部５の先端（図１中右端）は中性子照射部７となっている。上記中性子収束部５の基端（図１中左端）には凹面部９が設けられており、この凹面部９の上記中性子照射部７側（図１中右側）には上記中性子照射部７側（図１中右側）に向かって縮径された縮径部１１が連続して設けられている。これら凹面部９、縮径部１１は複数枚の反射板９ａ、１１ａから構成されている。
【００１４】
上記中性子収束部５内には、後述する核融合装置１０１が設置されており、この核融合装置１０１から中性子が放出される。この中性子の一部は、上記中性子収束部５内で反射・収束され、上記中性子照射部７を介して、例えば、図示しない患者、人間以外の生物、細胞、等に照射される。
【００１５】
又、上記中性子収束部５の上記中性子照射部７側（図１中右側）には中性子減速器１３が設置されている。中性子はこの中性子減速器１３を通過する際に減速されることになる。上記中性子減速器１３は、上記中性子収束部５内の基端側（図１中左側）に、後述する核融合装置１０１を収納する空間１４を設けた状態で設置されている。また、上記中性子減速器１３は、基端側（図１中左側）に設置された第１減速材１３ａと、この第１減速材１３ａの先端側（図１中右側）に設置された第２減速材１３ｂと、この第２減速材１３ｂの先端側（図１中右側）に設置された第３減速材１３ｃとから構成されている。上記第１減速材１３ａは、例えば、ポリエチレン製であり、上記第２減速材１３ｂは、例えば、高密度等方性カーボン製であり、上記第３減速材１３ｃは、例えば、高密度等方性カーボン製である。
又、上記第２減速材１３ｂは、更に、複数（この実施の形態では６枚）の減速材１３ｄが積層された構造となっており、この減速材１３ｄの数を適宜変更することで、中性子の速度が調整される。
【００１６】
上記外筐３の内周面と上記中性子収束部５の外周面との間には中性子遮蔽部１５が設けられており、この中性子遮蔽部１５によって、上記中性子照射部７以外からの上記中性子の放出が防止される構成になっている。本実施の形態の場合には、上記中性子遮蔽部１５には、水１６が充填されている。この充填された水１６によって殆どの中性子は減衰・遮断されることになるが、極僅かに漏れ出た中性子は既に述べた外筐３によって遮断されることになる。
尚、上記中性子照射装置１には、後述する核融合装置１０１に、水素ガスを供給する配管、電力を供給するケーブル等が通る配管１７が設置されている。
【００１７】
次に、核融合装置１０１の構成について詳細に説明する。本実施の形態による核融合装置１０１はＩＥＣＦ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｆｕｓｉｏｎ、慣性静電閉じ込め核融合）方式による核融合装置である。
まず、真空容器１０３があり、この真空容器１０３は有底の中空円筒形状をなしていて、上端開口部１０３ａはパッキン１０５を介して蓋体１０７によって閉塞されている。すなわち、上記蓋体１０７は複数本の固定ボルト１０８によって上記真空容器１０３のフランジ部１０３ｂに締結・固定されている。又、上記蓋体１０７には蓋部冷却水空間１０９が形成されている。又、上記蓋体１０７には蓋部冷却水流入ノズル１１１と蓋部冷却水流出ノズル１１３が取り付けられていて、これら蓋部冷却水流入ノズル１１１と蓋部冷却水流出ノズル１１３には、図示しない冷却水供給配管と冷却水排出配管がそれぞれ接続される。そして、冷却水供給配管より供給された冷却水は上記蓋部冷却水流入ノズル１１１を介して上記蓋部冷却水空間１０９内に供給され、蓋部冷却水空間１０９を流通した冷却水は上記蓋部冷却水流出ノズル１１３及び冷却水排出配管を介して流出する。
上記真空容器１０３は、熱伝導性が良く、且つ、放射化し難い材料、例えば、ＳＵＳ３０４から製造されている。
【００１８】
又、上記真空容器１０３には、図４、図６に示すように、フランジ１１５に内部反応確認用ビューポート１１８が設置されていて、この内部反応確認用ビューポート１１８に、図示しない動画カメラ等が取り付けられる。それら動画カメラ等によって真空容器１０３内の状態を撮像・記録する。
【００１９】
又、上記真空容器１０３には、図５、図６に示すように、フランジ付水素ガス供給口１１７とフランジ付排気口１１９が設置されていて、上記フランジ付水素ガス供給口１１７には、図示しない水素ガス供給配管がフランジ（図示せず）を介して接続される。又、上記フランジ付排気口１１９には図示しない真空ポンプの吸込管とリークポート(解放弁)等がフランジ（図示せず）を介して接続され、まずは、真空容器１０３内の真空形成が行われる。真空容器１０３内に所定の真空状態が形成された後、上記フランジ付水素ガス供給口１７を介して真空容器１０３内に水素ガスが供給されることになる。
【００２０】
上記真空容器１０３内には陽極１２１が設置されている。この陽極１２１は、２個のリング状陽極要素１２３、１２５を相互に直交する方向に組んで構成されている。この内、一方のリング状陽極要素１２３の内周側には９０°の位置に、イオン集中・加速部としての、４個の突起１２７、１２７、１２７、１２７が突設されている。又、他方のリング状陽極要素１２５の内周側には１８０°の位置に、イオン集中・加速部としての、２個の突起１２９、１２９が突設されている。上記４個の突起１２７、１２７、１２７、１２７は２個ずつが１８０°の位置に対向・配置されており、上記２個の突起１２９も１８０°の位置に対向・配置されている。上記突起１２９、１２９は、図５（ｂ）に拡大して示すように、円錐形状をなしていて、軸部１３０を介して上記リング状陽極要素１２５に固着されている。上記突起１２７も同様の構成により上記リング状陽極要素１２３に固着されている。これら各突起１２７、１２９の先端は尖っているとともに中心位置に向かって指向されている。
又、上記突起１２７、１２９は、後述する陰極１３１の中心に対して等距離に設置されている。
上記リング状陽極要素１２３、１２５、及び、突起１２７、１２９は、熱伝導性が良く、且つ、放射化し難い材料、例えば、ＳＵＳ３０４から製造されている。
【００２１】
一方、真空容器１０３の中心位置には、既に述べた陰極１３１が設置されている。この陰極１３１は、図９にも示すように、複数個（この実施の形態の場合には、突起１２７、１２９の合計個数６個に対応して６個）のリング状陰極要素１３３、１３３、１３３、１３３、１３３、１３３が、正六面体の各面に対応するような配置で設置・固定されている。そして、各リング状陰極要素１３３は上記突起１２７、１２９の軸心に対して直交する向きに指向されていて、その中心は上記突起１２７、１２９のそれぞれの先端に対向するように配置されている。又、リング状陰極要素１３３をリング状としたのは、上記突起１２７、１２９の先端のイオン発生点に対して等距離を保つためであり、それによって、中心軸に対して均等なイオンビームを発生させるためである。又、上記各リング状陰極要素１３３は、上記突起１２７、１２９の先端を介して集中・加速されるイオンビームの中心軸に対して均等な距離を保つように構成されている。それによって、上記突起１２７、１２９を介して集中・加速されたイオンを陰極１３１の中心部に集中させるようにしている。
上記リング状陰極要素１３３は、熱伝導性が良く、且つ、放射化しにくい材料、例えば、ＳＵＳ３０４から製造されている。
尚、上記リング状陰極要素１３３相互間には７個（８個形成される隙間の内１個は後述する接続部材１４２によって閉塞される。）の隙間１３４が形成されていて、これら７個の隙間１３４が核融合反応しなかった物質を排気する排気口として機能する。
【００２２】
又、上記蓋体１０７の中心位置には、図示しない電源に接続された電流導入端子１４１が設置されていて、その先端は上記陰極１３１付近まで延長されている。上記陰極１３１側には接続部１４２が設けられていて、陰極１３１はこの接続１４２を介して上記電源投入端子１４１に接続されている。上記蓋体１０７の中心部には貫通孔１０７ａが形成されているとともに凹部１０７ｂが形成されている。上記凹部１０７ｂには環状部材１４３が内装され、その環状部材１４３の上にはパッキン１４５、円板１４７、固定部材１４９が設置されていて、複数本の固定ボルト１５１によって固定されている。
【００２３】
以上の構成を基にその作用を説明する。
まず、電源導入端子１４１及び接続部１４２を介して、陰極１３１の電位が、例えば、「−１００００Ｖ以上」に設定される。一方、上記真空容器１０３及び陽極１２１側の電位は、例えば、「０Ｖ」に保持される。その結果、上記陰極１３１が配置されている真空容器１０３の中心部に向かってポテンシャルの井戸が形成される。そして、上記陽極１２１の上記リング状陽極要素１２３、１２５の各突起１２７、１２９の先端鋭角部で水素ガスのグロー放電によってイオンが集中生成される。生成されたイオンは上記陰極１３１に向かって集中・加速され、そこで、他のイオンと衝突して核融合反応が起きる。この核融合反応によって、中性子や荷電粒子等の放射線が放出される。
又、核融合反応しなかった物質は隙間１３４を介して排気される。
【００２４】
上記作用を詳しく説明すると、図７に示すように、陽極１２１のリング状陽極要素１２３、１２５に設けられた各突起１２７、１２９の先端から陰極１３１の各リング状陰極要素３３に向かってイオンがビーム状に集中・加速される。陰極１３１の各リング状陰極要素１３３に向かってビーム状に集中・加速されたイオンは陰極１３１内に溜っているイオンと衝突して核融合反応が起きる。それと同時に、図１０に示すように、各突起１２７、１２９の先端から集中・加速されたイオンは、１８０°の方向に対向・配置された別の各突起１２７、１２９の先端から集中・加速されたイオンとも衝突し、それによっても、核融合反応が起きる。これら二種類の核融合反応によって、中性子や荷電粒子等の放射線が発生する。
尚、図９は、６個の突起１２７、１２９から対応するリング状陰極要素１３３に向かってイオンが集中・加速される様子を示している。
【００２５】
核融合装置１０１から放出された中性子は、その一部が中性子収束部５内で反射・収束される。すなわち、上記核融合装置１０１から放出された中性子のうち、図１中左側、上側、及び、下側に放出されたものの一部は、上記中性子収束部５の凹面部９によって図１中右側へと反射され、更に縮径部１１によって反射・収束され、中性子減速器１３によって減速された後、中性子照射部７から図１中右側に放出・照射される。又、上記核融合装置１０１から放出された中性子のうち、図１中右側に放出されたものもその一部が、上記中性子収束部５の縮径部１１によって反射・収束され、上記中性子減速器１３によって減速された後、上記中性子照射部７から図１中右側に放出・照射される。
【００２６】
又、上記中性子の一部は上記中性子収束部５を透過してしまうが、このような中性子は中性子遮蔽部１５によって遮断される。よって、上記中性子照射部７以外の部位から中性子が放出・照射されることはない。
【００２７】
以上、本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、従来のような核分裂型の原子炉或いは核分裂・核融合型の原子炉ではなく、ＩＥＣＦ方式による核融合装置１０１を用いているので、中性子照射装置１の小型化、構成の簡略化、低コスト化を図ることができる。
又、上記中性子照射装置１には、中性子収束部５が設けられているので、上記核融合装置１０１から出力された中性子を効果的に収束させて中性子照射部７を介して放出・照射することができる。
又、上記中性子収束部５であるが、その基端（図１中左端）には凹面部９が設けられており、この凹面部９の上記中性子照射部７側（図１中右側）には上記中性子照射部７側（図１中右側）に向かって縮径された縮径部１１が連続して設けられているので、上記核融合装置１０１から出力された中性子を効果的に収束させて照射することができる。
又、上記中性子収束部５の中性子照射部７側（図１中右側）には、中性子減速器１３が設置されているので、上記中性子を適宜減速させて照射することができる。
又、上記外筐３の内周面と上記中性子収束部５との間には中性子遮蔽部１５が設けられているので、上記中性子照射部７以外からの上記中性子の放出・照射を防止することができる。
【００２８】
又、本実施の形態による核融合装置１０１を使用することにより、核融合反応量を増大させて発生する中性子や荷電粒子等の放射線の量を増やすことができる。これは、まず、陽極１２１側に、６個の突起１２７、１２９を設けて、高圧電場を歪ませて局所化させることにより、イオンを集中させて加速することができるからである。
特に、突起１２７、１２９の先端は尖っているので、上記イオンの集中・加速が効果的に行われるものである。
又、突起１２７、１２９を１８０°の位置に対向・配置させているので、各突起１２７、１２９によって集中・加速されるイオンが陰極１３１に溜っているイオンと衝突して核融合反応を起こすだけでなく、対向する側から集中・加速されたイオン同士を衝突させることによっても、核融合反応を起こすようにしているからである。
又、リング状陽極要素１２３、１２５は、上記突起１２７、１２９より外周側に配置されているので、上記リング状陽極要素１２３、１２５からの不要なイオンの発生が少なくなり、核融合反応を効果的に行うことができる。
又、上記突起１２７、１２９は、上記陰極１３１の中心に対して等距離に設置されているので、集中・加速されたイオンの衝突を効果的に行わせることができる。
又、上記陰極１３１のリング状陰極要素１３３は、上記集中・加速されるイオンビームの中心軸に対して均等な距離を保つような形状をなしているので、陽極１２１により集中・加速されるイオンを極力ビーム化させることができ、それによって、ビーム化された大量のイオンを陰極１３１の中央部に効率良く供給して集めることができる
【００２９】
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明する。
この第２の実施の形態による中性子照射装置は、前記第１の実施の形態による中性子照射装置１と略同様の構成であるが、図１０に示すように、イオン集中・加速部として、突起１２７、１２９の代わりにイオン銃２０１が設置されている点でその構成が異なっている。すなわち、リング状陽極要素２３に４個のイオン銃２０１が設置され、リング状陽極要素２５に２個のイオン銃２０１が設置された構成になっている。
【００３０】
上記イオン銃２０１は概略図１１に示すような構成になっている。まず、略円筒形のケース２０３があり、このケース２０３内には陽極２０５と陰極２０７が設置されている。上記陰極２０７には貫通孔２０９が形成されている。又、電源２１１が設置されており、この電源２１１の＋極側端子２１３に上記陽極２０５が接続されていると共に、上記電源２１１の−極側端子２１５に上記陰極２０７が接続されている。これにより、上記陽極２０５と上記陰極２０７との間に高電圧が印加される。
【００３１】
又、上記ケース２０３には、ガス供給手段２１７により、ガス２１９が供給されるように構成されている。上記ケース２０３内に供給されたガス２１９は、上記陽極２０５と上記陰極２０７との間の高電圧によりイオン化して（＋）に荷電されたイオン２２１となり、図１１中下側に加速され、上記陰極２０７の貫通孔２０９を通過して、イオンビームとして、上記ケース２０３の外に放出される。
尚、上記ガス供給手段２１７によってガス２１９を供給せず、予め真空容器１０３内封入されたガス２１９を用いる場合もある。
又、上記ガス２１９としては、水素ガス、デューテリウム（重水素）ガス、トリチウム（三重水素）ガス、ヘリウム同位体ガス、等、が用いられる。
【００３２】
以上、この第２の実施の形態によると、前記第１の実施の形態による中性子照射装置と同様の作用・効果を奏することができる。
【００３３】
次に、図１２及び図１３を参照して、本発明の第３の実施の形態を説明する。この第３の実施の形態による中性子照射装置は、前記第１の実施の形態による中性子照射装置１と略同様の構成であるが、陰極３１の代わりに、図１２、図１３に示すような陰極３０１を採用している点でその構成が異なっている。以下、この陰極３０１の構成を説明する。
【００３４】
上記陰極３０１は、熱伝導性が良く、且つ、放射化し難い材料、例えば、ＳＵＳ３０４から製造されている。複数個（この実施の形態の場合には、突起２７、２９の個数６個に対応して６個）の中空山型陰極要素３０３が、正六面体の各面に対応するような配置で設置・固定されている。又、対向・配置された一対の中空山型陰極要素３０３、３０３の中心軸は同軸上に配置されている。
【００３５】
上記中空山型陰極要素３０３は中空であってその縦断面が略中空山型形状をなしている。すなわち、上記中空山型陰極要素３０３の内周側には貫通孔３０５が形成されていて、この貫通孔３０５の上下に外側開口部３０７、内側開口部３０９が形成されている。上記外側開口部３０７は上記内側開口部３０９より小径に形成されている。上記外側開口部３０７の内径は、前記第１、第２の実施の形態におけるリング状陰極要素１３３（図９に示す）の内径の１／２に設定されている。上記内側開口部３０９の内径は前記第１、第２の実施の形態におけるリング状陰極要素３３（図７に示す。）の内径と同じである。又、上記貫通孔３０５の内周面は、所定の曲率の曲面に形成されている。
【００３６】
又、上記中空山型陰極要素３０３の図１３（ｃ）中下側の外周縁には全周にわたって面取り加工が施されていて面取り部３１１が形成されている。上記６個の中空山型陰極要素３０３は、この面取り部３１１の一部を介して、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ  Ｉｎｅｒｔ  Ｇａｓ）溶接によって相互に接合されている。その際、図１３（ａ）に示すように、隣接する上記中空山型陰極要素３０３、３０３の、上記貫通孔３０５、３０５の内周面が滑らかに連続するようになっている。
【００３７】
又、上記陰極３０１には、接続部３１３が設けられている。上記陰極３０１は、この接続部３１３を介して、電流導入端子４１に固定されている。又、各中空山型陰極要素３０３相互間には複数個所（この実施の形態の場合には７個、８箇所に隙間が形成されるが内１箇所は上記接続部３１３によって閉塞されている。）に隙間３１５が形成されている。
又、上記接続部３１３と上記中空山型陰極要素３０３の接合も、ＴＩＧ溶接によってなされている。
尚、その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様である。
【００３８】
上記構成によると、各突起２７、２９を介して、集中加速されたイオンが、中空山型陰極要素３０３の外側開口部３０７側を介してさらにビーム状に集中・加速される。
【００３９】
又、上記中空山型陰極要素３０３の貫通孔３０５の内周面は所定の曲率の曲面に形成されていて、且つ、隣接する上記中空山型陰極要素３０３、３０３の貫通孔３０５、３０５の内周面が滑らかに連続するようになっているので、不要な電子の放出が少なくなり、上記陰極３０１の内側に、略正球の形状のポテンシャルの井戸が発生する。
尚、隣接する上記中空山型陰極要素３０３、３０３の貫通孔３０５、３０５の内周面が滑らかに連続せず、上記中空山型陰極要素３０３の内側開口部３０９側の縁部が上記陰極３０１の内側に突出した状態になると、この縁部からの電子の放出が大きくなり、この電子と上記イオンとが吸引されてしまい、上記核融合反応が阻害されてしまう。
【００４０】
そして、上記陰極３０１の内側に集中されたイオンと、各突起２７、２９を介して集中・加速され上記中空山型陰極要素３０３の外側開口部３０７側を介して上記陰極３０１の内側に飛び込んできたイオンが衝突し、核融合反応が発生する。又、各突起２７、２９の先端から集中・加速されたイオンは、１８０°の方向に対向・配置された別の各突起２７、２９の先端から集中・加速されたイオンとも衝突し、それによっても、核融合反応が起きる。
【００４１】
又、上記核融合反応しなかった物質は隙間３１５を介して上記陰極３０１の外部へと排出される。
【００４２】
以上、この第３の実施の形態によると、前記第１の実施の形態による中性子照射装置と同様の効果を奏することができる。
又、イオンビームが入射される側の上記開口部３０７が前記第１、第２の実施の形態におけるリング状陰極要素１３３（図９に示す）の内径の１／２に設定されているので、上記イオンビームがさらに絞られてイオンの集中・加速が促進され、核融合反応率を高めることができる。
又、陰極３０１の中心に対して全て均等に構成されていて、且つ、中空山型陽極要素３０３の貫通孔３０５の内周面は、所定の曲率の曲面に形成されているので、上記陰極３０１内に生ずるポテンシャルの井戸が、略正球の形状となり、これにより上記陰極３０１内に効果的にイオンを集め、核融合反応の効率を高めることができる。
又、隣接する上記中空山型陰極要素３０３、３０３の貫通孔３０５、３０５の内周面が滑らかに連続するように接合されているので、不要な電子の放出が少なくなり、これによりイオンの吸引を防止して、核融合反応の効率を高めることができる。
又、各中空山型陰極要素３０３相互間には複数個（この実施の形態の場合には８個、但し、内１個は上記接続部３１３によって閉塞されている。）の隙間３１５が形成されており、これら隙間３１５から、核融合反応しなかった物質が上記陰極３０１の外部へと排出され、それによっても、核融合反応率を高めることができる。
【００４３】
次に、図１４及び図１５を参照して、本発明の第４の実施の形態を説明する。この第４の実施の形態による核融合装置は、前記第３の実施の形態による核融合装置と略同様の構成であるが、陰極３０１の代わりに、図１４、図１５に示すような陰極４０１を採用している。以下、この陰極４０１の構成を説明する。
【００４４】
上記陰極４０１は、熱伝導性が良く、且つ、放射化しにくい材料、例えば、ＳＵＳ３０４から製造されていて、複数個（この実施の形態の場合には、突起２７、２９の個数６個に対応して６個）の中空山型陰極要素４０３が、正六面体の各面に対応するような配置で設置・固定された構成になっている。又、対向・配置された一対の中空山型陰極要素４０３、４０３の中心軸は同軸上に配置されている。
【００４５】
上記中空山型陰極要素４０３は中空であってその縦断面が略中空山型形状をなしている。すなわち、上記中空山型陰極要素４０３の内周側には貫通孔４０５が形成されていて、この貫通孔４０５の上下に外側開口部４０７、内側開口部４０９が形成されている。上記外側開口部４０７付近の内外面は略双曲面形状になっていて、外側開口部３０７の内径は上記内側開口部４０９の内径より小径に形成されている。又、上記外側開口部４０７の内径は、前記第３の実施の形態における中空山型陰極要素３０３（図１２、図１３に示す。）の外側開口部３０７の内径よりもさらに小さく設定されている。上記内側開口部４０９の内径は前記第３の実施の形態における中空山型陰極要素３０３（図１２、図１３に示す。）の内側開口部３０９の内径と同じである。
【００４６】
又、上記中空山型陰極要素４０３の貫通孔４０５の外側開口部４０７から内側開口部４０９にかけて曲率中心の位置と凹凸の向きが逆転されている。すなわち、外側開口部４０７付近は内側に凸の曲面となっているのに対して、内側開口部４０９付近は外側に凸の曲面となっている。そして、６個の中空山型陰極要素４０３を組み合わせることにより、それぞれの内側開口部４０９付近の外側に凸の曲面によって略正球の球面を構成するようになっている。
【００４７】
又、上記中空山型陰極要素４０３の図１５（ｃ）中下側の外周縁には全周にわたって面取り加工が施されていて面取り部４１１が形成されている。上記６個の中空山型陰極要素４０３は、この面取り部４１１の一部を介して、ＴＩＧ溶接によって相互に接合されている。
【００４８】
又、上記陰極４０１には、接続部４１３が設けられている。上記陰極４０１は、この接続部４１３を介して、電流導入端子（図３、図４に符号４１で示す）に固定されている。又、各中空山型陰極要素４０３相互間には複数個所（この実施の形態の場合には７箇所、８箇所に隙間が形成されるが１箇所は上記接続部４１３によって閉塞されている。）に隙間４１５が形成されている。又、上記接続部４１３と上記中空山型陰極要素４０３の接合も、ＴＩＧ溶接によってなされている。
尚、その他の構成は前記第３の実施の形態の場合と同様である。
【００４９】
上記構成によると、各突起２７、２９を介して集中・加速されたイオンが、中空山型陰極要素４０３の外側開口部４０７を介してさらにビーム状に集中・加速される。
【００５０】
又、上記内側開口部４０９付近（図１５（ｃ）中下端側）の部分は、前記したように６個の中空山型陰極要素４０３を組み合わせることにより略正球の球面の一部を構成するような形状となっているので、上記陰極４０１の内側に、略正球の形状のポテンシャルの井戸が発生する。
【００５１】
そして、上記陰極４０１の内側に集中されたイオンと、各突起２７、２９を介して集中・加速され中空山型陰極要素４０３の外側開口部４０７を介して陰極４０１の内側に飛び込んできたイオンが衝突し、核融合反応が発生する。又、各突起２７、２９の先端から集中・加速されたイオンは、１８０°の方向に対向・配置された別の各突起２７、２９の先端から集中・加速されたイオンとも衝突し、それによっても、核融合反応が起きる。
【００５２】
又、上記核融合反応しなかった物質は隙間４１５を介して上記陰極４０１の外部へと排出される。
【００５３】
以上、この第４の実施の形態によると、前記第３の実施の形態による中性子照射装置と同様の効果を奏することができる。
又、イオンビームが入射される側の外側開口部４０７の内径が、前記第３の実施の形態における中空山型陰極要素３０３の外側開口部４０７の内径よりもさらに小さく設定されているので、上記イオンビームがさらに絞られて集中・加速が促進され、核融合反応率を高めることができる。
又、貫通孔４０５の内周面の内側開口部４０９付近（図１５（ｃ）中下端側）は、前記したように６個の中空山型陰極要素４０３を組み合わせると、略正球の球面の一部を構成するような形状となっているので、上記陰極４０１内に生ずるポテンシャルの井戸が、前記第３の実施の形態の場合よりもさらに略正球の形状となり、これにより上記陰極４０１内に効果的にイオンを集め、核融合反応の効率を高めることができる。
【００５４】
尚、本発明は前記第１〜第４の実施の形態に限定されるものではない。
まず、外筐の形状は図示したものに限定されない。
又、遮蔽材として水以外のものを使用しても良い。
又、核融合装置において、前記第１〜第４の実施の形態の場合には、陽極を２個のリング状陽極要素を９０°の方向に組み合わせて構成したが、それに限定されるものではなく、３個以上のリング状陽極要素を組み合わせて構成する、中空の球面体から構成する、等の構成でもよい。
又、突起やイオン銃の個数は６個に限定されるものではない。
又、突起の形状も、円錐形状に限定されるものではなく、四角錐形状等の多角錐形状、等でも良い。
又、陰極を構成する陰極要素の構成としては円形に限定されるものではなく、例えば、正三角形、正方形、正六角形、正八角形、等の正多角形、等の非円形であってもよく、極力中心部に対して均等であれば問題無く機能する。
又、前記一実施の形態の場合には、突起の先端を一箇所針状に尖った形状にしたが、それに限定されるものではなく、例えば、複数個所を「ギザギザ」状に尖らせても良い。
又、陰極の陰極要素の形状を突起の錐形状の横断面形状に合わせなくても良く、例えば、円錐形の突起に対して正三角形の横断面形状を成す環状の陰極要素であっても良い。
又、前記第１〜第４の実施の形態では、陰極はＳＵＳ３０４製であったが、熱伝導性が良く、且つ、放射化しにくいその他の導体金属でもよい。
又、中性子照射装置の用途としては、中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：Ｂｏｒｏｎ  Ｎｅｕｔｒｏｎ  Ｃａｐｔｕｒｅ  Ｔｈｅｒａｐｙ）に使用される医療用のものに限定されるものではなく、各種試験に使用される、各種測定に使用されることも考えられる。
その他、図示した構成はあくまで一例でありそれに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は中性子照射装置に係り、特に、小型・簡単な構成で且つ低コストで十分な量の中性子を発生・照射させることができるように工夫したものに関し、例えば、中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：Ｂｏｒｏｎ  Ｎｅｕｔｒｏｎ  Ｃａｐｔｕｒｅ  Ｔｈｅｒａｐｙ）に使用される中性子照射装置に好適である。
【符号の説明】
【００５６】
１  中性子照射装置
３  外筐
５  中性子収束部
７  中性子照射部
９  凹面部
１１  縮径部
１３  中性子減速器
１５  中性子遮蔽部
１０１  核融合装置
１０３  真空容器
１２１  陽極
１２３  リング状陽極要素（陽極要素）
１２５  リング状陽極要素（陽極要素）
１２７  突起（イオン集中・加速部）
１２９  突起（イオン集中・加速部）
１３１  陰極
１３３  リング状陰極要素（陰極要素）
２０１  イオン銃（イオン集中・加速部）
３０１  陰極
３０３  中空山型陰極要素（陰極要素）
４０１  陰極
４０３  中空山型陰極要素（陰極要素）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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