特許 7449899 放射線シールド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-06

(45)【発行日】2024-03-14

(54)【発明の名称】放射線シールド

(51)【国際特許分類】

   G21K 5/08 20060101AFI20240307BHJP

   G21F 1/08 20060101ALI20240307BHJP

   G21F 7/00 20060101ALI20240307BHJP

   G21K 5/00 20060101ALI20240307BHJP

   H05H 6/00 20060101ALI20240307BHJP

【ＦＩ】

G21K5/08 N

G21F1/08

G21F7/00 C

G21F7/00 K

G21K5/00 S

H05H6/00

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021090801

(22)【出願日】2021-05-31

(65)【公開番号】P2022001865

(43)【公開日】2022-01-06

【審査請求日】2023-06-08

(31)【優先権主張番号】P 2020106858

(32)【優先日】2020-06-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】309036221

【氏名又は名称】三菱重工機械システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金岡 耕平

(72)【発明者】

【氏名】仙入 克也

(72)【発明者】

【氏名】井内 宏志

【審査官】後藤 大思

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１４１３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平２－９１９９７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】国際公開第２０１９／１１４３０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－１１６８８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ２１Ｋ １／００－７／００

Ｇ２１Ｆ １／００－７／０６

Ｈ０５Ｈ ３／００－１５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

重金属を用いて形成される複数の単位部材同士が中心軸の軸回り方向に筒状に連結され、前記軸回り方向に隣り合う前記単位部材同士の対向面が平面状であり、それぞれの前記対向面の対向する位置に前記中心軸に沿った凹部が設けられ、荷電粒子が照射されることにより中性子を発生するターゲットを内部に収容する本体部と、
重金属を用いて帯状に形成され、前記単位部材同士が連結された状態において隣り合う前記単位部材のそれぞれの前記凹部の間に跨るように前記中心軸に沿って配置される帯状部と
を備える放射線シールド。

【請求項2】

前記凹部は、前記対向面のうち前記本体部の径方向の中央に配置される
請求項１に記載の放射線シールド。

【請求項3】

前記凹部は、前記中心軸に沿って直線状に設けられる
請求項１又は請求項２に記載の放射線シールド。

【請求項4】

前記帯状部は、隣り合う前記単位部材のそれぞれの前記凹部の底部により挟まれた状態で保持される
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の放射線シールド。

【請求項5】

前記帯状部は、内部に冷媒を流通させる流路を有する
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の放射線シールド。

【請求項6】

前記帯状部は、重金属からなる基層と、前記基層を挟むように前記基層の表裏に配置される被覆層とを有する
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の放射線シールド。

【請求項7】

複数の前記単位部材は、前記軸回り方向に等しい寸法を有する
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の放射線シールド。

【請求項8】

前記本体部は、円筒状である
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の放射線シールド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、放射線シールドに関する。

【背景技術】

【0002】

中性子照射装置は、荷電粒子をターゲットに照射して核破砕反応を引き起こすことで中性子を発生させる（例えば、特許文献１参照）。このような中性子照射装置では、核破砕反応に伴って生じる放射線を遮蔽するため、例えばタングステン等の放射線吸収性能に優れた材料により形成された筒状の放射線シールド内にターゲットが配置された構成を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１４５８８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の放射線シールドとしては、例えば複数の単位部材同士を中心軸の軸回り方向に連結することで製造される。このような放射線シールドでは、内部に配置されるターゲットから発生する放射線を遮蔽するため、隣り合う単位部材同士の対向部分が段状に形成され、単位部材同士を連結した場合に隣り合う単位部材の段部同士がかみ合う形状となっている。この構成により、放射線シールドの内側から外側を直線方向に見た場合、隣り合う単位部材同士の間が段部によって塞がれた状態となる。

【0005】

しかしながら、当該構成では、単位部材の表面に段部による凸部が形成されるため、例えば搬送及び組み立て等、製造時において単位部材同士が接触すると損傷しやすいという問題がある。

【0006】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、放射線を確実に遮蔽しつつ、製造時における損傷を抑制することが可能な放射線シールド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】

【0007】

本開示に係る放射線シールドは、重金属を用いて形成される複数の単位部材同士が中心軸の軸回り方向に分割可能となるように筒状に連結され、前記軸回り方向に隣り合う前記単位部材同士の対向面が平面状であり、それぞれの前記対向面の対向する位置に前記中心軸に沿った凹部が設けられ、荷電粒子が照射されることにより中性子を発生するターゲットを内部に収容する本体部と、重金属を用いて帯状に形成され、前記単位部材同士が連結された状態において隣り合う前記単位部材のそれぞれの前記凹部の間に跨るように前記中心軸に沿って配置される帯状部とを備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、放射線を確実に遮蔽しつつ、製造時における損傷を抑制することが可能な放射線シールドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本実施形態に係る中性子照射装置の一例を示す模式図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る放射線シールドの配置例を示す図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る放射線シールドの一例を示す斜視図である。

【図4】図４は、放射線シールドを中心軸の軸線方向から見た一例を示す図である。

【図5】図５は、図４におけるＡ－Ａ断面に沿った構成を示す図である。

【図6】図６は、図４における要部を示す図である。

【図7】図７は、帯状部の断面形状の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

【0011】

図１は、本実施形態に係る中性子照射装置１の一例を示す模式図である。中性子照射装置１は、被照射体Ｓに中性子Ｎを照射する。中性子照射装置１は、例えば、検査用途、医療用途、放射性同位元素生成用途等に用いられる。

【0012】

図１に示すように、中性子照射装置１は、荷電粒子を加速して荷電粒子Ｐを射出する加速装置２と、加速装置２から射出された荷電粒子Ｐの照射状態を調整する調整装置３と、荷電粒子Ｐの照射により中性子Ｎを発生するターゲット５と、ターゲット５で発生した中性子Ｎを減速する減速装置６と、減速装置６から射出された中性子Ｎを平行化するコリメータ７と、を備えている。コリメータ７から射出された中性子Ｎが被照射体Ｓに照射される。本実施形態に係る中性子照射装置１は、ターゲット５を収容する放射線シールド１００を備える。

【0013】

加速装置２は、円形加速器又は直線加速器を含む。加速装置２は、荷電粒子（陽子、電子、又は重粒子）を加速して、荷電粒子（陽子線、電子線、又は重粒子線）Ｐを生成して、所定の照射方向に射出する。

【0014】

調整装置３は、複数の電磁石を含み、加速装置２から射出された荷電粒子Ｐの照射状態を調整する。荷電粒子Ｐの照射状態は、荷電粒子Ｐの進行方向の調整及び荷電粒子Ｐの整形を含む。調整装置３は、荷電粒子Ｐの発散を抑制し、荷電粒子Ｐを集束させる。調整装置３は、加速装置２から射出された荷電粒子Ｐを走査装置４に導く。

【0015】

走査装置４は、荷電粒子Ｐを走査し、ターゲット５に対する荷電粒子Ｐの照射位置を調整する。また、走査装置４は、ターゲット５に照射される荷電粒子Ｐを整形する。なお、走査装置４は無くてもよい。

【0016】

加速装置２から射出され、調整装置３及び走査装置４を通過した荷電粒子Ｐは、ターゲット５に照射される。ターゲット５は、荷電粒子Ｐの照射により、中性子Ｎを発生する。ターゲット５では、中性子Ｎとして、例えば高エネルギーの高速中性子が発生する。ターゲット５は、中性子を発生する中性子発生部材である。ターゲット５は、例えばベリリウム（Ｂｅ）、リチウム（Ｌｉ）、又はそれらを含む化合物で形成された液体又は固体の板状の部材を含む。ターゲット５は、円形又は矩形の板状の固体部材でもよいし、加熱された液体リチウムでもよい。例えば、厚さが一定になるように流し続けられた液体リチウムをターゲット５として使用してもよい。ターゲット５は、後述する放射線シールド１００に収容される。

【0017】

減速装置６は、ターゲット５で発生した中性子Ｎを減速させる。減速装置６は、中性子Ｎの進路において、ターゲット５と被照射体Ｓとの間に配置される。減速装置６は、ターゲット５で発生した高速中性子のエネルギーを低減して、低速で低エネルギーの中性子（熱中性子、熱外中性子、又は冷中性子）を生成する。

【0018】

コリメータ７は、減速装置６から射出された中性子線Ｎを平行化する。コリメータ７により平行化され、そのコリメータ７から射出された中性子線Ｎが被照射体Ｓに照射される。

【0019】

次に、放射線シールド１００について説明する。図２は、本実施形態に係る放射線シールド１００の配置例を示す図である。図２に示すように、放射線シールド１００は、円筒状であり、外筒１０１の内部に収容され、ＳＵＳシールド１０２に支持された状態で固定される。

【0020】

図３は、本実施形態に係る放射線シールド１００の一例を示す斜視図である。図４は、放射線シールド１００を中心軸の軸線方向から見た一例を示す図である。図５は、図４におけるＡ－Ａ断面に沿った構成を示す図である。図６は、図４における要部を示す図である。

【0021】

図３から図６に示すように、放射線シールド１００は、本体部１０と、帯状部２０とを備える。本体部１０は、円筒状であり、上記のターゲット５を内部に収容する。本体部１０は、複数の単位部材１１を有する。単位部材１１は、それぞれタングステン、鉄、鉛、銅等の重金属を用いて形成される。単位部材１１は、中心軸ＡＸの軸回り方向に分割可能となるように円筒状に連結される。各単位部材１１は、例えば不図示のボルト等により連結される。

【0022】

各単位部材１１は、中心軸ＡＸを通る複数の平面により円筒状部材を放射状に切断した形状を有する。各単位部材１１は、中心軸ＡＸの軸回り方向に等しい寸法となるように形成される。各単位部材１１は、内周面１２と、外周面１３と、対向面１４、１５と、端面１６、１７とを有する。内周面１２及び外周面１３は、円筒面の一部である。対向面１４、１５は、中心軸ＡＸの軸回り方向に隣り合う単位部材１１同士が対向する面である。以下の説明では、各単位部材１１は、対向面１４同士が対向し、対向面１５同士が対向するものとする。対向面１４、１５は、それぞれ平面状であり、同一形状及び同一寸法となっている。端面１６は、単位部材１１のうち中心軸ＡＸの軸線方向の一方の端部に形成される。端面１７は、単位部材１１のうち中心軸ＡＸの軸線方向の他方の端部に形成される。端面１６、１７は、それぞれ平面状である。

【0023】

各単位部材１１は、対向面１４、１５に凹部１８を有する。凹部１８は、対向面１４、１５のうち、隣り合う単位部材１１同士が連結された状態において対向する位置に配置される。これにより、本体部１０には、隣り合う単位部材１１が連結された状態において、各単位部材１１の凹部１８によって空間部Ｋが形成される。

【0024】

凹部１８は、例えば対向面１４、１５のうち径方向の中央に配置される。凹部１８は、径方向の中央に対して内側（内周面１２側）又は外側（外周面１３側）に配置されてもよい。凹部１８は、中心軸ＡＸに沿って直線状に設けられる。なお、凹部１８は、内周面１２に沿って湾曲又は屈曲した状態で設けられてもよい。凹部１８は、単位部材１１の長手方向の一方の端面１６と他方の端面１７との間の全体に亘って設けられる。凹部１８は、中心軸ＡＸの軸線方向から見て（又は中心軸ＡＸに直交する平面による断面視において）例えば矩形状となっているが、この形状に限定されず、例えば三角形状、円形状等、他の形状であってもよい。

【0025】

帯状部２０は、本体部１０の空間部Ｋに挿入される。帯状部２０は、タングステン、鉄、鉛、銅等の重金属を用いて帯状に形成される。帯状部２０は、隣り合う単位部材１１の凹部１８同士の間に跨るように配置される。帯状部２０は、それぞれの凹部１８の底部１８ａによって挟まれた状態で保持される。帯状部２０と凹部１８の底部１８ａとの間には、インジウム層が挟まれた構成であってもよい。インジウム層を挟むことで、帯状部２０と単位部材１１との間の熱伝導性が高められる。

【0026】

図７は、帯状部２０の断面形状の一例を示す図である。図７に示すように、帯状部２０は、基層２１及び被覆層２２、２３を有する。基層２１は、タングステン、鉄、鉛、銅等の重金属を用いて形成される。被覆層２２、２３は、例えば銅等の金属を用いて形成され、基層２１を挟むように当該基層２１の表裏に配置される。基層２１及び被覆層２２、２３は、例えば溶接等により接合されてもよいし、ボルト等の固定部材により接合されてもよい。ボルト等の固定部材で接合する場合、基層２１と被覆層２２、２３との間にインジウム層を挟み込んでもよい。インジウム層を挟むことで、基層２１と被覆層２２、２３との間の熱伝導性が高められる。

【0027】

帯状部２０は、空間部Ｋの内部に保持される際に、隣り合う単位部材１１の対向面１４、１５同士が接触する位置と対応する位置に基層２１が配置されるように当該基層２１及び被覆層２２、２３の厚さが設定される。つまり、中心軸ＡＸから径方向に見た場合、隣り合う単位部材１１の対向面１４、１５の間が基層２１によって遮蔽された状態となるように設定される。

【0028】

被覆層２２、２３には、それぞれ管状部２２ａ、２３ａが設けられる。管状部２２ａ、２３ａは、帯状部２０の長手方向に沿って形成される。管状部２２ａ、２３ａは、例えば被覆層２２、２３の長手方向の両方の端面を連通するように形成される。管状部２２ａ、２３ａは、帯状部２０の内部に冷媒を流通させる流路Ｔを構成する。管状部２２ａ、２３ａは、例えば長手方向の一方の端部から冷媒が供給され、他方の端部から冷媒が排出される。

【0029】

上記のように構成される放射線シールド１００は、ターゲット５を収容し、当該ターゲット５に荷電粒子Ｐが照射される際に発生する放射線を遮蔽する。ターゲット５から発生する放射線は、中心軸ＡＸを中心として放射状に進行する。発生した放射線のうち、例えば単位部材１１の内周面１２に到達する成分は、当該内周面１２又は単位部材１１の内部により吸収される。また、発生した放射線のうち、隣り合う単位部材１１の間の部分に到達する成分は、隣り合う単位部材１１の対向面１４、１５同士の間を進行するが、帯状部２０によって吸収される。このため、発生した放射線は、当該放射線シールド１００によって遮蔽される。

【0030】

以上のように、本実施形態に係る放射線シールド１００は、重金属を用いて形成される複数の単位部材１１同士が中心軸ＡＸの軸回り方向に筒状に連結され、軸回り方向に隣り合う単位部材１１同士の対向面１４、１５が平面状であり、それぞれの対向面１４、１５の対向する位置に中心軸ＡＸに沿った凹部１８が設けられ、荷電粒子Ｐが照射されることにより中性子Ｎを発生するターゲット１０５を内部に収容する本体部１０と、重金属を用いて帯状に形成され、単位部材１１同士が連結された状態において隣り合う単位部材１１のそれぞれの凹部１８の間に跨るように中心軸ＡＸに沿って配置される帯状部２０とを備える。

【0031】

従って、本体部１０を構成する単位部材１１は、隣り合う単位部材１１同士の対向面１４、１５が平面状であるため、当該対向面１４、１５に段部が設けられた構成に比べて出っ張りが抑制されるため、搬送及び組み立て等、製造時における損傷を抑制することができる。また、対向面１４、１５の対向する位置に凹部１８が設けられ、凹部１８の間に跨るように帯状部２０が配置されるため、隣り合う単位部材１１の対向面１４、１５の間を通過する放射線の成分についても、帯状部２０で遮蔽することができる。これにより、放射線を確実に遮蔽しつつ、製造時における損傷を抑制することが可能となる。

【0032】

本実施形態に係る放射線シールド１００において、凹部１８は、対向面１４、１５のうち本体部１０の径方向の中央に配置される。従って、凹部１８により本体部１０の径方向の中央において放熱性を確保できる。

【0033】

本実施形態に係る放射線シールド１００において、凹部１８は、中心軸ＡＸに沿って直線状に設けられる。従って、単位部材１１及び帯状部２０を容易に製造することができる。

【0034】

本実施形態に係る放射線シールド１００において、帯状部２０は、隣り合う単位部材１１のそれぞれの凹部１８の底部１８ａにより挟まれた状態で保持される。従って、帯状部２０を固定する固定部材等を別途設けることなく、帯状部２０を安定して保持することができる。

【0035】

本実施形態に係る放射線シールド１００において、帯状部２０は、内部に冷媒を流通させる管状部２２ａ、２３ａを有する。従って、帯状部２０当該帯状部２０を保持する本体部１０の冷却効率を高めることができる。

【0036】

本実施形態に係る放射線シールド１００において、帯状部２０は、重金属からなる基層２１と、基層２１を挟むように基層２１の表裏に配置される被覆層２２、２３とを有する。従って、放射線に対する遮蔽性を維持しつつ、熱伝導性を高めることができる。

【0037】

本実施形態に係る放射線シールド１００において、複数の単位部材１１は、軸回り方向に等しい寸法を有する。従って、軸回り方向において一定のピッチで凹部１８及び帯状部２０を配置することができる。

【0038】

本実施形態に係る放射線シールド１００において、本体部１０は、円筒状である。これにより、円筒状の本体部１０及び帯状部２０により、放射線を確実に遮蔽することができる。

【0039】

本実施形態に係る中性子照射装置１は、荷電粒子Ｐを加速して射出する加速装置２と、加速装置２から射出された荷電粒子Ｐが照射され、中性子を発生するターゲット５と、ターゲット５を内部に収容する放射線シールド１００とを備える。従って、ターゲット５で発生する放射線の遮蔽性が高い放射線シールド１００を備えた中性子照射装置１を得ることができる。

【0040】

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、上記実施形態では、本体部１０が円筒状である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。本体部１０は、多角筒状であってもよい。

【0041】

また、上記実施形態では、帯状部２０が基層２１及び被覆層２２、２３を有する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。帯状部２０は、被覆層２２、２３の少なくとも一方が設けられない構成であってもよい。

【0042】

また、上記実施形態では、複数の単位部材１１が軸回り方向に等しい寸法を有する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。複数の単位部材１１は、少なくとも１つが軸回り方向の寸法が異なる構成であってもよい。

【0043】

また、上記実施形態では、帯状部２０が内部に冷媒を流通させる管状部２２ａ、２３ａを有する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。管状部２２ａ、２３ａの少なくとも一方は設けられなくてもよい。また、被覆層２２、２３の内部に限定されず、例えば基層２１の内部に流路（管状部）の少なくとも一部が設けられた構成であってもよい。

【0044】

また、上記実施形態では、帯状部２０が隣り合う単位部材１１のそれぞれの凹部１８の底部１８ａにより挟まれた状態で保持される構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。帯状部２０は、不図示の固定部材等、他の手段により凹部１８に固定された構成であってもよい。

【符号の説明】

【0045】

１ 中性子照射装置
２ 加速装置
３ 調整装置
４ 走査装置
５ ターゲット
６ 減速装置
７ コリメータ
１０ 本体部
１１ 単位部材
１２ 内周面
１３ 外周面
１４，１５ 対向面
１６，１７ 端面
１８ 凹部
１８ａ 底部
２０ 帯状部
２１ 基層
２２，２３ 被覆層
２２ａ，２３ａ 管状部
１００ 放射線シールド
１０１ 外筒
１０２ ＳＵＳシールド
ＡＸ 中心軸
Ｋ 空間部
Ｎ 中性子，中性子線
Ｐ 荷電粒子
Ｓ 被照射体
Ｔ 流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】