JP2019144150A - Neutron beam irradiation device and target device - Google Patents

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Abstract

To provide a neutron ray irradiation device and a target device capable of achieving both the cooling efficiency of the target material and securement of the neutron ray irradiation amount from the target material to the sample.SOLUTION: The neutron beam irradiation device includes an upper part 13 and a lower part 15 for holding a plate-like target material 9 for receiving a charged particle beam of a particle accelerator and emitting neutron rays on the back surface 29 in an inclined posture, and a sample holding hole 31 for holding a sample 11 so as to have a contact surface with the target material on a farther downstream side of the charged particle beam than the irradiation center. The flow path groove 51 of cooling water of the target material 9 has an outlet gutter 53 for contacting the back surface 29 of the target material 9 cooling water at a farther right position than a right edge of the contact surface and an inlet gutter 55 for contacting the cooling fluid to the back side of the target material at the position on the left side of the right edge.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、中性子線照射装置及びターゲット装置に関するものである。   The present invention relates to a neutron beam irradiation apparatus and a target apparatus.

従来、このような分野の技術として、中性子線源から放出された中性子線を検体物へ照射して、検体物の材料分析や非破壊検査を行う中性子線照射装置が知られている（特許文献１参照。）。   Conventionally, as a technology in such a field, a neutron beam irradiation apparatus is known which performs material analysis and nondestructive inspection of a specimen by irradiating the specimen with a neutron beam emitted from a neutron source (Patent Document). 1).

特開平8-234000号公報JP-A-8-234000

上記のような中性子線照射装置における中性子線源としては、例えば、荷電粒子線を出射する粒子加速器と、荷電粒子線が照射されることで中性子線を生成するターゲット材と、を備えるものが考えられる。上記構成によれば、主に荷電粒子線の照射を受ける入射面とは反対側の面（以下「裏面」という）側にターゲット材から中性子線が出射されるので、ターゲット材の裏面側に検体物を配置して当該検体物に中性子線が照射されるようにすることが好ましいと考えられる。   As a neutron beam source in the neutron beam irradiation apparatus as described above, for example, a device including a particle accelerator that emits a charged particle beam and a target material that generates a neutron beam by being irradiated with the charged particle beam is considered. It is done. According to the above configuration, the neutron beam is emitted from the target material on the side opposite to the incident surface (hereinafter referred to as “rear surface”) that is mainly irradiated with the charged particle beam. It is considered preferable to place an object so that the specimen is irradiated with neutron beams.

また、ターゲット材は、荷電粒子線の照射によって高温となるため冷却する必要がある。この場合、ターゲット材の入射面側に冷却水を接触させてターゲット材を冷却させようとすると、荷電粒子線が冷却水によって減衰してしまうため、ターゲット材での中性子線の生成が好適に行われなくなってしまうおそれがある。そのため、ターゲット材の裏面に冷却水を接触させる方式を採用する方が良いと考えられる。しかしながら、中性子線は水によって遮蔽され易いので、ターゲット材の裏面に冷却水を接触させる方式においては、ターゲット材で発生した中性子線がターゲット材の裏面上に存在する冷却水によって減少し、冷却水よりも更に裏面側に位置する試料（検体物）への照射量が減ってしまい、試料への中性子線の照射が好適に行われない虞がある。また、ターゲット材の側面に冷却水を接触させて冷却を行う方式も考えられるが、ターゲットと冷却水との接触面積が小さくなってしまうため、冷却効率が低くなってしまうおそれがある。本発明は、ターゲット材から試料への中性子線照射量の確保と、ターゲット材の冷却効率とを両立することが可能な中性子線照射装置及びターゲット装置を提供することを目的とする。   Moreover, since the target material becomes high temperature by irradiation with the charged particle beam, it needs to be cooled. In this case, when the cooling water is brought into contact with the incident surface side of the target material to cool the target material, the charged particle beam is attenuated by the cooling water. There is a risk of being lost. For this reason, it is considered better to employ a method in which cooling water is brought into contact with the back surface of the target material. However, since neutron beams are easily shielded by water, in the system in which cooling water is brought into contact with the back surface of the target material, neutron beams generated in the target material are reduced by cooling water existing on the back surface of the target material, and cooling water In addition, the amount of irradiation to the sample (specimen object) located on the back side further decreases, and there is a possibility that the sample is not suitably irradiated with neutron beams. In addition, a method of cooling by bringing cooling water into contact with the side surface of the target material is conceivable, but the contact area between the target and the cooling water is reduced, so that the cooling efficiency may be lowered. It is an object of the present invention to provide a neutron beam irradiation apparatus and a target apparatus capable of ensuring both the amount of neutron beam irradiation from a target material to a sample and the cooling efficiency of the target material.

本発明の中性子線照射装置は、試料に中性子線を照射する中性子線照射装置であって、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する粒子加速器と、粒子加速器から出射された荷電粒子線を受けて当該荷電粒子線の入射面の裏面側に中性子線を出射する板状のターゲット材を、荷電粒子線の照射軸に対し傾斜する姿勢で保持するターゲット材保持部と、入射面と照射軸との交点である照射中心よりも荷電粒子線の下流側の位置の裏面側でターゲット材との接触面をもつように、裏面側に配置される試料を保持する試料保持部と、ターゲット材を冷却する冷却流体を流通させる冷却流体流路と、を備え、冷却流体流路は、接触面のうち荷電粒子線の上流側の端縁よりも荷電粒子線の上流側の位置で、冷却流体をターゲット材の裏面側に接触させる第１流路部位と、接触面のうち荷電粒子線の上流側の端縁よりも荷電粒子線の下流側の位置で、冷却流体をターゲット材の裏面側に接触させる第２流路部位と、を有する。   A neutron beam irradiation apparatus according to the present invention is a neutron beam irradiation apparatus that irradiates a sample with a neutron beam, a particle accelerator that accelerates charged particles and emits a charged particle beam, and a charged particle beam emitted from the particle accelerator. A target material holding unit that holds a plate-like target material that emits a neutron beam to the back side of the incident surface of the charged particle beam in an attitude inclined with respect to the irradiation axis of the charged particle beam, and the incident surface and the irradiation axis A sample holding part for holding a sample arranged on the back surface side so that it has a contact surface with the target material on the back surface side at a position downstream of the charged particle beam from the irradiation center that is an intersection with the target material, A cooling fluid channel that circulates the cooling fluid to be cooled, and the cooling fluid channel passes the cooling fluid at a position upstream of the edge of the charged particle beam upstream of the charged particle beam in the contact surface. First contact with the back side of the target material A flow path part, and a second flow path part for bringing the cooling fluid into contact with the back surface side of the target material at a position downstream of the charged particle beam from the upstream edge of the charged particle beam in the contact surface. .

本発明のターゲット装置は、試料に中性子線を照射するターゲット装置であって、粒子加速器から出射された荷電粒子線を受けて当該荷電粒子線の入射面の裏面側に中性子線を出射する板状のターゲット材を、荷電粒子線の照射軸に対し傾斜する姿勢で保持するターゲット材保持部と、入射面と照射軸との交点である照射中心よりも荷電粒子線の下流側の位置の裏面側でターゲット材との接触面をもつように、裏面側に配置される試料を保持する試料保持部と、ターゲット材を冷却する冷却流体を流通させる冷却流体流路と、を備え、冷却流体流路は、接触面のうち荷電粒子線の上流側の端縁よりも荷電粒子線の上流側の位置で、冷却流体をターゲット材の裏面側に接触させる第１流路部位と、接触面のうち荷電粒子線の上流側の端縁よりも荷電粒子線の下流側の位置で、冷却流体をターゲット材の裏面側に接触させる第２流路部位と、を有する。   The target device of the present invention is a target device that irradiates a sample with a neutron beam, and receives a charged particle beam emitted from a particle accelerator and emits a neutron beam to the back side of the incident surface of the charged particle beam A target material holding portion that holds the target material in a posture inclined with respect to the irradiation axis of the charged particle beam, and a back surface side at a position downstream of the charged particle beam from the irradiation center that is an intersection of the incident surface and the irradiation axis And a cooling fluid channel for circulating a cooling fluid for cooling the target material, the cooling fluid channel including a sample holding part for holding the sample arranged on the back surface side so as to have a contact surface with the target material Is a first flow path part for bringing the cooling fluid into contact with the back surface side of the target material at a position upstream of the charged particle beam upstream of the edge of the charged particle beam on the contact surface, and charging of the contact surface. Than the upstream edge of the particle beam At a location downstream of the electrostatic particle beam, having, a second flow path portion is brought into contact with the rear surface side of the cooling fluid target material.

上記の中性子線照射装置及びターゲット装置では、ターゲット材の入射面に荷電粒子線が入射されて裏面側に中性子線が出射される。このとき、冷却流体流路の第１流路部位及び第２流路部位において冷却流体とターゲット材とが接することで、ターゲット材の冷却が、荷電粒子線の上下流方向で比較的均等に行われ、ターゲット材の冷却効率が良い。   In the neutron beam irradiation apparatus and the target apparatus described above, the charged particle beam is incident on the incident surface of the target material, and the neutron beam is emitted on the back surface side. At this time, the cooling fluid and the target material come into contact with each other in the first flow path portion and the second flow path portion of the cooling fluid flow path, so that the target material is cooled relatively evenly in the upstream and downstream directions of the charged particle beam. Therefore, the cooling efficiency of the target material is good.

また、ターゲット材が荷電粒子線の照射軸に対して傾斜しているので、ターゲット材の裏面からの中性子線の出射方向も、当該ターゲット材に対して傾斜した方向に偏る傾向にある。そして、試料は、ターゲット材の照射中心よりも下流側の位置の裏面側の接触面でターゲット材と接触しているので、当該接触面は、照射中心から見て中性子線の出射方向に位置することになる。更に、当該接触面においては試料とターゲット材との間には前述の冷却流体が存在しない。従って、少なくとも上記接触面を通過する中性子線は冷却流体に遮られることなく試料に入射し、その結果、ターゲット材から試料への中性子線照射量が確保される。   Further, since the target material is inclined with respect to the irradiation axis of the charged particle beam, the emission direction of the neutron beam from the back surface of the target material also tends to be biased in the direction inclined with respect to the target material. And since the sample is in contact with the target material at the contact surface on the back surface side at a position downstream from the irradiation center of the target material, the contact surface is positioned in the emission direction of the neutron beam as viewed from the irradiation center. It will be. Furthermore, the cooling fluid does not exist between the sample and the target material on the contact surface. Therefore, at least the neutron beam passing through the contact surface is incident on the sample without being blocked by the cooling fluid, and as a result, the amount of neutron irradiation from the target material to the sample is ensured.

また、第１流路部位は、冷却流体を照射中心の位置でターゲット材の裏面側に接触させる部位を含むようにしてもよい。この構成によれば、最も高温になり得る照射中心をターゲット材の裏面側から冷却流体で冷却することができる。   Further, the first flow path part may include a part where the cooling fluid is brought into contact with the back surface side of the target material at the position of the irradiation center. According to this configuration, the irradiation center that can reach the highest temperature can be cooled by the cooling fluid from the back side of the target material.

また、冷却流体流路は、第１流路部位と第２流路部位とを含みターゲット材の裏面に沿って接触面を除く領域内で延在する裏面流路部を有し、裏面流路部は、１つの第１流路部位と、接触面を間に挟んで位置する２つの第２流路部位と、を接続する分岐流路部位を含むようにしてもよい。   The cooling fluid channel includes a first channel part and a second channel part, and includes a back channel part extending in a region excluding the contact surface along the back surface of the target material. The part may include a branch flow path part that connects one first flow path part and two second flow path parts located with the contact surface interposed therebetween.

本発明によれば、ターゲット材から試料への中性子線照射量の確保と、ターゲット材の冷却効率とを両立することが可能な中性子線照射装置及びターゲット装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the neutron beam irradiation apparatus and target device which can make compatible ensuring of the irradiation amount of the neutron beam from a target material to a sample, and the cooling efficiency of a target material can be provided.

実施形態に係る中性子線照射装置の断面図である。It is sectional drawing of the neutron beam irradiation apparatus which concerns on embodiment. ターゲット装置の要部の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the principal part of a target apparatus. ターゲット材と試料とを拡大して示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which expands and shows a target material and a sample. （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ変形例を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows a modification, respectively. （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ他の変形例を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows another modification, respectively. 更に他の変形例を示す図である。It is a figure which shows another modification.

以下、図面を参照しつつ本発明に係る中性子線照射装置及びターゲット装置の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a neutron beam irradiation apparatus and a target apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１及び図２を参照しながら中性子線照射装置１について説明する。図１は、中性子線照射装置１の断面図であり、図２は、ターゲット装置７の要部の分解斜視図である。中性子線照射装置１は、粒子加速器３とターゲット装置７とを備えている。中性子線照射装置１は、粒子加速器３からの荷電粒子線をターゲット材９に照射して中性子線を発生させ、発生した中性子線を試料１１に照射する装置である。このように試料１１に中性子線を照射することで、当該試料１１の材料分析や非破壊検査が行われる。ターゲット装置７は、上記のターゲット材９と試料１１とを保持した状態で粒子加速器３のマニホールドに取付けられる。ターゲット材９としては、例えば、ＢｅまたはＬｉ等のターゲット材料をＣｕ基板上に形成したものが採用される。ターゲット材料がＢｅまたはＬｉの場合には、粒子加速器３から１０〜２０ＭｅＶの荷電粒子線が照射される。   The neutron beam irradiation apparatus 1 is demonstrated referring FIG.1 and FIG.2. FIG. 1 is a cross-sectional view of the neutron beam irradiation apparatus 1, and FIG. 2 is an exploded perspective view of a main part of the target apparatus 7. The neutron beam irradiation apparatus 1 includes a particle accelerator 3 and a target device 7. The neutron beam irradiation apparatus 1 is an apparatus that irradiates a target material 9 with a charged particle beam from a particle accelerator 3 to generate a neutron beam and irradiates a sample 11 with the generated neutron beam. Thus, by irradiating the sample 11 with a neutron beam, material analysis and nondestructive inspection of the sample 11 are performed. The target device 7 is attached to the manifold of the particle accelerator 3 while holding the target material 9 and the sample 11. As the target material 9, for example, a target material such as Be or Li formed on a Cu substrate is employed. When the target material is Be or Li, a charged particle beam of 10 to 20 MeV is irradiated from the particle accelerator 3.

粒子加速器３は、荷電粒子を加速し、図１における左方に向けて荷電粒子線を出射する。粒子加速器３としては、例えばサイクロトロン、線形加速器（ライナック）等が使用される。荷電粒子線としては、例えば、陽子線、重陽子線、α線等が使用される。以下では、図に示されるように、粒子加速器３からの荷電粒子線の出射方向をＸ方向、鉛直上方をＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向として、ＸＹＺを説明に用いる場合がある。また、以下の説明において、単に「上流側」、「下流側」等の語を用いる場合には、粒子加速器３から出射される荷電粒子線の上流、下流に対応させるものとする。図１における右側が上流側、左側が下流側である。また、「上流側」、「下流側」に代えて「右側」、「左側」等といったように「右」、「左」等の語を用いる場合があり、この場合は、図１の状態の中性子線照射装置１の左右に対応させるものとする。また、「上」、「下」等の語を用いる場合があり、この場合も、図１の状態の中性子線照射装置１の上下に対応させるものとする。また、粒子加速器３から出射される荷電粒子線の照射軸には図中で「Ｂ」の符号を付す。荷電粒子線の照射軸とは、荷電粒子線が進行する方向である。荷電粒子線は照射軸と直交する径方向において所定の大きさを有しており、荷電粒子線の径方向における中心と照射軸Ｂとが一致（略一致）する。   The particle accelerator 3 accelerates charged particles and emits a charged particle beam toward the left in FIG. As the particle accelerator 3, for example, a cyclotron, a linear accelerator (linac) or the like is used. As the charged particle beam, for example, a proton beam, a deuteron beam, an α ray, or the like is used. In the following, as shown in the figure, XYZ is used for explanation, assuming that the exit direction of the charged particle beam from the particle accelerator 3 is the X direction, the vertically upward direction is the Z direction, and the direction perpendicular to the X direction and the Z direction is the Y direction. There is a case. Further, in the following description, when words such as “upstream side” and “downstream side” are simply used, they are assumed to correspond to upstream and downstream of the charged particle beam emitted from the particle accelerator 3. The right side in FIG. 1 is the upstream side, and the left side is the downstream side. Further, instead of “upstream” and “downstream”, words such as “right” and “left” may be used such as “right”, “left”, etc. In this case, the state of FIG. It shall correspond to the right and left of the neutron beam irradiation apparatus 1. In addition, words such as “upper” and “lower” may be used, and in this case, the neutron beam irradiation apparatus 1 in the state of FIG. Further, the irradiation axis of the charged particle beam emitted from the particle accelerator 3 is marked with “B” in the figure. The charged particle beam irradiation axis is a direction in which the charged particle beam travels. The charged particle beam has a predetermined size in the radial direction orthogonal to the irradiation axis, and the center of the charged particle beam in the radial direction and the irradiation axis B coincide (substantially coincide).

ターゲット装置７は、金属塊からなる上部パーツ１３（ターゲット材保持部）と下部パーツ１５（ターゲット材保持部）とを備えている。上部パーツ１３と下部パーツ１５との間に板状のターゲット材９が挟み込まれるようにして、当該ターゲット材９がターゲット装置７に保持されている。ターゲット材９は、略Ｘ方向に長軸をもつ長円板状をなしている。また、上部パーツ１３及び下部パーツ１５の上流側及び下流側には、それぞれガイドブロック１４が取付けられている。図２では、ガイドブロック１４の図示が省略されている。   The target device 7 includes an upper part 13 (target material holding part) and a lower part 15 (target material holding part) made of a metal lump. The target material 9 is held by the target device 7 so that the plate-like target material 9 is sandwiched between the upper part 13 and the lower part 15. The target material 9 has an oval shape having a major axis in the substantially X direction. In addition, guide blocks 14 are attached to the upstream side and the downstream side of the upper part 13 and the lower part 15, respectively. In FIG. 2, the guide block 14 is not shown.

下部パーツ１５の上面はターゲット材９を設置する設置座面１７（ターゲット保持部）として機能する。また、下部パーツ１５の上面には長円形の凹部１９が設けられている。そして、凹部１９を上から塞ぐように当該凹部１９よりもやや大きい長円形板状のターゲット材９が設置されている。設置座面１７は照射軸Ｂに対して約６度傾斜している。すなわち、図１中に示される角度αが約６度である。この設置座面１７の傾斜によって、ターゲット装置７では、照射軸Ｂに対して約６度傾斜した姿勢でターゲット材９が保持されている。なお、設置座面１７との間にターゲット材９を挟み込む上部パーツ１３の下面３３も照射軸Ｂに対して約６度傾斜している。また、上部パーツ１３の下面３３には、ターゲット材９が嵌り込む長穴形状の凹部（図示せず）が形成されている。   The upper surface of the lower part 15 functions as an installation seat surface 17 (target holding unit) on which the target material 9 is installed. An oval recess 19 is provided on the upper surface of the lower part 15. And the oval plate-shaped target material 9 a little larger than the said recessed part 19 is installed so that the recessed part 19 may be plugged up from the top. The installation seat surface 17 is inclined about 6 degrees with respect to the irradiation axis B. That is, the angle α shown in FIG. 1 is about 6 degrees. Due to the inclination of the installation seat surface 17, the target device 9 holds the target material 9 in an attitude inclined about 6 degrees with respect to the irradiation axis B. Note that the lower surface 33 of the upper part 13 that sandwiches the target material 9 with the installation seating surface 17 is also inclined about 6 degrees with respect to the irradiation axis B. In addition, an elongated hole-shaped recess (not shown) into which the target material 9 is fitted is formed on the lower surface 33 of the upper part 13.

凹部１９の上流側の側面には、粒子加速器３からの荷電粒子線を通過させる円孔２１が設けられている。凹部１９は円孔２１を通じて粒子加速器３のビーム通路４と連通されており、荷電粒子線の照射時には、凹部１９、円孔２１及びビーム通路４が真空状態にされる。   A circular hole 21 through which the charged particle beam from the particle accelerator 3 passes is provided on the upstream side surface of the recess 19. The concave portion 19 communicates with the beam passage 4 of the particle accelerator 3 through the circular hole 21, and the concave portion 19, the circular hole 21 and the beam passage 4 are brought into a vacuum state when the charged particle beam is irradiated.

照射軸Ｂは、設置座面１７に設置されたターゲット材９の下面に交差する。粒子加速器３から左向きに出射された荷電粒子線は、円孔２１を通じてターゲット装置７に入射し、凹部１９内を通過してターゲット材９の下面に入射する。以下では、荷電粒子線が入射するターゲット材９の面（すなわち、ターゲット材９の下面）を「入射面」と呼び、「２７」の符号を付す。また、ターゲット材９の、入射面２７の反対側の面（すなわち、ターゲット材９の上面）を「裏面」と呼び、「２９」の符号を付す。また、照射軸Ｂと入射面２７との交点を「照射中心」と呼び、「Ｃ」の符号を付す。   The irradiation axis B intersects the lower surface of the target material 9 installed on the installation seat surface 17. The charged particle beam emitted leftward from the particle accelerator 3 enters the target device 7 through the circular hole 21, passes through the recess 19, and enters the lower surface of the target material 9. Hereinafter, the surface of the target material 9 on which the charged particle beam is incident (that is, the lower surface of the target material 9) is referred to as an “incident surface”, and is denoted by reference numeral “27”. Further, the surface of the target material 9 opposite to the incident surface 27 (that is, the upper surface of the target material 9) is referred to as “back surface”, and is denoted by “29”. Further, the intersection of the irradiation axis B and the incident surface 27 is referred to as an “irradiation center”, and is denoted by “C”.

上部パーツ１３の下流側の側面には、左方から試料１１を挿入し装着するための試料保持穴３１（試料保持部）が形成されている。試料保持穴３１は上部パーツ１３の下流側の側面からＸ方向に延び下面３３まで貫通している。そして、試料保持穴３１に装着された試料１１の先端下面３５は、上部パーツ１３の下面３３から露出し、ターゲット材９の上面（裏面２９）に接触する。   A sample holding hole 31 (sample holding part) for inserting and mounting the sample 11 from the left side is formed on the side surface on the downstream side of the upper part 13. The sample holding hole 31 extends in the X direction from the downstream side surface of the upper part 13 and penetrates to the lower surface 33. The tip lower surface 35 of the sample 11 mounted in the sample holding hole 31 is exposed from the lower surface 33 of the upper part 13 and contacts the upper surface (back surface 29) of the target material 9.

ターゲット材９は、荷電粒子線が照射されることにより高温になるため、冷却する必要がある。このため、上部パーツ１３には、ターゲット材９の冷却水（冷却流体）を流通させるための冷却水路が設けられている。具体的には、上部パーツ１３の左部において当該上部パーツ１３を上下方向に貫通する冷却水供給孔３９（冷却流体流路）が設けられている。また、上部パーツ１３の右部において当該上部パーツ１３を上下方向に貫通する冷却水排出孔４１（冷却流体流路）が設けられている。   Since the target material 9 becomes high temperature when irradiated with the charged particle beam, it needs to be cooled. For this reason, the upper part 13 is provided with a cooling water passage for circulating the cooling water (cooling fluid) of the target material 9. Specifically, a cooling water supply hole 39 (cooling fluid flow path) that penetrates the upper part 13 in the vertical direction is provided at the left part of the upper part 13. In addition, a cooling water discharge hole 41 (cooling fluid flow path) penetrating the upper part 13 in the vertical direction is provided in the right part of the upper part 13.

冷却水供給孔３９は、試料保持穴３１の上方に設けられた丸凹部４３と、当該丸凹部４３の底面から下面３３まで更に下方に延びる２本の貫通穴４５，４５とを有している。２本の貫通穴４５，４５は、互いの間に試料保持穴３１を挟むように配置されている。冷却水供給孔３９、冷却水排出孔４１には、それぞれ、給水源や排水先との接続を図るためのコネクタ部材が取付けられてもよい。   The cooling water supply hole 39 has a round recess 43 provided above the sample holding hole 31 and two through holes 45, 45 extending further downward from the bottom surface to the lower surface 33 of the round recess 43. . The two through holes 45 are arranged so as to sandwich the sample holding hole 31 therebetween. The cooling water supply hole 39 and the cooling water discharge hole 41 may be provided with connector members for connection with a water supply source or a drainage destination, respectively.

上記のような上部パーツ１３の冷却水路に対応して、ターゲット材９の裏面２９には上記冷却水を流通させる流路溝５１（冷却流体流路，裏面流路部）が形成されている。流路溝５１に流通する冷却水が、直接ターゲット材９の裏面２９に接触することで、効率良くターゲット材９が冷却される。主に図３を参照しながら、流路溝５１の構成と、当該流路溝５１と試料１１との位置関係について説明する。図３は、ターゲット材９と試料１１とを拡大して示す分解斜視図である。なお、図３では、説明に係る部位の特徴を誇張して描写するため、各部位の寸法比が他の図面と一致しない場合がある。   Corresponding to the cooling water channel of the upper part 13 as described above, a channel groove 51 (cooling fluid channel, back channel unit) for circulating the cooling water is formed on the back surface 29 of the target material 9. The cooling water flowing in the flow channel 51 directly contacts the back surface 29 of the target material 9 so that the target material 9 is efficiently cooled. The configuration of the flow channel 51 and the positional relationship between the flow channel 51 and the sample 11 will be described mainly with reference to FIG. FIG. 3 is an exploded perspective view showing the target material 9 and the sample 11 in an enlarged manner. Note that, in FIG. 3, since the features of the portions related to the description are exaggerated, the dimensional ratios of the portions may not match those of the other drawings.

図３に示されるように、裏面２９上の流路溝５１はＸＺ平面に対して対称の形状をなし、Ｙ字状の分岐形状をなす。Ｙ字状の流路溝５１は、２本の入口側溝５５，５５（第２流路部位）と１本の出口側溝５３（第１流路部位）と、を有している。２本の入口側溝５５，５５は、裏面２９の左端部を起点として裏面２９上の左部で略Ｘ方向に延びている。出口側溝５３は、流路溝５１のうち２本の入口側溝５５，５５以外の部分である。出口側溝５３は、入口側溝５５，５５が合流する合流部５７（分岐流路部位）を含んで裏面２９の右端近傍まで略Ｘ方向に延びている。出口側溝５３に含まれる当該合流部５７は、照射中心Ｃの裏面側の位置を含むように配置されている。   As shown in FIG. 3, the flow channel 51 on the back surface 29 has a symmetric shape with respect to the XZ plane and has a Y-shaped branch shape. The Y-shaped channel groove 51 has two inlet side grooves 55 and 55 (second channel portion) and one outlet side groove 53 (first channel portion). The two inlet-side grooves 55 and 55 extend substantially in the X direction at the left portion on the back surface 29 starting from the left end portion of the back surface 29. The outlet side groove 53 is a part other than the two inlet side grooves 55, 55 in the flow channel groove 51. The outlet-side groove 53 extends in the substantially X direction to the vicinity of the right end of the back surface 29 including the joining portion 57 (branch channel portion) where the inlet-side grooves 55, 55 join. The junction 57 included in the outlet side groove 53 is disposed so as to include the position on the back side of the irradiation center C.

前述の冷却水供給孔３９（図２参照）から供給される冷却水は、２本の貫通穴４５，４５（図２参照）を通過して、それぞれ入口側溝５５，５５の左端である流入部５６，５６から流入する。その後冷却水は、各入口側溝５５，５５を右向きに流動し、出口側溝５３の合流部５７で合流する。その後冷却水は、出口側溝５３の右端である流出部５４に達した後、冷却水排出孔４１（図２参照）を通じて排出される。図１及び図２では省略されているが、出口側溝５３の底面には、略Ｘ方向に延在する複数の凸条部５９が設けられている。凸条部５９の存在によって、ターゲット材９と冷却水との接触面積が増加し、冷却効率が向上する。   The cooling water supplied from the cooling water supply hole 39 (see FIG. 2) passes through the two through holes 45 and 45 (see FIG. 2) and is an inflow portion which is the left end of the inlet side grooves 55 and 55, respectively. 56, 56 flows in. Thereafter, the cooling water flows rightward through the inlet side grooves 55, 55 and merges at the merging portion 57 of the outlet side groove 53. Thereafter, the cooling water reaches the outflow portion 54 which is the right end of the outlet side groove 53 and is then discharged through the cooling water discharge hole 41 (see FIG. 2). Although omitted in FIGS. 1 and 2, the bottom surface of the outlet side groove 53 is provided with a plurality of ridges 59 extending substantially in the X direction. Due to the presence of the ridge 59, the contact area between the target material 9 and the cooling water is increased, and the cooling efficiency is improved.

試料１１の先端下面３５とターゲット材９の裏面２９とは、図中にハッチングを付して示される矩形の接触面６１で接触している。接触面６１は、２本の入口側溝５５，５５にＹ方向に挟まれて位置している。なお、試料１１の先端部は、ターゲット材９の裏面２９に直交する方向から見た場合においても、２本の入口側溝５５，５５によってＹ方向に挟まれ、かつ合流部５７にはみ出さない領域内に収まるように位置している。また、接触面６１の右端縁６１ａよりもやや右側の位置に照射中心Ｃがあり、前述のとおり合流部５７は照射中心Ｃの裏面側の位置を含むように配置されている。   The tip lower surface 35 of the sample 11 and the back surface 29 of the target material 9 are in contact with each other at a rectangular contact surface 61 indicated by hatching in the drawing. The contact surface 61 is located between the two inlet-side grooves 55 and 55 in the Y direction. Note that the tip of the sample 11 is sandwiched between the two inlet-side grooves 55 and 55 in the Y direction even when viewed from the direction orthogonal to the back surface 29 of the target material 9 and does not protrude from the merging portion 57. It is located to fit inside. In addition, the irradiation center C is located slightly to the right of the right end edge 61a of the contact surface 61, and the junction 57 is disposed so as to include the position on the back side of the irradiation center C as described above.

以上説明したターゲット装置７及びこれを備える中性子線照射装置１による作用効果について説明する。ターゲット装置７において、照射軸Ｂに沿って荷電粒子線がターゲット材９の入射面２７に入射すると、ターゲット材９が照射軸Ｂに対して比較的浅い角度（本実施形態の場合は約６度）で傾斜していることから、照射スポットは照射軸Ｂ方向（すなわちターゲット材９の長手方向）に広がり、荷電粒子線はターゲット材９の全体に亘って照射され易くなる。例えば、ターゲット材９の照射軸Ｂに対する傾斜角度αが６度である場合には、ターゲット材９が照射軸Ｂに直交する場合（α＝９０度の場合）に比較して、照射スポットの面積は約１０倍増加する。このように、照射面積が増加することで、ターゲット材９の熱負荷が軽減される。   The effect by the target apparatus 7 demonstrated above and the neutron beam irradiation apparatus 1 provided with the same is demonstrated. In the target device 7, when the charged particle beam enters the incident surface 27 of the target material 9 along the irradiation axis B, the target material 9 is at a relatively shallow angle with respect to the irradiation axis B (about 6 degrees in the present embodiment). ), The irradiation spot spreads in the irradiation axis B direction (that is, the longitudinal direction of the target material 9), and the charged particle beam is easily irradiated over the entire target material 9. For example, when the inclination angle α of the target material 9 with respect to the irradiation axis B is 6 degrees, the area of the irradiation spot compared to the case where the target material 9 is orthogonal to the irradiation axis B (α = 90 degrees). Increases about 10 times. Thus, the thermal load of the target material 9 is reduced by increasing the irradiation area.

左向きの荷電粒子線がターゲット材９に入射することから、ターゲット材９から発生する中性子線も左向きに出射される傾向が強い。特に、照射中心Ｃ近傍から出射される中性子線量が多い傾向にある。これに対し、ターゲット装置７においては、ターゲット材９の照射中心Ｃから見て左側の位置に試料１１が位置するので、試料１１に照射される中性子線量を多く確保することができる。また、照射中心Ｃから見て左側の位置に試料１１とターゲット材９との接触面６１が位置している。少なくとも当該接触面６１においてはターゲット材９と試料１１との間に冷却水が存在しない。従って、少なくとも接触面６１を通過する中性子線は、冷却水によって遮られることなく試料１１に入射される。その結果、ターゲット材９から試料１１への中性子線照射量が確保される。   Since the leftward charged particle beam is incident on the target material 9, the neutron beam generated from the target material 9 also tends to be emitted leftward. In particular, the neutron dose emitted from the vicinity of the irradiation center C tends to be large. On the other hand, in the target device 7, the sample 11 is positioned at the left side as viewed from the irradiation center C of the target material 9, so that a large amount of neutron dose irradiated to the sample 11 can be secured. Further, a contact surface 61 between the sample 11 and the target material 9 is located at a position on the left side when viewed from the irradiation center C. There is no cooling water between the target material 9 and the sample 11 at least on the contact surface 61. Accordingly, at least the neutron beam passing through the contact surface 61 is incident on the sample 11 without being blocked by the cooling water. As a result, the amount of neutron irradiation from the target material 9 to the sample 11 is ensured.

また、ターゲット材９の裏面２９に流路溝５１が存在し、ターゲット材９に直接冷却水が接触するので、効率良くターゲット材９が冷却される。特に、接触面６１の右端縁６１ａよりも右側の部位が出口側溝５３によって冷却されるばかりでなく、接触面６１の右端縁６１ａよりも左側の部位においても、接触面６１をＹ方向に挟むように入口側溝５５，５５が存在している。すなわち、接触面６１を迂回するように入口側溝５５，５５が形成されて、接触面６１の右端縁６１ａよりも左側の部位も冷却されている。従って、冷却水がターゲット材９の長手方向において比較的均等に接触し、効率良くターゲット材９が冷却される。   Moreover, since the flow channel 51 exists in the back surface 29 of the target material 9, and cooling water contacts the target material 9 directly, the target material 9 is cooled efficiently. In particular, not only the portion on the right side of the right end edge 61a of the contact surface 61 is cooled by the outlet side groove 53 but also the portion on the left side of the right end edge 61a of the contact surface 61 is sandwiched in the Y direction. There are inlet side grooves 55, 55. That is, the inlet-side grooves 55 and 55 are formed so as to bypass the contact surface 61, and the portion on the left side of the right end edge 61 a of the contact surface 61 is also cooled. Therefore, the cooling water contacts relatively evenly in the longitudinal direction of the target material 9, and the target material 9 is efficiently cooled.

また、出口側溝５３に含まれる合流部５７は照射中心Ｃの裏面側の位置を含むように配置されている。また、合流部５７においては、入口側溝５５，５５の２本の冷却水が合流して冷却水の量が多くなる。これにより、最も高温になり得る照射中心Ｃの裏面側に合流部５７の冷却水が流動し当該部分を冷却するので、その結果、効率良くターゲット材９が冷却される。   Further, the merging portion 57 included in the outlet side groove 53 is disposed so as to include the position on the back surface side of the irradiation center C. Moreover, in the junction part 57, the two cooling waters of the inlet side grooves 55 and 55 merge and the amount of cooling water increases. Thereby, since the cooling water of the merge part 57 flows to the back surface side of the irradiation center C which can be the highest temperature and cools the part, as a result, the target material 9 is efficiently cooled.

以上のように、ターゲット装置７及びこれを備える中性子線照射装置１においては、ターゲット材９から試料１１への中性子線照射量の確保と、ターゲット材９の冷却効率とを両立することができる。   As described above, in the target device 7 and the neutron beam irradiation apparatus 1 including the target device 7, it is possible to ensure both the amount of neutron beam irradiation from the target material 9 to the sample 11 and the cooling efficiency of the target material 9.

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、下記の変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。   The present invention can be implemented in various forms including various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art including the above-described embodiments. In addition, the following modifications may be configured using the technical matters described in the above-described embodiments. You may use combining the structure of each embodiment suitably.

例えば、実施形態では、照射軸Ｂに対するターゲット材９の傾斜角度（図１中の角度α）が約６度であったが、この傾斜角度αは適宜調整されてもよい。但し、上述したようなターゲット装置７による作用効果が効果的に奏されるためには、角度αは５〜３０度であることが好ましい。   For example, in the embodiment, the inclination angle of the target material 9 with respect to the irradiation axis B (angle α in FIG. 1) is about 6 degrees, but the inclination angle α may be adjusted as appropriate. However, the angle α is preferably 5 to 30 degrees in order to effectively achieve the effects of the target device 7 as described above.

また、ターゲット材９に形成される流路溝５１と試料１１及び接触面６１との位置関係は、前述の実施形態に示されたものには限定されない。すなわち、流路溝５１と試料１１及び接触面６１との位置関係は、図４〜図６に示されるようなものであってもよい。図４〜図６の各例は、いずれも、ターゲット材９の裏面２９に直交する方向から見た流路溝５１と試料１１及び接触面６１との位置関係を模式的に示すものであり、図４〜図６のいずれも、図の上下方向がＹ方向に対応する。図４〜図６において符号５４の記号は流出部５４の場所、符号５６の記号は流入部５６の場所を示しており、前述の実施形態と同様に、各ターゲット材９の流路溝５１を流動する冷却水は、流入部５６から流入し流出部５４から排出される。その他、図４〜図６の各例において、前述の実施形態と同一又は同等の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。   Further, the positional relationship between the channel groove 51 formed in the target material 9, the sample 11, and the contact surface 61 is not limited to that shown in the above-described embodiment. That is, the positional relationship between the channel groove 51, the sample 11, and the contact surface 61 may be as shown in FIGS. Each of the examples in FIGS. 4 to 6 schematically shows the positional relationship between the flow channel 51, the sample 11, and the contact surface 61 as seen from the direction orthogonal to the back surface 29 of the target material 9. 4 to 6, the vertical direction in the figure corresponds to the Y direction. 4 to 6, the symbol 54 indicates the location of the outflow portion 54, and the symbol 56 indicates the location of the inflow portion 56. As in the above-described embodiment, the flow channel 51 of each target material 9 is defined. The flowing cooling water flows in from the inflow portion 56 and is discharged from the outflow portion 54. In addition, in each example of FIGS. 4-6, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same or equivalent to the above-mentioned embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図４（ａ）に示されるように、試料１１全体及び接触面６１全体が、入口側溝５５，５５の左端より右側の領域に収まる構成であってもよい。また、図４（ｂ）に示されるように、試料１１の一部が合流部５７の上に存在してもよい。また、図４（ｃ）に示されるように、試料１１の一部が合流部５７及び入口側溝５５，５５の上に存在してもよい。   As shown in FIG. 4A, the entire sample 11 and the entire contact surface 61 may be in a region on the right side from the left end of the inlet side grooves 55, 55. Further, as shown in FIG. 4B, a part of the sample 11 may be present on the merge portion 57. Further, as shown in FIG. 4C, a part of the sample 11 may be present on the merging portion 57 and the inlet side grooves 55 and 55.

また、図５（ａ）に示されるように、試料１１の一部が入口側溝５５，５５の上に存在してもよい。また、図５（ｂ）に示されるように、試料１１全体及び接触面６１全体が、入口側溝５５，５５の左端よりも左側の領域にはみ出す構成であってもよい。また、図５（ｃ）に示されるように、試料１１及び接触面６１よりも左側の領域において１箇所の流入部５６及び入口側溝６９が設けられ、当該入口側溝６９が試料１１及び接触面６１よりも左側の位置の分岐部７１で分岐して入口側溝５５，５５に接続されるようにしてもよい。この場合、図に示されるように、入口側溝５５，５５と、分岐部７１と、合流部５７とで囲まれる中州状の領域に試料１１全体及び接触面６１全体が収まる配置にしてもよい。   Further, as shown in FIG. 5A, a part of the sample 11 may exist on the inlet side grooves 55, 55. Further, as shown in FIG. 5B, the entire sample 11 and the entire contact surface 61 may protrude from the left side region of the left end of the inlet side grooves 55, 55. Further, as shown in FIG. 5C, one inflow portion 56 and an inlet-side groove 69 are provided in a region on the left side of the sample 11 and the contact surface 61, and the inlet-side groove 69 serves as the sample 11 and the contact surface 61. Alternatively, it may be branched at the branching portion 71 located on the left side and connected to the inlet side grooves 55, 55. In this case, as shown in the drawing, the entire sample 11 and the entire contact surface 61 may be disposed in a middle state area surrounded by the inlet side grooves 55, 55, the branching portion 71, and the joining portion 57.

また、図６に示されるように、ターゲット材９が円形である場合、ターゲット材９の中央に１つの流入部５６が設けられ、ターゲット材９の円周縁近傍に複数の流出部５４が設けられる構成であってもよい。この場合、当該流入部５６から各流出部５４に向けて複数の流路溝７３が径方向外側に放射状に延びる構成であってもよい。また、この場合、一部の流路溝７３及び流出部５４が、接触面６１の右端縁６１ａよりも左側の位置まで延びている構成であってもよい。   As shown in FIG. 6, when the target material 9 is circular, one inflow portion 56 is provided in the center of the target material 9, and a plurality of outflow portions 54 are provided in the vicinity of the circumferential edge of the target material 9. It may be a configuration. In this case, the plurality of flow channel grooves 73 may extend radially outward from the inflow portion 56 toward the outflow portions 54. In this case, a part of the channel grooves 73 and the outflow portion 54 may extend to a position on the left side of the right end edge 61a of the contact surface 61.

１…中性子線照射装置、３…粒子加速器、７…ターゲット装置、９…ターゲット材、１１…試料、１３…上部パーツ（ターゲット材保持部）、１５…下部パーツ（ターゲット材保持部）、２７…入射面、２９…裏面、３１…試料保持穴（試料保持部）、３９…冷却水供給孔（冷却流体流路）、４１…冷却水排出孔（冷却流体流路）、５１…流路溝（冷却流体流路，裏面流路部）、５３…出口側溝（第１流路部位）、５５…入口側溝（第２流路部位）、５７…合流部（分岐流路部位）、６１…接触面、６１ａ…右端縁（接触面の上流側の端縁）、Ｂ…照射軸、Ｃ…照射中心。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Neutron beam irradiation apparatus, 3 ... Particle accelerator, 7 ... Target apparatus, 9 ... Target material, 11 ... Sample, 13 ... Upper part (target material holding part), 15 ... Lower part (target material holding part), 27 ... Incident surface, 29 ... back surface, 31 ... sample holding hole (sample holding part), 39 ... cooling water supply hole (cooling fluid channel), 41 ... cooling water discharge hole (cooling fluid channel), 51 ... channel groove ( Cooling fluid flow path, back surface flow path section), 53 ... exit side groove (first flow path section), 55 ... inlet side groove (second flow path section), 57 ... merging section (branch flow path section), 61 ... contact surface 61a: right edge (upstream edge of the contact surface), B: irradiation axis, C: irradiation center.

Claims (4)

試料に中性子線を照射する中性子線照射装置であって、
荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する粒子加速器と、
前記粒子加速器から出射された前記荷電粒子線を受けて当該荷電粒子線の入射面の裏面側に中性子線を出射する板状のターゲット材を、前記荷電粒子線の照射軸に対し傾斜する姿勢で保持するターゲット材保持部と、
前記入射面と前記照射軸との交点である照射中心よりも前記荷電粒子線の下流側の位置の裏面側で前記ターゲット材との接触面をもつように、前記裏面側に配置される前記試料を保持する試料保持部と、
前記ターゲット材を冷却する冷却流体を流通させる冷却流体流路と、を備え、
前記冷却流体流路は、
前記接触面のうち前記荷電粒子線の上流側の端縁よりも前記荷電粒子線の上流側の位置で、前記冷却流体を前記ターゲット材の裏面側に接触させる第１流路部位と、
前記接触面のうち前記荷電粒子線の上流側の端縁よりも前記荷電粒子線の下流側の位置で、前記冷却流体を前記ターゲット材の裏面側に接触させる第２流路部位と、を有する、中性子線照射装置。 A neutron irradiation apparatus for irradiating a sample with a neutron beam,
A particle accelerator that accelerates charged particles and emits charged particle beams;
A plate-shaped target material that receives the charged particle beam emitted from the particle accelerator and emits a neutron beam to the back side of the incident surface of the charged particle beam is inclined with respect to the irradiation axis of the charged particle beam. A target material holding section to hold,
The sample arranged on the back surface side so as to have a contact surface with the target material on the back surface side downstream of the charged particle beam from the irradiation center that is the intersection of the incident surface and the irradiation axis. A sample holder for holding
A cooling fluid flow path for circulating a cooling fluid for cooling the target material,
The cooling fluid channel is
A first flow path portion for bringing the cooling fluid into contact with the back surface side of the target material at a position upstream of the charged particle beam from an upstream edge of the charged particle beam in the contact surface;
A second flow path portion for bringing the cooling fluid into contact with the back surface side of the target material at a position downstream of the charged particle beam from an upstream edge of the charged particle beam in the contact surface. , Neutron irradiation equipment. 前記第１流路部位は、
前記冷却流体を前記照射中心の位置で前記ターゲット材の裏面側に接触させる部位を含む、請求項１に記載の中性子線照射装置。 The first flow path part is
2. The neutron beam irradiation apparatus according to claim 1, comprising a portion that brings the cooling fluid into contact with the back side of the target material at the position of the irradiation center. 前記冷却流体流路は、前記第１流路部位と前記第２流路部位とを含み前記ターゲット材の前記裏面に沿って前記接触面を除く領域内で延在する裏面流路部を有し、
前記裏面流路部は、
１つの前記第１流路部位と、前記接触面を間に挟んで位置する２つの前記第２流路部位と、を接続する分岐流路部位を含む、請求項１又は２に記載の中性子線照射装置。 The cooling fluid channel includes a back channel part that includes the first channel part and the second channel part and extends in a region excluding the contact surface along the back surface of the target material. ,
The back channel portion is
3. The neutron beam according to claim 1, comprising a branch flow path portion that connects one of the first flow path portions and two of the second flow path portions positioned with the contact surface interposed therebetween. Irradiation device. 試料に中性子線を照射するターゲット装置であって、
粒子加速器から出射された荷電粒子線を受けて当該荷電粒子線の入射面の裏面側に中性子線を出射する板状のターゲット材を、前記荷電粒子線の照射軸に対し傾斜する姿勢で保持するターゲット材保持部と、
前記入射面と前記照射軸との交点である照射中心よりも前記荷電粒子線の下流側の位置の裏面側で前記ターゲット材との接触面をもつように、前記裏面側に配置される前記試料を保持する試料保持部と、
前記ターゲット材を冷却する冷却流体を流通させる冷却流体流路と、を備え、
前記冷却流体流路は、
前記接触面のうち前記荷電粒子線の上流側の端縁よりも前記荷電粒子線の上流側の位置で、前記冷却流体を前記ターゲット材の裏面側に接触させる第１流路部位と、
前記接触面のうち前記荷電粒子線の上流側の端縁よりも前記荷電粒子線の下流側の位置で、前記冷却流体を前記ターゲット材の裏面側に接触させる第２流路部位と、を有する、ターゲット装置。 A target device for irradiating a sample with a neutron beam,
A plate-like target material that receives a charged particle beam emitted from a particle accelerator and emits a neutron beam to the back side of the incident surface of the charged particle beam is held in a posture inclined with respect to the irradiation axis of the charged particle beam. A target material holding part;
The sample arranged on the back surface side so as to have a contact surface with the target material on the back surface side downstream of the charged particle beam from the irradiation center that is the intersection of the incident surface and the irradiation axis. A sample holder for holding
A cooling fluid flow path for circulating a cooling fluid for cooling the target material,
The cooling fluid channel is
A first flow path portion for bringing the cooling fluid into contact with the back surface side of the target material at a position upstream of the charged particle beam from an upstream edge of the charged particle beam in the contact surface;
A second flow path portion for bringing the cooling fluid into contact with the back surface side of the target material at a position downstream of the charged particle beam from an upstream edge of the charged particle beam in the contact surface. , Target device.
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