JP6218174B2 - Composite type target, neutron generation method using composite type target, and neutron generator using composite type target - Google Patents

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Description

本発明は、陽子をターゲットに衝突させることによって中性子を発生させるためのターゲット、このターゲットを用いた中性子発生方法、及びこのターゲットを用いた中性子発生装置に関するものである。さらに詳しくは、低エネルギーの陽子を用いて中性子を発生させるための新規のターゲット、このターゲットを用いた中性子発生方法、及びこのターゲットを用いた中性子発生装置を提供するものであり、ターゲットの熱問題を解決し、且つ陽子・中性子によるターゲット部材等の放射化を低減するための新規のターゲット、このターゲットを用いた中性子発生方法、及びこのターゲットを用いた中性子発生装置を提供するものである。   The present invention relates to a target for generating neutrons by causing a proton to collide with a target, a neutron generation method using the target, and a neutron generation apparatus using the target. More specifically, the present invention provides a new target for generating neutrons using low-energy protons, a neutron generation method using the target, and a neutron generator using the target. And a new target for reducing activation of a target member and the like by protons and neutrons, a neutron generation method using the target, and a neutron generation apparatus using the target.

近年、選択的ながん治療として期待されているホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ: Boron Newtron Capture Therapy）のための中性子発生方法及び装置の研究開発が盛んに行われている。これらは、例えば、特許文献１〜１５に開示されている。   In recent years, research and development of a neutron generation method and apparatus for boron neutron capture therapy (BNCT), which is expected as a selective cancer treatment, have been actively conducted. These are disclosed in Patent Documents 1 to 15, for example.

特許文献１は、高周波四重極線形加速器（ＲＦＱライナック：Radio Frequency Quadrupole Linac）の例えば３０ＭｅＶ〜４０ＭｅＶの重陽子線をリチウムに衝突させてLi(d,n)反応を起こさせ中性子を発生させ、中性子減速材を介して治療用の熱中性子・熱外中性子を発生させることを特徴としている。   In Patent Document 1, a deuteron beam of, for example, 30 MeV to 40 MeV of a radio frequency quadrupole linear accelerator (RFQ linac) is caused to collide with lithium to cause Li (d, n) reaction to generate neutrons. It is characterized by generating thermal and epithermal neutrons for treatment via a neutron moderator.

特許文献２は、中性子を発生させるためのターゲットに関し、大強度陽子線を衝突させるターゲットの冷却材に対する耐食性を改善するために、低水素吸収体であるNb、Pt、Au、Al、Be、Cr、ステンレス鋼又はその合金で被覆されたタングステンを用いることを特徴としている。   Patent Document 2 relates to a target for generating neutrons, and Nb, Pt, Au, Al, Be, Cr, which are low hydrogen absorbers, in order to improve the corrosion resistance of the target to which a high-intensity proton beam collides. It is characterized by using tungsten coated with stainless steel or its alloy.

特許文献３は、液体状のリチウム、又は核融合反応の触媒作用を持つ金属との合金の表面に重水素イオンビームを衝突させることによって非熱核融合反応を誘発することによって中性子を発生させることを特徴としている。   Patent Document 3 discloses that neutrons are generated by inducing a non-thermofusion reaction by colliding a deuterium ion beam against the surface of an alloy with liquid lithium or a metal having a catalytic action for a fusion reaction. It is characterized by.

特許文献４は、サイクロトロン等で発生させる２０ＭｅＶ以上のエネルギーを有する陽子線をタンタル、タングステン等の重金属に衝突させることによって核破砕反応物質を含む中性子を発生させ、同中性子を中性子減速部及び鉛で構成されるフィルターを介して有害な核破砕反応物質及び高速中性子を除去することによって治療用の熱中性子・熱外中性子を発生させることを特徴としている。   In Patent Document 4, neutrons containing spallation reactants are generated by colliding a proton beam generated by a cyclotron or the like with a heavy metal such as tantalum or tungsten with a proton beam having an energy of 20 MeV or more. It is characterized by generating therapeutic thermal neutrons and epithermal neutrons by removing harmful spallation reactants and fast neutrons through a configured filter.

特許文献５は、固定磁場強収束（ＦＦＡＧ:Fixed Field Alternating Gradient）−内部標的（ＥＲＩＴ：Emittance Recovery Internal Target）方式による中性子発生方法及び装置を開示している。そして、特許文献５は、サイクロン型の陽子貯蔵リングで周回増強された１１ＭｅＶ以上１５ＭｅＶ未満のエネルギーを有する陽子線又は重陽子線を同リング内に設けたベリリウム製のターゲットに衝突させることによって発生させた中性子を重水等の減速材を介して治療用の熱中性子・熱外中性子に調整することを特徴としている。   Patent Document 5 discloses a method and apparatus for generating neutrons by a fixed field alternating gradient (FFAG) -Emittance Recovery Internal Target (ERIT) method. Patent Document 5 is generated by colliding a proton beam or deuteron beam having an energy of 11 MeV or more and less than 15 MeV, which is circulated and enhanced by a cyclone type proton storage ring, with a beryllium target provided in the ring. The neutrons are adjusted to therapeutic thermal neutrons and epithermal neutrons through a moderator such as heavy water.

特許文献６は、ＲＦＱライナックやドリフトチューブライナックで加速された出力３０ｋＷ程度、１１ＭｅＶ程度以上の陽子線を金属ターゲットに衝突させて中性子を発生させるためのターゲットを開示している。また、該ターゲットが金属ターゲットであり、好ましくはベリリウムであることが開示されている。そして、特許文献６は、該ターゲットの厚みが同ターゲット中における陽子線の飛程と略同等又はそれよりもわずかに大きくし、又、ターゲットを冷却するためにターゲットの伝熱面積と同程度以上の伝熱面積を有する金属板を介して冷却することを特徴としている。   Patent Document 6 discloses a target for generating a neutron by colliding a proton beam accelerated by an RFQ linac or a drift tube linac with an output of about 30 kW and about 11 MeV or more against a metal target. It is also disclosed that the target is a metal target, preferably beryllium. Patent Document 6 discloses that the thickness of the target is approximately equal to or slightly larger than the range of the proton beam in the target, and is equal to or more than the heat transfer area of the target to cool the target. It cools through the metal plate which has the heat-transfer area of.

特許文献７は、線形加速器を用いて例えば１１ＭｅＶの陽子線をベリリウム製のターゲットに衝突させることによって１０ｋｅＶ以上の速中性子を発生させ、該速中性子を重水等の減速材を通過させることによって１０ｋｅＶ未満の熱外中性子又は０.5ｅＶ以下の熱中性子に調整することを特徴としている。   Patent Document 7 discloses that a linear accelerator is used to generate a fast neutron of 10 keV or more by causing a proton beam of 11 MeV to collide with a beryllium target, and the fast neutron is passed through a moderator such as heavy water to be less than 10 keV. It is characterized by adjusting to epithermal neutrons of 0.5 or 0.5 eV or less.

特許文献８−１０は、出力２ｍＡ−６０ｋＷ、３０ＭｅＶ程度のエネルギーレベルの陽子線をベリリウムに衝突させて中性子を発生させるためのベリリウム製ターゲットについて、厚み５.５ｍｍのベリリウム板の直下に冷却水を流すための螺旋溝を施した銅板、アルミニウム合金の板、またはグラファイト板を設け、ターゲットで発生する熱や発生水素によるターゲットの変型を抑制するために、ターゲットの周囲にボルト・ナット締めによる固定を施したことを特徴としている。   Patent Document 8-10 describes a beryllium target for generating a neutron by colliding a proton beam with an output level of 2 mA-60 kW and an energy level of about 30 MeV to beryllium. Cooling water is placed directly under a beryllium plate having a thickness of 5.5 mm. A copper plate, aluminum alloy plate, or graphite plate with a spiral groove for flow is provided, and in order to suppress the deformation of the target due to heat generated by the target or generated hydrogen, fixing with bolts and nuts around the target It is characterized by that.

特許文献１１は、リチウムターゲットを製造する方法が、圧延されたリチウム薄膜を銅製の基板上に圧着する方法であることを特徴としている。   Patent Document 11 is characterized in that the method of manufacturing a lithium target is a method of pressing a rolled lithium thin film onto a copper substrate.

特許文献１２は、Li（p,n）反応の閾値（約２ＭｅＶ）よりもやや大きいエネルギーの陽子をターゲットに衝突させて中性子を発生させるためのリチウム製ターゲットについて、リチウムの溶融防止のためのターゲットの構造が、冷却機構を有するブロックに円錐形状の切り込みを施し、該円錐形状の切り込み表面にバッキングホイル基板上に付着させたベリリウム被覆のリチウム薄膜を付着させた構造であることを特徴としている。   Patent Document 12 describes a lithium target for generating a neutron by colliding a proton with energy slightly higher than a threshold (about 2 MeV) of Li (p, n) reaction with the target. This structure is characterized in that a block having a cooling mechanism is formed with a conical cut, and a beryllium-covered lithium thin film attached on a backing foil substrate is attached to the conical cut surface.

特許文献１３は、中性子発生用リチウム製ターゲットについて、リチウム粒子の溶融防止及び発熱によって液状化したリチウムの漏れ防止のためのリチウム粒子の構造が、リチウム粒子を焼結カーボン、炭化ケイ素、炭化ジルコニウムの順番で順次被覆した構造であることを特徴としている。   Patent Document 13 describes a lithium target for generating neutrons in which lithium particles have a structure of lithium particles for preventing lithium particles from melting and preventing leakage of lithium liquefied by heat generation. The lithium particles are made of sintered carbon, silicon carbide, and zirconium carbide. It is characterized by a structure that is sequentially covered in order.

特許文献１４は、ＢＮＣＴ用のリチウム製ターゲットについて、リチウムターゲットが鉄基板、タンタル基板、またはバナジウム基板上に付着させたリチウムであることを特徴としている。   Patent Document 14 is characterized in that a lithium target for BNCT is a lithium target deposited on an iron substrate, a tantalum substrate, or a vanadium substrate.

特許文献１５は、出力２０ｍA−５０ｋＷ、２.５ＭｅＶ程度のエネルギーの陽子をターゲットに衝突させて中性子を発生させるためのリチウム製ターゲットについて、リチウムの溶融防止のためのターゲットの構造が、冷却機構を有する円錐形状の伝熱板の表面にパラジウム薄膜を設け、該パラジウム薄膜上にリチウム薄膜を付着させた構造であることを特徴としている。   Patent Document 15 describes a lithium target for generating a neutron by colliding a proton having an output of 20 mA-50 kW and an energy of about 2.5 MeV with a target. The structure of the target for preventing lithium melting has a cooling mechanism. It has a structure in which a palladium thin film is provided on the surface of a conical heat transfer plate having a lithium thin film attached on the palladium thin film.

しかしながら、以上の特許文献１〜１０に開示された方法及び装置は、ターゲットに衝突させる陽子線又は重陽子線の加速エネルギーが少なくとも１１ＭｅＶの高エネルギー陽子線を必要としている。そのため、以上の特許文献１〜１０に開示された方法及び装置では、陽子線又は重陽子線発生のための大型の加速器が必要であること、高エネルギー陽子線及び発生中性子によるターゲット等の部材の著しい放射化が生じること、ターゲットを冷却するための大型の冷却装置が必要であること、液体ターゲットの場合には取り扱いが容易ではないこと、固体状ターゲットの場合にはターゲットの溶断を防止するために比較的厚めのターゲット材料を熱伝導性の金属材料製支持体に付着させていること、中性子発生用のターゲット材料が重金属などの金属製の場合には、人体に極めて有害であり且つ装置部材の放射化能も高い高速中性子がかなり混在して発生しているので一次発生中性子を減速するための大がかりな減速装置が必要であること、有害且つ放射化能の高い陽子線、高速中性子及び放射性核反応物質を吸収又は除去するための特殊な安全対策が必要であること、活性水素によるターゲット材料の脆化防止対策が必要であること、等の実用上における問題があった。特に陽子線及び中性子によるターゲット等の部材の放射化の問題は、放射化部材から受ける放射線被曝の問題であるので、解決すべき重要な課題であった。また、特許文献６にみられるように、ベリリウムの固体ターゲットを用いる場合には、ターゲットで発生する熱を系外へ排熱することが必須であることから、ターゲットを支持するための金属製支持材の伝熱面積を大きくする工夫が提案されたが、熱応力による接着界面の剥離や活性水素による支持材の脆化及び剥離を防止することは困難であった。また、以上の特許文献１１〜１５に開示されたリチウム製の固体ターゲットの場合には、低融点であるリチウム（融点が約１８０℃）の溶融防止のために、リチウム薄膜の支持体である伝熱板の構造に関する工夫やリチウム粒子を高融点材料で被覆する方法が提案されているが、これらの方法では冷却効率の飛躍的な向上は期待されないので、リチウムの溶融を防止することは困難であること、陽子及び発生中性子によるターゲット等の部材の放射化が起きること、固体リチウム製ターゲットは発生中性子の衝突によって放射性のトリチウムを生成するので、トリチウムを吸収又は除去するための安全対策が必要であること、等の問題があった。   However, the methods and apparatuses disclosed in Patent Documents 1 to 10 require high-energy proton beams in which the acceleration energy of the proton beam or deuteron beam colliding with the target is at least 11 MeV. Therefore, in the methods and apparatuses disclosed in Patent Documents 1 to 10 described above, a large-scale accelerator for generating a proton beam or deuteron beam is necessary, and a target such as a target using high energy proton beams and generated neutrons is used. To prevent significant activation, to require a large cooling device to cool the target, to be difficult to handle in the case of a liquid target, and to prevent the target from fusing in the case of a solid target A relatively thick target material is attached to a thermally conductive metal material support, and if the target material for generating neutrons is made of a metal such as heavy metal, it is extremely harmful to the human body and is a device member. Because fast neutrons with a high activation capacity are mixed together, a large-scale decelerator is needed to decelerate primary neutrons. Special safety measures are required to absorb or remove harmful and highly radioactive proton beams, fast neutrons and radioactive nuclear reactants, and measures to prevent embrittlement of the target material by active hydrogen are necessary. There was a problem in practical use. In particular, the problem of activation of a member such as a target by proton beams and neutrons is an issue to be solved because it is a problem of radiation exposure received from the activation member. In addition, as shown in Patent Document 6, when using a beryllium solid target, it is essential to exhaust heat generated by the target to the outside of the system, so that a metal support for supporting the target is used. Although a device for increasing the heat transfer area of the material has been proposed, it has been difficult to prevent peeling of the adhesive interface due to thermal stress and embrittlement and peeling of the support material due to active hydrogen. Further, in the case of the lithium solid target disclosed in the above Patent Documents 11 to 15, in order to prevent the melting of lithium having a low melting point (melting point: about 180 ° C.), the transmission as a support for the lithium thin film. There are proposals on the structure of the hot plate and methods for coating lithium particles with a high melting point material, but since these methods are not expected to dramatically improve cooling efficiency, it is difficult to prevent melting of lithium. There is a need for safety measures to absorb or remove tritium, because the activation of the target such as the target by protons and generated neutrons, and the solid lithium target generates radioactive tritium by the collision of the generated neutrons. There were problems such as being.

以上の問題を解決するためには、陽子の衝突によって生じるターゲットの熱問題の解決、及び陽子・中性子によるターゲット等の部材の放射化の低減のためのターゲットの開発が切望されていたが、これまで上記問題を解決するようなターゲットは知られていないのが現状である。   In order to solve the above problems, the development of a target for solving the thermal problem of the target caused by the collision of protons and reducing the activation of the member such as the target by protons and neutrons has been desired. Until now, there is no known target that can solve the above problem.

特開平１１−１６９４７０号公報JP-A-11-169470 特開２０００−１６２３９９号公報JP 2000-162399 A 特開２００３−１３０９９７号公報JP 2003-130997 A 特開２００６−４７１１５号公報JP 2006-47115 A 特開２００６−１５５９０６号公報JP 2006-155906 A 特開２００６−１９６３５３号公報JP 2006-196353 A 特開２００８−２２９２０号公報JP 2008-22920 A 特開２００９−１９３９３４号公報JP 2009-193934 A 特開２０１０−２０３８８２号公報JP 2010-203882 A 特開２０１１−１８５７８４号公報JP 2011-185784 A 特開２００７−３０３９８３号公報JP 2007-303983 A 特開２００９−０４７４３２号公報JP 2009-047432 A 米国特許第４５９７９３６号明細書US Pat. No. 4,597,936 国際公開第２００８/０６０６６３号International Publication No. 2008/060663 米国特許出願公開第２０１０/００６７６４０号明細書US Patent Application Publication No. 2010/0067640

M. A. Lone, et al., Nucl. Instr. Meth. 143 (1977) 331.M. A. Lone, et al., Nucl. Instr. Meth. 143 (1977) 331. タイトル：結合型液体水素冷中性子源の中性子特性、著者：鬼柳善明、小林英樹、岩佐浩克、Bulletin of the Faculty of Engineering, Hokkaido University, 151:101-109 (1990-07-30)Title: Neutron characteristics of coupled liquid hydrogen cold neutron source, authors: Yoshiaki Onagi, Hideki Kobayashi, Hirokatsu Iwasa, Bulletin of the Faculty of Engineering, Hokkaido University, 151: 101-109 (1990-07-30) 放射線施設のしゃへい計算実務マニュアル、2007、（財）原子力安全技術センター監修Radiation facility screening calculation manual, 2007, supervised by Nuclear Safety Technology Center JENDL-4.0（Japanese Evaluated Nuclear Data Library 4.0, published by Nuclear Data Center at Japan Atomic Energy Agency, Modified at 2010/09/29 17:22JST）JENDL-4.0 (Japanese Evaluated Nuclear Data Library 4.0, published by Nuclear Data Center at Japan Atomic Energy Agency, Modified at 2010/09/29 17: 22JST) K. Shibata,O. Iwamoto, T. Nakagawa, N. Iwamoto, A. Ichihara, S. Kunieda, S. Chiba, K. Furutaka, N. Otsuka, T. Ohsawa, T. Murata, H. Matsunobu, A. Zukeran, S. Kamada, and J. Katakura, "JENDL-4.0 : A New Library for Nuclear Science and Engineering", J. Nucl. Sci. Technol., 48 (2011) 1-30.K. Shibata, O. Iwamoto, T. Nakagawa, N. Iwamoto, A. Ichihara, S. Kunieda, S. Chiba, K. Furutaka, N. Otsuka, T. Ohsawa, T. Murata, H. Matsunobu, A. Zukeran, S. Kamada, and J. Katakura, "JENDL-4.0: A New Library for Nuclear Science and Engineering", J. Nucl. Sci. Technol., 48 (2011) 1-30.

本発明は、上記の事情に鑑み、低エネルギーの陽子の照射によって中性子の発生が可能であり、陽子及び中性子によるターゲット等の部材の放射化の低減が可能であり、及びターゲット材料の熱問題や水素脆化の問題などを根本的に解決することが可能な新規のターゲットを提供することを主な目的としている。   In view of the above circumstances, the present invention is capable of generating neutrons by irradiation with low-energy protons, reducing activation of a member such as a target such as protons and neutrons, The main purpose is to provide a new target capable of fundamentally solving the problem of hydrogen embrittlement.

本発明者らは、上記の課題を達成するために鋭意研究を重ねた結果、ターゲット材料としてベリリウム材料、リチウム材料、及び非金属材料を複合して成る複合型ターゲットが非常に有効であることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned problems, the present inventors have found that a composite target composed of a composite of beryllium material, lithium material, and non-metallic material as a target material is very effective. As a result, the present invention has been completed based on this finding.

すなわち、本発明は、上記課題を達成するために、
１．陽子を衝突させて中性子を発生させるための複合型ターゲットであって、ベリリウム材料、リチウム材料、及び非金属材料を複合して成るターゲット部分と、ターゲット部分の一の表面に施された真空シールと、を備えることを特徴とする複合型ターゲットの構成とした。
２．前記非金属材料が炭素系材料であることを特徴とする前記１に記載の複合型ターゲットの構成とした。
３．前記炭素系材料が、少なくとも等方性黒鉛材料及び結晶配向性炭素材料のいずれか一つの材料を含有する炭素系材料であることを特徴とする前記１又は前記２に記載の複合型ターゲットの構成とした。
４．陽子をターゲットに衝突させて中性子を発生させるための中性子発生方法において、陽子が２ＭｅＶ以上１１ＭｅＶ未満の陽子であり、前記ターゲットが前記１から前記３のいずれか一つに記載の複合型ターゲットであり、該複合型ターゲットに前記陽子を真空下で衝突させることによって核反応による中性子を発生させると共に該複合型ターゲットの冷却機構によって該複合型ターゲットを冷却することを特徴とする中性子発生方法の構成とした。
５．陽子発生のための水素イオン発生部と、前記水素イオン発生部で発生する陽子を加速するための加速器と、前記加速器によって加速された陽子を照射するための陽子照射部と、陽子を衝突させて中性子を発生させるためのターゲットと、を備え、前記加速器が線形加速器であり、前記ターゲットが前記１から前記３のいずれか一つに記載の複合型ターゲットであることを特徴とする中性子発生装置の構成とした。
６．前記線形加速器が陽子を２ＭｅＶ以上１１ＭｅＶ未満の範囲に加速することができる線形加速器であることを特徴とする前記５に記載の中性子発生装置の構成とした。That is, the present invention achieves the above problems by
1. A composite target for generating neutrons by colliding with protons, comprising a target portion composed of a composite of beryllium material, lithium material, and non-metallic material, and a vacuum seal applied to one surface of the target portion; The composite target is characterized by comprising:
2. 2. The composite target according to 1 above, wherein the non-metallic material is a carbon-based material.
3. 3. The composite target according to 1 or 2 above, wherein the carbon-based material is a carbon-based material containing at least one of an isotropic graphite material and a crystal-oriented carbon material. It was.
4). In the neutron generation method for generating a neutron by causing a proton to collide with the target, the proton is a proton of 2 MeV or more and less than 11 MeV, and the target is the composite target according to any one of 1 to 3 above A structure of a neutron generating method characterized by generating neutrons by a nuclear reaction by causing the proton to collide with the composite target under vacuum and cooling the composite target by a cooling mechanism of the composite target; and did.
5. A hydrogen ion generation unit for generating protons, an accelerator for accelerating protons generated in the hydrogen ion generation unit, a proton irradiation unit for irradiating protons accelerated by the accelerator, and a proton colliding A target for generating neutrons, wherein the accelerator is a linear accelerator, and the target is the composite target according to any one of 1 to 3 above. The configuration.
6). The configuration of the neutron generator according to 5 above, wherein the linear accelerator is a linear accelerator capable of accelerating protons in a range of 2 MeV or more and less than 11 MeV.

本発明複合型ターゲットは、ベリリウム材料、リチウム材料、及び非金属材料を複合して成る複合型ターゲットに真空シールを施すと共に冷媒流路を有する冷却機構を付帯させる複合型ターゲットである。本発明複合型ターゲットの機能は、主要機能としての「核反応による中性子発生」の他に、「陽子及び中性子による部材の放射化の低減」、及び「ターゲットの効率的な冷却」である。本発明は、三種類の材料を複合して成る複合型ターゲットであるので、上記ターゲットの機能を三種類の材料で機能分担して行うことが可能である。すなわち、ベリリウム材料及びリチウム材料が持つ陽子に対する特有の性質によって従来よりも比較的低エネルギーの陽子を用いて低エネルギーの中性子を発生可能であること、非金属材料が持つ陽子及び中性子に対する特有の性質によって陽子及び中性子によるターゲット等の部材の放射化を顕著に低減可能であること、非金属材料が持つ優れた熱伝導性及び熱拡散性によってターゲットで発生する熱を速やかにターゲット表面に伝導することが可能であること、ベリリウム材料、リチウム材料、及び非金属材料の複合によってこれらの材料の表面積を飛躍的に向上することができるので、すなわち伝熱面積の飛躍的な向上が可能なので、ターゲットで発生する熱を速やかにターゲット表面に伝導することが可能であること、又、伝導された熱をターゲットが付帯する冷媒流路を設けた冷却機構によって系外に排熱することによってターゲットの効率的な冷却が可能であること、等である。また、この効率的な冷却によって従来固体ターゲットとしての利用が困難であった低融点のリチウム（融点：約１８０℃）でも利用可能であること、ターゲット材料の水素脆化を防止できること、ベリリウム材料やリチウム材料と非金属材料の接着界面での剥離を防止できること、非金属材料がベリリウム材料やリチウム材料の支持材及び冷却材として機能しうるので、従来用いられてきたベリリウム（又はリチウム）よりも薄いベリリウム（又はリチウム）を用いてもベリリウム（又はリチウム）の溶断や溶融を防止できること、等の効果が得られる。   The composite target of the present invention is a composite target in which a vacuum seal is applied to a composite target formed by combining a beryllium material, a lithium material, and a non-metallic material, and a cooling mechanism having a coolant channel is attached. The functions of the composite target of the present invention are “reduction of activation of members by protons and neutrons” and “effective cooling of the target” in addition to “neutron generation by nuclear reaction” as main functions. Since the present invention is a composite target formed by combining three types of materials, the function of the target can be performed by sharing the functions of the three types of materials. In other words, the unique properties of protons in beryllium and lithium materials enable the generation of low-energy neutrons using protons that are relatively lower in energy than in the past, and the unique properties of protons and neutrons in non-metallic materials. Can significantly reduce the activation of targets such as targets by protons and neutrons, and quickly conduct heat generated by the target to the target surface due to the excellent thermal conductivity and thermal diffusivity of non-metallic materials The surface area of these materials can be dramatically improved by the combination of beryllium material, lithium material, and non-metallic material, that is, the heat transfer area can be dramatically improved. It is possible to quickly conduct the generated heat to the target surface, It by waste heat out of the system by the cooling mechanism to heat the target is provided a coolant passage that accompanies it is possible to perform efficient cooling of the target, and so on. In addition, this efficient cooling can be used even with low melting point lithium (melting point: about 180 ° C.) that has been difficult to use as a solid target in the past, can prevent hydrogen embrittlement of the target material, It is possible to prevent peeling at the bonding interface between the lithium material and the non-metallic material, and the non-metallic material can function as a support material and a coolant for the beryllium material and the lithium material, so that it is thinner than conventionally used beryllium (or lithium). Even if beryllium (or lithium) is used, effects such as prevention of melting and melting of beryllium (or lithium) can be obtained.

そして、上記の効果によって本発明複合型ターゲットを用いる中性子発生方法は、ターゲット等の部材の放射化を低減しつつ低エネルギーの中性子を安定的に発生しうる。   Due to the above effects, the neutron generation method using the composite target of the present invention can stably generate low-energy neutrons while reducing activation of a member such as a target.

また、本発明複合型ターゲットに衝突させる陽子の発生源として、従来のシンクロトロンやサイクロトロンに比べると飛躍的に小型の加速器である線形加速器を用いることが可能であるので、本発明複合型ターゲットを用いる中性子発生装置は、ＢＮＣＴ等の医療用中性子を発生させるための中性子発生装置として小規模の医療機関にも設置可能である。   In addition, as a source of protons that collide with the composite target of the present invention, it is possible to use a linear accelerator that is a significantly smaller accelerator than conventional synchrotrons and cyclotrons. The neutron generator to be used can be installed in a small medical institution as a neutron generator for generating medical neutrons such as BNCT.

図１は、実施の形態に係るターゲットが、［ベリリウム材料−炭素系材料−リチウム材料−炭素系材料］の構成を有する複合型ターゲットであり、該ターゲットの表面に真空シールが施され、該ターゲットに冷媒流路を設けた冷却機構を付帯している複合型ターゲットであることを例示する断面図である。FIG. 1 shows a composite target having a configuration of [beryllium material-carbon-based material-lithium material-carbon-based material] according to the embodiment, and a vacuum seal is applied to the surface of the target. It is sectional drawing which illustrates that it is a composite type target which attaches the cooling mechanism which provided the refrigerant | coolant flow path in the. 図２は、実施の形態に係るターゲットが、ベリリウム材料、リチウム材料、及び炭素系材料の混合物を一体成型して作られる複合型ターゲットであり、該ターゲットの表面に真空シールが施され、該ターゲットに冷媒流路を設けた冷却機構を付帯している複合型ターゲットであることを例示する断面図である。FIG. 2 shows a composite target in which the target according to the embodiment is formed by integrally molding a mixture of beryllium material, lithium material, and carbon-based material, and a vacuum seal is applied to the surface of the target. It is sectional drawing which illustrates that it is a composite type target which attaches the cooling mechanism which provided the refrigerant | coolant flow path in the. 図３は、実施の形態に係るターゲットが、［ベリリウム材料−炭素系材料−リチウム材料−炭素系材料］の構成を有する複合型ターゲットであり、該ターゲットの表面に真空シールが施され、該ターゲットに冷媒流路を設けた冷却機構を付帯しており、該ターゲットの内部にも独立の冷媒流路を有する複合型ターゲットであることを例示する断面図である。FIG. 3 shows a composite target having a configuration of [beryllium material-carbon-based material-lithium material-carbon-based material] according to the embodiment, and a vacuum seal is applied to the surface of the target. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a composite target that includes a cooling mechanism provided with a refrigerant flow path and has an independent refrigerant flow path inside the target. 図４は、実施の形態に係るターゲットが、［ベリリウム材料−炭素系材料−リチウム材料−炭素系材料］の構成を有する複合型ターゲットであり、該ターゲットの表面に真空シールが施され、該ターゲットに冷媒流路を設けた冷却機構を付帯しており、該ターゲットの内部にも冷媒流路を設け、この冷媒流路が上記冷却機構と連結している構造を有する複合型ターゲットであることを例示する断面図である。FIG. 4 shows a composite type target having a configuration of [beryllium material-carbon material-lithium material-carbon material] according to the embodiment, and a vacuum seal is applied to the surface of the target. And a cooling mechanism provided with a cooling medium flow path, a cooling medium flow path is also provided inside the target, and the cooling medium flow path is connected to the cooling mechanism. It is sectional drawing illustrated. 図５は、実施の形態に係るターゲットが、複数個の［ベリリウム材料−炭素系材料の複合体］及び複数個の［リチウム材料−炭素系材料の複合体］から成る構成を有する複合型ターゲットであり、該ターゲットの表面に真空シールが施され、該ターゲットに冷媒流路を設けた冷却機構を付帯しており、それぞれの複合体の内部にも冷媒流路が設けられており、この冷媒流路が上記冷却機構と連結している構造を有する複合型ターゲットであることを例示する断面図である。FIG. 5 shows a composite target having a configuration in which the target according to the embodiment is composed of a plurality of [complex of beryllium material-carbon-based material] and a plurality of [composite of lithium material-carbon-based material]. A vacuum seal is applied to the surface of the target, and a cooling mechanism is provided in the target with a refrigerant flow path. A refrigerant flow path is also provided in each composite body. It is sectional drawing which illustrates that the path | route is a composite type target which has the structure connected with the said cooling mechanism. 図６は、実施の形態に係る本発明複合型ターゲットを用いた中性子発生方法を例示する概略図である。FIG. 6 is a schematic view illustrating a neutron generation method using the composite target of the present invention according to the embodiment. 図７は、実施の形態に係る本発明複合型ターゲットを用いた中性子発生装置を例示する概略図である。FIG. 7 is a schematic view illustrating a neutron generator using the composite target of the present invention according to the embodiment. 図８は、比較のために従来タイプのターゲットを例示する断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a conventional type target for comparison.

以下の説明においては、本発明複合型ターゲットに含まれる非金属材料の一例として炭素系材料を挙げて説明する。本発明複合型ターゲットをベリリウム材料、リチウム材料、及び炭素系材料を複合して成る複合型ターゲットとする主な理由は、ターゲットの機能を上記三種類の材料で機能分担させることにある。具体的には、ターゲット材料としてベリリウム材料及びリチウム材料を用いるのは、主として低エネルギーの陽子との衝突によって低エネルギーの中性子を発生させるためであり、ベリリウム材料は４ＭｅＶ〜１１ＭｅＶの陽子によって9Be（p,n）反応を起こさせることが可能であり、リチウム材料は２ＭｅＶ〜４ＭｅＶの陽子によって6Li（p,n）又は7Li（p,n）反応を起こさせることが可能である。In the following description, a carbon-based material will be described as an example of a nonmetallic material included in the composite target of the present invention. The main reason why the composite target of the present invention is a composite target formed by combining a beryllium material, a lithium material, and a carbon-based material is to share the function of the target among the above three types of materials. Specifically, the beryllium material and the lithium material are used as target materials mainly for generating low energy neutrons by collision with low energy protons, and the beryllium material is 9 Be (1) by protons of 4 MeV to 11 MeV. p, n) reaction can occur and the lithium material can cause a 6 Li (p, n) or 7 Li (p, n) reaction with 2 MeV to 4 MeV protons.

本発明複合型ターゲットにおけるもう一つのターゲット材料を炭素系材料とする主な理由は、炭素系材料が金属材料に比べて陽子及び中性子による放射化を軽減するために有効であること、放射線耐久性が比較的高いこと、熱中性子及び熱外中性子の吸収が少ないこと、高速中性子の減速効果が高いこと、炭素系材料がターゲットで発生する熱を伝導及び拡散するための熱伝導性及び熱拡散性に於いて金属材料と同様乃至それ以上に優れていること、比較的高融点であること、中性子の発生効率はベリリウムまたはリチウムに比べて低いものの、陽子との核反応によって中性子の発生が可能であること、低エネルギー中性子の安定的発生を可能にすること等の物理的性質の他に、炭素系材料が水素原子及び水素分子を吸着するので、これによってベリリウム材料またはリチウム材料の水素化及び水素脆化の抑制が可能であること、水素の放射性同位体であるトリチウムを吸着する、水素原子とトリチウムとのカップリング反応を生起させるので、これによって生成するトリチウム化水素を吸着する等の効果を与えるからである。   The main reason why the carbon-based material is another target material in the composite target of the present invention is that the carbon-based material is more effective for reducing activation by protons and neutrons than the metal material, and radiation durability. Is relatively high, the absorption of thermal neutrons and epithermal neutrons is low, the fast neutron moderating effect is high, and the thermal conductivity and thermal diffusivity for the carbon-based material to conduct and diffuse the heat generated by the target It is similar to or better than metal materials, has a relatively high melting point, and has a lower neutron generation efficiency than beryllium or lithium, but can generate neutrons by nuclear reaction with protons. In addition to physical properties such as enabling stable generation of low-energy neutrons, carbon-based materials adsorb hydrogen atoms and hydrogen molecules. It is possible to suppress hydrogenation and hydrogen embrittlement of beryllium or lithium materials, and to generate a coupling reaction between hydrogen atoms and tritium, which adsorbs tritium, which is a radioactive isotope of hydrogen, and is thus generated This is because an effect such as adsorbing tritiated hydrogen to be performed is given.

本発明におけるベリリウム材料とは、周期律表における二族元素の中から選ばれたベリリウム元素の単一元素材料（ベリリウム元素の単体金属であり、以後、ベリリウムという）、ベリリウム化合物、ベリリウム合金、ベリリウム金属間化合物、及びベリリウム複合材料のことである。また、本発明におけるリチウム材料とは、周期律表における一族元素の中から選ばれたリチウム元素の単一元素材料（リチウム元素の単体金属であり、以後、リチウムという）、リチウム化合物、リチウム合金、及びリチウムの複合材料のことである。本発明で、ベリリウム、ベリリウム化合物、ベリリウム合金、ベリリウム金属間化合物、及びベリリウム複合材料をベリリウム材料と総称し、リチウム、リチウム化合物、リチウム合金、及びリチウム複合材料をリチウム材料と総称したのは、中性子発生の原理が、特定元素における特有の核反応に基づいているからである。すなわち、ターゲットへの加速陽子の照射による中性子発生の原理は、陽子とターゲットに含まれている特定元素の原子との物理的な核反応に基づくものであるので、ターゲットが特定元素の化合物及び複合材料である場合も該特定元素の単体の場合と同様の核反応によって中性子を生ずるからである。すなわち、本発明では、ベリリウムやリチウム以外に、ベリリウム化合物、ベリリウム合金、ベリリウム金属間化合物、及びベリリウム複合材料、リチウム化合物、リチウム合金、及びリチウム複合材料を用いることができる。ターゲット材料として上記特定元素の化合物や複合材料を用いる場合には、該化合物や複合材料に含まれる特定元素（ベリリウム元素及びリチウム元素のこと）以外の元素が陽子や中性子による放射化を受けないような、また副生水素原子との反応によって有害物質を生じないような元素であることが望ましい。このような元素としては、例えば、炭素、ケイ素、窒素、りん、酸素、硫黄等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。   The beryllium material in the present invention is a single element material of beryllium element selected from the group 2 elements in the periodic table (being a single metal of beryllium element, hereinafter referred to as beryllium), beryllium compound, beryllium alloy, beryllium Intermetallic compounds and beryllium composite materials. Further, the lithium material in the present invention is a single element material of a lithium element selected from the group elements in the periodic table (a simple metal of the lithium element, hereinafter referred to as lithium), a lithium compound, a lithium alloy, And a lithium composite material. In the present invention, beryllium, beryllium compounds, beryllium alloys, beryllium intermetallic compounds, and beryllium composite materials are collectively referred to as beryllium materials, and lithium, lithium compounds, lithium alloys, and lithium composite materials are collectively referred to as lithium materials. This is because the generation principle is based on a specific nuclear reaction in a specific element. In other words, the principle of neutron generation by irradiating the target with accelerated protons is based on a physical nuclear reaction between the proton and the atom of the specific element contained in the target. This is because neutrons are produced by the nuclear reaction similar to the case of the specific element alone even when the material is used. That is, in the present invention, in addition to beryllium and lithium, beryllium compounds, beryllium alloys, beryllium intermetallic compounds, and beryllium composite materials, lithium compounds, lithium alloys, and lithium composite materials can be used. When a compound or composite material of the above specific element is used as the target material, elements other than the specific element (beryllium element and lithium element) contained in the compound or composite material should not be activated by protons or neutrons. In addition, it is desirable that the element does not generate harmful substances by reaction with by-product hydrogen atoms. Examples of such elements include, but are not limited to, carbon, silicon, nitrogen, phosphorus, oxygen, sulfur and the like.

前記説明の如く、本発明におけるベリリウム材料とは、ベリリウム、ベリリウム化合物、ベリリウム合金、ベリリウム金属間化合物、及びベリリウム複合材料のことである。ベリリウム化合物としては、例えば、酸化ベリリウム（BeO）、窒化ベリリウム（Be3N2）、アジ化ベリリウム（BeN6）、リン化ベリリウム（BeP2）、炭化ベリリウム（Be2C）、フッ化ベリリウム（BeF2）、塩化ベリリウム（BeCl2）、臭化ベリリウム（BeBr2）等のハロゲン化ベリリウム、水酸化ベリリウム（Be(OH)2）、酢酸ベリリウム（Be(CH3CO2)2）、炭酸ベリリウム（BeCO3）、硫酸ベリリウム（BeSO4）、硝酸ベリリウム（Be(NO3)2）、リン酸ベリリウム（Be3(PO4)2）、ケイ酸ベリリウム（Be2SiO4）、アルミン酸ベリリウム（Be(AlO2)2)、ニオブ酸ベリリウム（Be(NbO3)2）、タンタル酸ベリリウム（Be(TaO2)2）、各種のケイ酸ベリリウムアルミニウム、等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。ベリリウム合金としては、マグネシウムベリリウム合金、アルミニウムベリリウム合金、リチウムベリリウム合金、等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。ベリリウム金属間化合物の種類は、限定するものではない。また、ベリリウム複合材料としては、メタリン酸ベリリウムガラス等のベリリウムガラス、ベリリウムガラスを主成分として含むベリリウムガラスセラミック、酸化ベリリウムを主成分として含むベリリウムセラミック、ベリリウム元素を固溶しているベリリウム固溶セラミック、ベリリウム原子内包フラーレン、各種ベリリウム材料どうしを複合した複合材料、等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。ベリリウム材料の外観的形状、多孔性、密度、含有量、等は、限定するものではない。以上のベリリウム材料の中でベリリウム及び酸化ベリリウムは9Be(ｐ,ｎ)反応の閾値（約４ＭｅＶ）が比較的高いものの高融点（ベリリウムの融点：約１２７８℃、酸化ベリリウムの融点：２５７０℃）であるので最も好ましい。ベリリウムガラス、ベリリウムセラミック、ベリリウム原子内包フラーレンは、ベリリウムの単体が溶出することがないので好ましい。   As described above, the beryllium material in the present invention is beryllium, a beryllium compound, a beryllium alloy, a beryllium intermetallic compound, and a beryllium composite material. Examples of beryllium compounds include beryllium oxide (BeO), beryllium nitride (Be3N2), beryllium azide (BeN6), beryllium phosphide (BeP2), beryllium carbide (Be2C), beryllium fluoride (BeF2), and beryllium chloride (BeCl2). ), Beryllium halides such as beryllium bromide (BeBr2), beryllium hydroxide (Be (OH) 2), beryllium acetate (Be (CH3CO2) 2), beryllium carbonate (BeCO3), beryllium sulfate (BeSO4), beryllium nitrate ( Be (NO3) 2), beryllium phosphate (Be3 (PO4) 2), beryllium silicate (Be2SiO4), beryllium aluminate (Be (AlO2) 2), beryllium niobate (Be (NbO3) 2), beryllium tantalate (Be (TaO2) 2), various kinds of beryllium aluminum silicate, and the like can be mentioned, but are not limited thereto. Examples of the beryllium alloy include, but are not limited to, a magnesium beryllium alloy, an aluminum beryllium alloy, and a lithium beryllium alloy. The type of beryllium intermetallic compound is not limited. In addition, beryllium composite materials include beryllium glass such as beryllium metaphosphate glass, beryllium glass ceramic containing beryllium glass as a main component, beryllium ceramic containing beryllium oxide as a main component, and beryllium solid solution ceramic containing beryllium element as a solid solution. , Beryllium atom-encapsulating fullerene, composite materials obtained by combining various beryllium materials, and the like, but are not limited thereto. The external shape, porosity, density, content, etc. of the beryllium material are not limited. Among the above beryllium materials, beryllium and beryllium oxide have a relatively high 9Be (p, n) reaction threshold (about 4 MeV) but have a high melting point (melting point of beryllium: about 1278 ° C., melting point of beryllium oxide: 2570 ° C.). This is most preferable. Beryllium glass, beryllium ceramic, and beryllium-containing endohedral fullerenes are preferable because the beryllium element does not elute.

前記説明の如く、本発明におけるリチウム材料とは、リチウム、リチウム化合物、リチウム合金、リチウム金属間化合物、及びリチウム複合材料のことである。リチウム化合物としては、例えば、酸化リチウム（Li2O）、窒化リチウム（Li3N）、炭化リチウム（Li4C）、フッ化リチウム（LiF）、塩化リチウム（LiCl）、臭化リチウム（LiBr）、ヨウ化リチウム（LiI）等のハロゲン化リチウム、水酸化リチウム（LiOH）、酢酸リチウム（LiCH3CO2）、炭酸リチウム（Li2CO3）、硫酸リチウム（Li2SO4）、硝酸リチウム（LiNO3）、リン酸リチウム（Li3PO4）、ケイ酸リチウム（Li4SiO4）、アルミン酸リチウム（LiAlO2）、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）、タンタル酸リチウム（LiTaO2）、各種のケイ酸リチウムアルミニウム、等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。リチウム合金としては、リチウムマグネシウム合金、リチウムアルミニウム合金、リチウムベリリウム合金、等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。リチウム金属間化合物の種類は、限定するものではない。また、リチウム複合材料としては、リチウムケイ酸塩ガラス、二ケイ酸リチウムガラス等のリチウムガラス、リチウムガラスを主成分として含むリチウムガラスセラミック、酸化リチウムを主成分として含むリチウムセラミック、リチウム元素を固溶しているリチウム固溶セラミック、リチウム原子内包フラーレン、各種リチウム材料どうしを複合した複合材料、等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。リチウム材料の外観的形状、多孔性、密度、含有量、等は、限定するものではない。以上のリチウム材料の中でリチウムは低融点ではあるものの6Li(ｐ,ｎ)又は7Li(ｐ,ｎ)反応の閾値（約２ＭｅＶ）が低いので最も好ましい。リチウムガラス、リチウムガラスセラミック、リチウム原子内包フラーレンは、リチウムの単体が溶出することがないので好ましい。   As described above, the lithium material in the present invention refers to lithium, a lithium compound, a lithium alloy, a lithium intermetallic compound, and a lithium composite material. Examples of lithium compounds include lithium oxide (Li2O), lithium nitride (Li3N), lithium carbide (Li4C), lithium fluoride (LiF), lithium chloride (LiCl), lithium bromide (LiBr), and lithium iodide (LiI). Lithium halide such as lithium hydroxide (LiOH), lithium acetate (LiCH3CO2), lithium carbonate (Li2CO3), lithium sulfate (Li2SO4), lithium nitrate (LiNO3), lithium phosphate (Li3PO4), lithium silicate (Li4SiO4) ), Lithium aluminate (LiAlO2), lithium niobate (LiNbO3), lithium tantalate (LiTaO2), various types of lithium aluminum silicate, and the like, but are not limited thereto. Examples of the lithium alloy include, but are not limited to, a lithium magnesium alloy, a lithium aluminum alloy, and a lithium beryllium alloy. The kind of lithium intermetallic compound is not limited. Lithium composite materials include lithium glass such as lithium silicate glass and lithium disilicate glass, lithium glass ceramic containing lithium glass as the main component, lithium ceramic containing lithium oxide as the main component, and lithium element as a solid solution. Examples thereof include, but are not limited to, lithium solid-solution ceramics, lithium atom-containing fullerenes, and composite materials obtained by combining various lithium materials. The external shape, porosity, density, content, etc. of the lithium material are not limited. Among the lithium materials described above, lithium is most preferable because it has a low melting point but has a low 6Li (p, n) or 7Li (p, n) reaction threshold (about 2 MeV). Lithium glass, lithium glass ceramic, and lithium atom-encapsulating fullerene are preferable because lithium alone does not elute.

本発明における炭素系材料とは、周期律表における十四族元素である炭素の単一元素材料（以下、炭素材料という）、炭素の化合物である炭素化合物、及び二種類以上の炭素材料又は炭素化合物を組み合わせて成る炭素系複合材料のことである。そして、本発明ではこれらの炭素材料、炭素化合物、及び炭素系複合材料のことを総称して炭素系材料という。上記炭素系材料の中の炭素材料としては、例えば、等方性黒鉛材料（isotropic graphite materials）、結晶配向性炭素材料、多結晶ダイヤモンド（polycrystalline diamond）、ダイヤモンドライクカーボン（diamondlike carbon）、グラッシーカーボン（glassy carbon）、多孔性カーボン（porous carbon）、ポリアセチレン（polyacetylene）、カルビン（carbyne）、等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。上記炭素系材料の中の炭素化合物としては、例えば、窒化炭素、炭化ケイ素、等をあげることができるが、これらに限定するものではない。また、炭素系複合材料としては、例えば、炭素繊維強化プラスチック、炭素繊維強化セラミックス等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。上記炭素系材料の中で、等方性黒鉛材料及び結晶配向性炭素材料は、バランスのとれた上記の物性を有するだけでなく、とりわけ熱伝導性及び熱拡散性に優れており、放射性核種を生成しにくい材料であり、意外にも水素脆化を起こしにくいという性質も有するので最も好ましい。   The carbon-based material in the present invention is a single element material of carbon that is a group 14 element in the periodic table (hereinafter referred to as carbon material), a carbon compound that is a compound of carbon, and two or more types of carbon materials or carbon. It is a carbon-based composite material formed by combining compounds. In the present invention, these carbon materials, carbon compounds, and carbon-based composite materials are collectively referred to as carbon-based materials. Examples of the carbon material in the carbon-based material include isotropic graphite materials, crystalline orientation carbon materials, polycrystalline diamond, diamondlike carbon, and glassy carbon ( glassy carbon), porous carbon, polyacetylene, carbyne, and the like, but are not limited thereto. Examples of the carbon compound in the carbon material include, but are not limited to, carbon nitride, silicon carbide, and the like. Examples of the carbon-based composite material include, but are not limited to, carbon fiber reinforced plastics and carbon fiber reinforced ceramics. Among the carbon-based materials, isotropic graphite materials and crystal-oriented carbon materials not only have balanced physical properties, but are particularly excellent in thermal conductivity and thermal diffusivity. It is the most preferable because it is a material that is difficult to produce and surprisingly has the property of hardly causing hydrogen embrittlement.

前記本発明における等方性黒鉛材料とは、等方的な構造及び特性を有する黒鉛材料のことである。一般に黒鉛材料は、成形方法の違いから、CIP材（黒鉛の原料をCold Isostatic Press（冷間静水圧プレス）によって等方的に成形した成形体のこと）、押出材、モールド材の３つの種類に分類されており、上記CIP材を焼成炭化後、黒鉛化のプロセスを経て得られる黒鉛材料が等方的な構造及び特性を有する黒鉛材料であることから等方性黒鉛材料と呼ばれており、本発明においても等方性黒鉛材料のことを、等方的な構造及び特性を有する黒鉛材料という。等方性黒鉛材料は、金属材料と同様に高い熱伝導性を有し熱伝導性が等方的である、金属材料よりも熱拡散性が高い、放射化されにくい材料である、熱中性子・熱外中性子の吸収が少ない、中性子減速効果が高い、放射線耐久性が高い、高融点である（融点：約３５７０℃）、等の優れた性質を有するので最も好ましい。本発明における等方性黒鉛材料は、通常、嵩密度が１.５ｇｃｍ-3〜３.５ｇｃｍ-3の範囲にあるものが使用可能である。本発明においては、嵩密度が１.５ｇｃｍ-3未満の等方性黒鉛材料は使用不可能ではないが、嵩密度が１.５ｇｃｍ-3未満であると炭素原子と陽子及び中性子との衝突が不十分になることもあるので、嵩密度は１.５ｇｃｍ-3以上であることが好ましい。また、嵩密度が３.５ｇｃｍ-3を超えると常圧下における安定相はダイヤモンドであるので、物質として存在する黒鉛材料の嵩密度の最大値は３.５ｇｃｍ-3程度である。本発明で用いる等方性黒鉛材料は従来の工業材料として用いられている等方性黒鉛材料が使用可能であり、より高密度に改良された等方性黒鉛材料はより好ましい。The isotropic graphite material in the present invention is a graphite material having an isotropic structure and characteristics. In general, graphite materials are classified into three types: CIP materials (molded products in which graphite raw materials are formed isotropically by Cold Isostatic Press), extruded materials, and molding materials due to differences in molding methods. It is called isotropic graphite material because the graphite material obtained through the graphitization process after calcining and carbonizing the CIP material is a graphite material having an isotropic structure and characteristics. In the present invention, an isotropic graphite material is also referred to as a graphite material having an isotropic structure and characteristics. Isotropic graphite material is a material that has high thermal conductivity and isotropic thermal conductivity like metal materials, is a material that has higher thermal diffusivity than metal materials, and is less likely to be activated. It is most preferable since it has excellent properties such as low absorption of epithermal neutrons, high neutron moderating effect, high radiation durability, and high melting point (melting point: about 3570 ° C.). As the isotropic graphite material in the present invention, one having a bulk density in the range of 1.5 gcm −3 to 3.5 gcm −3 can be used. In the present invention, bulk density isotropic graphite material than 1.5Gcm -3 is not unusable, bulk density collisions is less than 1.5Gcm -3 carbon atoms and protons and neutrons Since it may become insufficient, the bulk density is preferably 1.5 gcm −3 or more. Further, when the bulk density exceeds 3.5 gcm −3 , the stable phase under normal pressure is diamond, so the maximum value of the bulk density of the graphite material existing as a substance is about 3.5 gcm −3 . As the isotropic graphite material used in the present invention, an isotropic graphite material used as a conventional industrial material can be used, and an isotropic graphite material improved to a higher density is more preferable.

前記本発明における結晶配向性炭素材料とは、炭素原子又は炭素分子から成る結晶性の炭素材料であり、且つ、結晶の向きが揃っている炭素材料のことである。一般に、結晶性とは、物質を構成する原子や分子が空間的に繰り返しパターンを持って配列していることをいい、配向性とは、分子や結晶の向きが揃っていることをいうので、本発明における結晶配向性もこの定義に従う。すなわち、本発明における結晶配向性炭素材料とは、炭素原子又は炭素分子から成る結晶性の炭素材料であり、且つ、結晶の向きが揃っている炭素材料のことである。本発明における結晶配向性炭素材料としては、単結晶黒鉛（single crystalline graphite）、高配向熱分解黒鉛（ＨＯＰＧ：highly-oriented pyloritic graphite）、カーボンファイバー（carbon fibers）、カーボンナノファイバー（carbon nanofibers）、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ：vapor-grown carbon fibers）、カーボンウイスカー（carbon whiskers）、カーボンナノチューブ類（carbon nanotubes）、フラーレン類（fullerenes）、グラフェン類（graphenes）、単結晶ダイヤモンド（single crystalline diamond）、エピタキシャルダイヤモンド（epitaxial diamond）、等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。単結晶黒鉛は、炭素原子の六員環（一部に五員環を含む場合も含まれる）が平面的に連なったハニカム形状の層（グラファイト層と言う）が、弱いファンデルワールス力で結合して層状構造を形成し、この層状構造が結晶の如く規則性をもって配列しており、グラファイト層の面（以下、グラファイト面と言う）が秩序よく同一の方向に向いている。ＨＯＰＧは、単結晶黒鉛のような完全な結晶配向性ではないものの単結晶黒鉛に類似するような高い結晶配向性を有する黒鉛材料である。カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、ＶＧＣＦ、及びカーボンウイスカーは、黒鉛の微結晶が繊維状に凝集しておりその繊維軸方向にグラファイト層が配向している黒鉛材料である。カーボンナノチューブ類は、分子の中心に円筒状の中空がありこの中空を覆うように一層乃至複数層の円筒状のグラファイト層で構成されている炭素材料である。フラーレン類は、炭素原子の六員環及び五員環から成る多面体形状の結晶性炭素材料である。グラフェン類は、分子が一層乃至数層の平面状のグラファイト層から構成されている炭素材料である。単結晶ダイヤモンドは、ダイヤモンドの結晶構造が途切れることなく連続しているダイヤモンドである。エピタキシャルダイヤモンドは、基板となる結晶の上にダイヤモンドの結晶を成長させた薄膜状のダイヤモンド結晶であり、その結晶成長が、下地の基板の結晶面に揃えて配列しているダイヤモンドである。上記本発明における結晶配向性炭素材料のうち、単結晶黒鉛は、通常、グラファイト面における熱伝導率の値が、１５００Ｗｍ-1Ｋ-1、熱拡散率（熱容量当たりの熱伝導率）が、３.４ｍ2ｈ-1程度である。一方、熱伝導性の高い金属材料としてよく知られている銅の熱伝導率は、４００Ｗｍ-1Ｋ-1であり、熱拡散率は、０.４２ｍ2ｈ-1程度である。したがって、本発明における結晶配向性炭素材料のうち、単結晶黒鉛や単結晶黒鉛に準ずる結晶配向性を有するＨＯＰＧ、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、ＶＧＣＦ、カーボンウイスカー、カーボンナノチューブ類、フラーレン類、及びグラフェン類は、ターゲットで発生する熱をグラファイト面に沿って速やかに伝導・拡散させるので、より好ましい。また、単結晶ダイヤモンドは、熱伝導率の値が、２３００Ｗｍ-1Ｋ-1、熱拡散率が、４.６ｍ2ｈ-1程度である。したがって、本発明における結晶配向性炭素材料のうち、単結晶ダイヤモンドや結晶配向性が単結晶ダイヤモンドに準ずるエピタキシャルダイヤモンドは、ターゲットで発生する熱を等方的（３次元的）に速やかに伝導・拡散させるので、より好ましい。本発明における結晶配向性炭素材料は、通常、嵩密度が１.５ｇｃｍ-3〜３.５ｇｃｍ-3の範囲にあるものが使用可能である。本発明においては、嵩密度が１.５ｇｃｍ-3未満の結晶配向性炭素材料は使用不可能ではないが、嵩密度が１.５ｇｃｍ-3未満であると炭素原子と陽子及び中性子との衝突が不十分になることもあるので、嵩密度は１.５ｇｃｍ-3以上であることが好ましい。また、嵩密度が３.５ｇｃｍ-3を超えると常圧下における安定相はダイヤモンドであるので、物質として存在する炭素材料の嵩密度の最大値は３.５ｇｃｍ-3程度である。本発明で用いる結晶配向性炭素材料は、従来の工業材料として用いられている結晶配向性炭素材料が使用可能であり、より高密度に改良された結晶配向性炭素材料はより好ましい。The crystal orientation carbon material in the present invention is a carbon material having a crystal orientation composed of carbon atoms or carbon molecules and having a uniform crystal orientation. In general, crystallinity means that atoms and molecules constituting a substance are arranged in a spatially repeating pattern, and orientation means that the orientation of molecules and crystals is aligned. The crystal orientation in the present invention also follows this definition. In other words, the crystal-oriented carbon material in the present invention is a carbon material that is a crystalline carbon material composed of carbon atoms or carbon molecules and that has a uniform crystal orientation. Examples of the crystalline orientation carbon material in the present invention include single crystalline graphite, highly oriented pyrolytic graphite (HOPG), carbon fibers, carbon nanofibers, Vapor-grown carbon fibers (VGCF), carbon whiskers, carbon nanotubes, fullerenes, graphenes, single crystalline diamond , Epitaxial diamond, and the like, but are not limited thereto. Single-crystal graphite has a honeycomb-shaped layer (called a graphite layer) in which six-membered rings of carbon atoms (including cases where some of them contain a five-membered ring) are connected in a plane, and is bonded by a weak van der Waals force. Thus, a layered structure is formed, and the layered structure is regularly arranged like a crystal, and the plane of the graphite layer (hereinafter referred to as a graphite plane) is oriented in the same direction in an orderly manner. HOPG is a graphite material having a high crystal orientation similar to that of single crystal graphite, although it is not completely crystal orientation like single crystal graphite. Carbon fiber, carbon nanofiber, VGCF, and carbon whisker are graphite materials in which graphite microcrystals are aggregated in a fiber shape and the graphite layer is oriented in the fiber axis direction. Carbon nanotubes are carbon materials that have a cylindrical hollow at the center of a molecule and are composed of one or more cylindrical graphite layers so as to cover the hollow. Fullerenes are polyhedral crystalline carbon materials composed of six-membered and five-membered rings of carbon atoms. Graphene is a carbon material in which molecules are composed of one to several planar graphite layers. Single crystal diamond is diamond in which the crystal structure of diamond is continuous without interruption. Epitaxial diamond is a thin-film diamond crystal obtained by growing a diamond crystal on a crystal serving as a substrate, and the crystal growth is diamond aligned in alignment with the crystal plane of the underlying substrate. Of the crystal orientation carbon materials in the present invention, single crystal graphite usually has a thermal conductivity value on the graphite surface of 1500 Wm −1 K −1 , and a thermal diffusivity (thermal conductivity per heat capacity) of 3 It is about .4m 2 h -1 . On the other hand, copper, which is well known as a metal material having high thermal conductivity, has a thermal conductivity of 400 Wm −1 K −1 and a thermal diffusivity of about 0.42 m 2 h −1 . Therefore, among the crystal orientation carbon materials in the present invention, HOPG, carbon fiber, carbon nanofiber, VGCF, carbon whisker, carbon nanotubes, fullerenes, and graphene having crystal orientation similar to single crystal graphite or single crystal graphite The kind is more preferable because it rapidly conducts and diffuses the heat generated in the target along the graphite surface. Single crystal diamond has a thermal conductivity value of about 2300 Wm −1 K −1 and a thermal diffusivity of about 4.6 m 2 h −1 . Therefore, among the crystal orientation carbon materials in the present invention, single crystal diamond or epitaxial diamond whose crystal orientation is similar to single crystal diamond conducts and diffuses heat generated in the target isotropically (three-dimensionally) quickly. Therefore, it is more preferable. As the crystal orientation carbon material in the present invention, one having a bulk density in the range of 1.5 gcm −3 to 3.5 gcm −3 can be used. In the present invention, bulk density crystal orientation carbon material of less than 1.5Gcm -3 is not unusable, bulk density collisions is less than 1.5Gcm -3 carbon atoms and protons and neutrons Since it may become insufficient, the bulk density is preferably 1.5 gcm −3 or more. Further, when the bulk density exceeds 3.5 gcm −3 , the stable phase under normal pressure is diamond, so the maximum value of the bulk density of the carbon material existing as a substance is about 3.5 gcm −3 . As the crystal orientation carbon material used in the present invention, a crystal orientation carbon material used as a conventional industrial material can be used, and a crystal orientation carbon material improved to a higher density is more preferable.

本発明における炭素系材料は、通常、嵩密度が１.５ｇｃｍ-3〜３.５ｇｃｍ-3の範囲にあるものが使用可能である。本発明においては、嵩密度が１.５ｇｃｍ-3未満の炭素系材料は使用不可能ではないが、嵩密度が１.５ｇｃｍ-3未満であると炭素原子と陽子及び中性子との衝突が不十分になることもあるので、嵩密度は１.５ｇｃｍ-3以上であることが好ましい。また、嵩密度が３.５ｇｃｍ-3を超えると常圧下における安定相はダイヤモンドであるので、物質として存在する炭素系材料の嵩密度の最大値は３.５ｇｃｍ-3程度である。本発明で用いる炭素系材料は、従来の工業材料として用いられている炭素系材料が使用可能であり、より高密度に改良された炭素系材料はより好ましい。As the carbon-based material in the present invention, those having a bulk density in the range of 1.5 gcm −3 to 3.5 gcm −3 can be used. In the present invention, bulk density not impossible using the carbon-based material of less than 1.5Gcm -3, bulk density insufficient collisions between the carbon atoms and the protons and neutrons is less than 1.5Gcm -3 Therefore, the bulk density is preferably 1.5 gcm −3 or more. When the bulk density exceeds 3.5 gcm −3 , the stable phase under normal pressure is diamond, so the maximum value of the bulk density of the carbon-based material existing as a substance is about 3.5 gcm −3 . As the carbon-based material used in the present invention, a carbon-based material used as a conventional industrial material can be used, and a carbon-based material improved to a higher density is more preferable.

また、本発明における炭素系材料は、炭素材料の中の少なくとも等方性黒鉛材料及び結晶配向性炭素材料のいずれか一つの材料を含有する炭素系材料とすることができる。すなわち、炭素系材料の中で好ましい等方性黒鉛材料又は結晶配向性炭素材料をそれぞれ単独で用いることが可能であり、等方性黒鉛材料及び結晶配向性炭素材料を複合させて成る複合炭素系材料とすることも可能であり、等方性黒鉛材料又は結晶配向性炭素材料と他の炭素系材料を複合させて成る複合炭素系材料とすることも可能である。複合させるための等方性黒鉛材料及び結晶配向性炭素材料以外の炭素系材料は、一つでもよいし複数でもよい。このような炭素系材料としては、例えば、前記に挙げた多結晶ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、グラッシーカーボン（glassy carbon）、多孔性カーボン（porous carbon）、ポリアセチレン（polyacetylene）、カルビン（carbyne）、窒化炭素、炭化ケイ素、等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。例えば、等方性黒鉛材料と他の炭素系材料の複合は、等方性黒鉛材料の成形体と他の炭素系材料の成形体の積層、等方性黒鉛材料と他の炭素系材料の混合、等方性黒鉛材料と他の炭素系材料の化合、等によって行うことができる。等方性黒鉛材料の成分比率は、特に限定するものではないが、通常５０％以上である。こうすることによって、等方性黒鉛材料と他の炭素系材料の好ましい協働効果を与えることが可能である。例えば、等方性黒鉛材料と熱伝導性に優れたダイヤモンドやカーボンナノチューブ類の複合は、これらの材料を混合することによってターゲットの熱伝導性と熱拡散性をさらに向上させることが可能である。また、例えば、結晶配向性炭素材料と等方性黒鉛材料の複合は、これらの材料を交互に積層することによって、熱伝導を等方的にすることが可能である。   In addition, the carbon-based material in the present invention can be a carbon-based material containing at least one of the isotropic graphite material and the crystal-oriented carbon material in the carbon material. That is, a preferable isotropic graphite material or crystal orientation carbon material can be used alone among the carbon materials, and a composite carbon system obtained by combining the isotropic graphite material and the crystal orientation carbon material. It is also possible to use a composite carbon-based material obtained by combining an isotropic graphite material or a crystal-oriented carbon material and another carbon-based material. There may be one or more carbon-based materials other than the isotropic graphite material and the crystal-oriented carbon material to be combined. Examples of such carbon-based materials include polycrystalline diamond, diamond-like carbon, glassy carbon, porous carbon, polyacetylene, carbyne, and carbon nitride listed above. , Silicon carbide, and the like, but are not limited thereto. For example, a composite of isotropic graphite material and other carbon-based material is a laminate of a molded body of isotropic graphite material and a molded body of other carbon-based material, or a mixture of isotropic graphite material and other carbon-based material. It can be carried out by combining an isotropic graphite material with another carbon-based material. The component ratio of the isotropic graphite material is not particularly limited, but is usually 50% or more. By doing so, it is possible to provide a favorable cooperative effect between the isotropic graphite material and another carbon-based material. For example, a composite of isotropic graphite material and diamond or carbon nanotubes excellent in thermal conductivity can further improve the thermal conductivity and thermal diffusibility of the target by mixing these materials. In addition, for example, a composite of a crystal-oriented carbon material and an isotropic graphite material can be made isotropic in heat conduction by alternately laminating these materials.

本発明における炭素系材料は、使用に際しての機械的強度等を向上させるために、所望に応じて、適宜、補強材の添加が可能である。補強材としては、放射化されにくい材料であることが好ましい。このような材料としては、例えば、エポキシ樹脂、ガラス繊維、各種のセラミック材料を挙げることができるが、これらに限定するものではない。   The carbon-based material in the present invention can be appropriately added with a reinforcing material as desired in order to improve the mechanical strength and the like during use. The reinforcing material is preferably a material that is difficult to be activated. Examples of such materials include, but are not limited to, epoxy resins, glass fibers, and various ceramic materials.

ターゲットで発生する中性子の平均エネルギーは、入射陽子のエネルギーの約５分の１であることが知られている（非特許文献１）。したがって、例えば、８ＭｅＶの陽子をベリリウム材料に衝突させて発生させる中性子の平均エネルギーは約１.６ＭｅＶであり、３ＭｅＶの陽子をリチウム材料に衝突させて発生させる中性子の平均エネルギーは約０.６ＭｅＶであることが予想される。この中性子の平均エネルギー値は、高速中性子のエネルギー範囲であるので、上記発生中性子をＢＮＣＴ等の医療用に用いるためには、減速材によって熱中性子または熱外中性子のエネルギーにまで減速させる必要がある。軽水（H2O）、重水（D2O）、ベリリウム（Be）、酸化ベリリウム（BeO）、及び黒鉛（C）等の炭素系材料は、鉄などの鉄系金属、銅などの非鉄金属、及びタングステン等の重金属が中性子を減速する性質をほとんど示さないことに比べて、中性子減速比（中性子の減速能の値を中性子の吸収能で割った値であり、この値が大きいほど良い減速材である）が上記金属の減速比の１０００倍以上大きいことから、原子炉等の中性子減速材として一般的に使用されている。中でも黒鉛材料等の炭素系材料は、軽水の中性子減速比よりも大きく、また中性子減速距離（高速中性子が減速して熱中性子になるまでの移動距離でありフェルミ年齢τｃｍ2の平方根として与えられる）が、約２０ｃｍと比較的短いことから（軽水の中性子減速距離の約４倍、重水の中性子減速距離の約２倍）（非特許文献２）、本発明で用いる黒鉛材料等の炭素系材料は、本発明複合型ターゲットで発生する中性子をターゲット内で減速するための中性子減速材としても効果的に機能する。It is known that the average energy of neutrons generated at the target is about one fifth of the energy of incident protons (Non-Patent Document 1). Thus, for example, the average energy of neutrons generated by colliding 8 MeV protons with a beryllium material is about 1.6 MeV, and the average energy of neutrons generated by colliding 3 MeV protons with a lithium material is about 0.6 MeV. Expected to be. Since the average energy value of this neutron is in the energy range of fast neutrons, in order to use the generated neutrons for medical purposes such as BNCT, it is necessary to decelerate to the energy of thermal neutrons or epithermal neutrons with a moderator. . Carbon-based materials such as light water (H 2 O), heavy water (D 2 O), beryllium (Be), beryllium oxide (BeO), and graphite (C) are ferrous metals such as iron, non-ferrous metals such as copper, And neutron moderation ratio (the value of neutron moderation divided by the neutron absorption capability, the better the moderator. However, it is generally used as a neutron moderator for nuclear reactors and the like. Among them, carbon-based materials such as graphite materials are larger than the neutron moderation ratio of light water, and the neutron moderation distance (the travel distance from fast neutrons to thermal neutrons, given as the square root of Fermi age τcm 2 ) However, because it is relatively short (approximately 4 times the light water neutron deceleration distance, approximately twice the neutron deceleration distance of heavy water) (Non-Patent Document 2), carbon-based materials such as graphite materials used in the present invention are Also, it effectively functions as a neutron moderator for decelerating neutrons generated in the composite target of the present invention within the target.

また、黒鉛材料等の炭素材料は、水と同様の中性子透過性を有するものと予想されることから、黒鉛材料等の炭素材料中の中性子透過率（I/I0：入射中性子の強さに対する透過後の中性子の強さの比率）は、水の中性子透過率の測定データ（I/I0＝10-0.08T、ここでTｃｍは中性子の透過距離であり、入射中性子は１ＭｅＶである）（非特許文献３）に基づき、例えば、黒鉛材料等の炭素材料の厚みを３ｃｍとすると中性子透過率は、約６０％であると見積もられるので、約４０％の高速中性子の透過を抑止できることが予想される。したがって、例えば、本発明複合型ターゲットに用いる黒鉛材料等の炭素材料の厚みを２０ｃｍ以上とすると、高速中性子の透過をほぼ完全に抑止し、熱中性子及び熱外中性子として得られることが予想される。Moreover, since carbon materials such as graphite materials are expected to have neutron permeability similar to that of water, the neutron transmittance in carbon materials such as graphite materials (I / I 0 : against the intensity of incident neutrons) The ratio of neutron intensity after transmission is measured data of neutron transmittance of water (I / I 0 = 10 −0.08T , where Tcm is the transmission distance of neutron and incident neutron is 1 MeV) ( Based on Non-Patent Document 3), for example, if the thickness of a carbon material such as graphite material is 3 cm, the neutron transmittance is estimated to be about 60%, so that it is expected that the transmission of about 40% of fast neutrons can be suppressed. Is done. Therefore, for example, when the thickness of a carbon material such as a graphite material used for the composite target of the present invention is 20 cm or more, it is expected that transmission of fast neutrons is almost completely suppressed, and thermal neutrons and epithermal neutrons are obtained. .

本発明における複合とは、三種類の異なる材料、本発明ではベリリウム材料、リチウム材料）、及び非金属材料のことである、を一体的に組み合わせることをいう。そして複合の具体的な態様としては、例えば、ベリリウム材料、リチウム材料、及び炭素系材料を積層させることによって一体化すること、これらの材料を混合することによって一体化すること、これらの材料を化合させることによって一体化すること、これらの材料を相溶化させることによって一体化すること、これらの材料を表面処理することによって一体化すること、片方の材料に片方の材料の微粒子を分散することによって一体化すること、片方の材料に片方の材料を接着することによって一体化すること、片方の材料に片方の材料を塗布することによって一体化すること、等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。また、複合に際して、各材料間に組成傾斜構造を施すことができる。   The term “composite” in the present invention refers to a combination of three different materials, that is, beryllium material and lithium material in the present invention, and a nonmetallic material. Specific examples of the composite include, for example, integration by stacking beryllium material, lithium material, and carbon-based material, integration by mixing these materials, and combining these materials. By integrating, by compatibilizing these materials, by integrating these materials by surface treatment, by dispersing fine particles of one material in one material It can be integrated, by integrating one material to one material, integrated by applying one material to one material, etc., but it is limited to these Not what you want. In addition, a composition gradient structure can be provided between the materials during the composite.

本発明複合型ターゲットの材料構成の一つの例は、［ベリリウム材料−炭素系材料−リチウム材料−炭素系材料］の一体構成を有する複合型ターゲットである。この構成を有する複合型ターゲットは、該ベリリウム材料面を加速陽子の方向に向けることによってベリリウム材料中を通過時にベリリウム材料の閾値（約４ＭｅＶ）を超える陽子によって中性子を発生させ、続いてベリリウム材料を通過した陽子がリチウム材料中を通過時にリチウム材料の閾値（約２ＭｅＶ）を超える陽子によって更に中性子を発生させることが可能である。したがって、ベリリウムだけから成るターゲットよりもより多くの中性子を発生することが可能である。また、ベリリウム材料を通過した陽子によって発生する中性子には、トリチウムのような放射性の核反応物質が含有されないので、リチウムだけから成るターゲットよりも高品質の中性子を発生させることができる。   One example of the material configuration of the composite target of the present invention is a composite target having an integral configuration of [beryllium material-carbon material-lithium material-carbon material]. A composite target having this configuration causes neutrons to be generated by protons that exceed a beryllium material threshold (about 4 MeV) when passing through the beryllium material by directing the beryllium material surface in the direction of accelerated protons, Further neutrons can be generated by protons that pass through the lithium material as it passes through the lithium material above the threshold of the lithium material (approximately 2 MeV). Therefore, it is possible to generate more neutrons than a target consisting only of beryllium. Further, since neutrons generated by protons that have passed through the beryllium material do not contain radioactive nuclear reactants such as tritium, it is possible to generate higher quality neutrons than a target composed solely of lithium.

本発明複合型ターゲットの材料構成の一つの例は、複数個の［ベリリウム材料−炭素系材料の複合体］及び複数個の［リチウム材料−炭素系材料の複合体］を積層させた構成を有する複合型ターゲットである。この構成を有する複合型ターゲットは、前記の複合型ターゲットと同様にベリリウム材料だけから成るターゲットよりもより多くの中性子を発生させることが可能である。   One example of the material configuration of the composite target of the present invention has a configuration in which a plurality of [composites of beryllium material-carbon-based material] and a plurality of [composites of lithium material-carbon-based material] are stacked. It is a composite target. A composite target having this configuration can generate more neutrons than a target made of only a beryllium material, like the above-described composite target.

本発明複合型ターゲットの材料構成の一つの例は、ベリリウム材料、リチウム材料、及び炭素系材料を混合することによって一体化した混合体とする複合型ターゲットである。この構成を有する複合型ターゲットは、ベリリウム材料による中性子発生とリチウム材料による中性子発生が同時系列的に起きるので、ベリリウム材料単独の場合の中性子発生量よりもより多くの中性子を発生することが可能である。   One example of the material structure of the composite target of the present invention is a composite target that is an integrated mixture obtained by mixing a beryllium material, a lithium material, and a carbon-based material. Since the neutron generation by the beryllium material and the neutron generation by the lithium material occur simultaneously in the composite target having this configuration, it is possible to generate more neutrons than the amount of neutron generation by the beryllium material alone. is there.

本発明複合型ターゲットにおいては、ベリリウム材料、リチウム材料、及び炭素系材料の複合によってこれらの材料の表面には界面が形成される。ターゲットで発生する熱の排熱は原理的に材料界面での熱伝導や熱拡散によって行われるので、本発明におけるベリリウム材料、リチウム材料、及び炭素系材料の複合は、好ましい。界面としては単純な平面形状や複雑な種々の形状が形成されるが、曲面形状や凹凸形状の界面は平面に比べて表面積が大きいので好ましい。例えば、粉末状のベリリウム材料や粉末状のリチウム材料と粉末状の炭素系材料の混合物を成形して作られるターゲットでは、該材料の粒径に依存して材料の比表面積をバルク状の材料の表面積よりも大きくすることができるので、材料界面での熱伝導性や熱拡散性を向上させることが可能である。例えば、ベリリウム材料やリチウム材料と炭素系材料の化合を含むターゲットでは、両材料の界面を介した直接的な熱伝導を行うことが可能である。また、ターゲットやターゲット材料の表面処理によってターゲット表面やターゲット材料の表面に曲面形状や凹凸形状を施すことが可能なので、これによってターゲットの表面積をその平面積よりも大きくすることが可能であり、材料界面での熱伝導性や熱拡散性を向上させることが可能である。このようにして、熱伝導や熱拡散によって速やかにターゲット表面に伝導された熱は、ターゲットの側面、内部、又は底面に設けられた間接的又は直接的な冷却機構によって、系外への実際上の排熱が可能になり、それによってターゲットの冷却が可能になるわけである。なお、上記ターゲットの比表面積とは単位質量の材料が有する表面積のことであり、ターゲットを構成するベリリウム材料、リチウム材料、及び炭素系材料の比表面積の総和である。また、ターゲットの平面積とはターゲットの表面をその平行面に投影した時の面積のことである。また、ベリリウム材料、リチウム材料、及び炭素系材料の複合による効果としてベリリウム材料やリチウム材料と炭素系材料の接着性の向上、界面における熱応力の緩和、界面における剥離の防止、系外への水素拡散の向上、等の効果が与えられる。   In the composite target of the present invention, an interface is formed on the surface of these materials by the composite of beryllium material, lithium material, and carbon-based material. Since exhaust heat generated by the target is principally performed by heat conduction or thermal diffusion at the material interface, the composite of the beryllium material, lithium material, and carbon-based material in the present invention is preferable. As the interface, a simple planar shape or various complicated shapes are formed, but a curved or uneven interface is preferable because it has a larger surface area than a plane. For example, in a target made by molding a powdery beryllium material or a mixture of a powdery lithium material and a powdered carbon-based material, the specific surface area of the material depends on the particle size of the material. Since it can be made larger than the surface area, it is possible to improve thermal conductivity and thermal diffusivity at the material interface. For example, a target including a combination of a beryllium material or a lithium material and a carbon-based material can perform direct heat conduction through the interface between the two materials. In addition, since the surface of the target or the target material can be given a curved surface or an uneven shape by the surface treatment of the target or the target material, the surface area of the target can be made larger than the plane area. It is possible to improve thermal conductivity and thermal diffusibility at the interface. In this way, the heat quickly transferred to the target surface by heat conduction or heat diffusion is actually transferred to the outside by the indirect or direct cooling mechanism provided on the side, inside, or bottom of the target. Heat can be exhausted, thereby cooling the target. The specific surface area of the target is a surface area of a material having a unit mass, and is a sum of specific surface areas of the beryllium material, the lithium material, and the carbon-based material constituting the target. Further, the plane area of the target is an area when the surface of the target is projected onto the parallel plane. The effects of the combination of beryllium material, lithium material, and carbon-based material include improved adhesion between beryllium material and lithium material and carbon-based material, relaxation of thermal stress at the interface, prevention of delamination at the interface, hydrogen to the outside of the system Effects such as improved diffusion are provided.

前記説明のように本発明複合型ターゲットはベリリウム材料やリチウム材料と炭素系材料の複合によってターゲットの比表面積をその平面積よりも大きくすることが可能である。積極的にターゲットの比表面積の拡大をはかるときのめやすは、好ましくはターゲットの平面積の２倍以上である。ターゲットの比表面積が平面積の２倍以上であればターゲット表面への熱伝導が速くなるのでターゲット表面に排熱のための大きな伝熱板を設けなくても効率的な排熱が可能であるので好ましい。例えば、ベリリウム材料やリチウム材料の表面にレーザーアブレーションなどの表面加工法を用いて凹凸形状や溝を施すことによって容易に比表面積を２倍以上にすることが可能である。粉末状のベリリウム材料やリチウム材料を粉末状の炭素系材料に分散させターゲット状に成形することによって比表面積を１００倍程度大きくすることが可能である。また、触媒調整のための含浸法などを用いて炭素系材料の細孔にベリリウム材料やリチウム材料の微粒子を分散（又は担持ともいう）させることによって比表面積を１０００倍程度大きくすることが可能である。   As described above, the composite target of the present invention can have the specific surface area of the target larger than the plane area by combining the beryllium material or lithium material and the carbon-based material. The standard for actively expanding the specific surface area of the target is preferably at least twice the plane area of the target. If the specific surface area of the target is more than twice the plane area, heat conduction to the target surface will be faster, so efficient heat removal is possible without providing a large heat transfer plate for heat removal on the target surface. Therefore, it is preferable. For example, it is possible to easily double the specific surface area by forming irregularities and grooves on the surface of the beryllium material or lithium material using a surface processing method such as laser ablation. It is possible to increase the specific surface area by about 100 times by dispersing powdery beryllium material or lithium material in a powdery carbon-based material and forming it into a target shape. In addition, the specific surface area can be increased by about 1000 times by dispersing (or also referred to as) fine particles of beryllium material or lithium material in the pores of the carbon-based material using an impregnation method for catalyst adjustment. is there.

本発明複合型ターゲットの成形方法としては、例えば、ベリリウム材料やリチウム材料と炭素系材料を積層させてターゲットに成形する、ベリリウム材料やリチウム材料や炭素系材料の表面に凹凸形状を施しターゲットに成形する、粉末状のベリリウム材料やリチウム材料と粉末状の炭素系材料の混合物をターゲットに成形する、多孔性の炭素系材料にベリリウム材料やリチウム材料の微粒子を分散させこれをターゲットに成形する、粉末状の炭素系材料にベリリウム材料やリチウム材料をコーティングしこれをターゲットに成形する、ベリリウム材料やリチウム材料と炭素系材料を化合させることによって接着させこれをターゲットに成形する、等を挙げることができるがこれらに限定するものではない。例えば、ベリリウム材料やリチウム材料や炭素系材料の表面に凹凸形状を施したものをターゲットに成形することによってターゲットの比表面積を平面積の数倍程度大きくすることが可能である。また、粉末状の材料はバルク材料の比表面積よりも格段に大きいので、粉末状のベリリウム材料やリチウム材料と粉末状の炭素系材料の混合物をターゲットに成形することによってターゲットの比表面積を平面積の１００倍程度向上させることが可能である。同様の理由により炭素系材料にベリリウム材料やリチウム材料の微粒子を分散させたものをターゲットに成形することによってターゲットの比表面積を平面積の１０００倍程度大きくすることが可能である。また、ターゲット表面に溝や凹凸形状を施すことも可能である。これによって、ターゲットの表面積を大きくし、表面における過度の熱集中の抑制と熱応力による両材料の剥離を防止することが可能である。   As a method for forming the composite target of the present invention, for example, a beryllium material or a lithium material and a carbon-based material are laminated and formed on the target. Powder, which forms powdery beryllium material or a mixture of lithium material and powdered carbonaceous material on the target, or disperses fine particles of beryllium material or lithium material in porous carbonaceous material, and forms this on the target, powder The beryllium material or lithium material is coated on a carbon-like material and molded into a target, and the beryllium material or lithium material and the carbon-based material are bonded together and then molded into a target. However, it is not limited to these. For example, it is possible to increase the specific surface area of the target by several times the plane area by forming a target having a concavo-convex shape on the surface of beryllium material, lithium material, or carbon-based material. In addition, since the powdery material is much larger than the specific surface area of the bulk material, the target specific surface area can be reduced to a flat area by molding a powdery beryllium material or a mixture of lithium material and powdered carbon-based material to the target. It is possible to improve about 100 times. For the same reason, it is possible to increase the specific surface area of the target by about 1000 times the plane area by molding a target obtained by dispersing fine particles of a beryllium material or a lithium material in a carbon-based material. Moreover, it is also possible to give a groove | channel or uneven | corrugated shape to the target surface. Thereby, it is possible to increase the surface area of the target, to suppress excessive heat concentration on the surface and to prevent peeling of both materials due to thermal stress.

本発明複合型ターゲットにおけるターゲット材料の複合の方法は、複合形態や用いる材料の種類や厚み等に応じて適宜決められるものであり、特定の加工方法に限定するものではない。例えば、ベリリウム材料と炭素系材料の積層による複合は、ホットプレス、ＨＩＰ処理（熱間静水圧成形：Hot-Isostatic-Pressing）、蒸着等によって行うことができる。比較的厚いベリリウム材料と炭素系材料を積層する場合には、ホットプレスやＨＩＰ処理が好ましく、比較的薄いベリリウム材料と炭素系材料を積層する場合には、蒸着が好ましい。ベリリウム材料と炭素系材料のホットプレスは、通常、２００℃〜常圧におけるベリリウム材料の融点までの温度下、１０3キロパスカル〜１０5キロパスカルの圧力下で行うことができ、ＨＩＰ処理は、通常、１００℃〜常圧におけるベリリウム材料の融点までの温度下、１０4キロパスカル〜１０6キロパスカルの圧力下で行うことができ、蒸着は、炭素系材料基板の温度が室温〜ベリリウム材料の融点までの温度下、１０-3パスカル〜１０-6パスカルの圧力下で行うことができる。例えば、ベリリウムと炭素系材料を９００℃以上のＨＩＰ処理によって積層することによって、接合界面にベリリウムカーバイドを生じさせることができるので、これによって接着力を向上させることができる。また、例えば、リチウム材料と炭素系材料の積層による複合は、ホットプレス、ＨＩＰ処理、蒸着等によって行うことができる。比較的厚いリチウム材料と炭素系材料を積層する場合には、ホットプレスやＨＩＰ処理が好ましく、比較的薄いリチウム材料と炭素系材料を積層する場合には、蒸着が好ましい。リチウム材料と炭素系材料のホットプレスは、通常、室温（２３℃）〜常圧におけるリチウム材料の融点までの温度下、１０3キロパスカル〜１０5キロパスカルの圧力下で行うことができ、ＨＩＰ処理は、通常、室温〜常圧におけるリチウム材料の融点までの温度下、１０4キロパスカル〜１０6キロパスカルの圧力下で行うことができ、蒸着は、炭素系材料基板の温度が室温〜リチウム材料の融点までの温度下、１０-3パスカル〜１０-6パスカルの圧力下で行うことができる。材料表面の凹凸処理は、例えばレーザーアブレーション、エッチング、鋳型成形、等の従来の方法によって可能である。ベリリウム材料やリチウム材料の炭素系材料へのコーティングは、例えばＣＶＤ法（化学蒸着法：chemical vapor deposition）によって可能である。ベリリウム材料やリチウム材料の微粒子の炭素系材料への担持は、例えば触媒調整のための含浸法によって可能である。ＣＶＤ法によるコーティングは、例えば、気体状のベリリウム材料（又はリチウム材料）の前駆物質を不活性雰囲気中の高温下にある炭素系材料の表面に通過させ、前駆物質の熱分解によってベリリウム材料（又はリチウム材料）を析出させる方法によって行うことができる。含浸法によるベリリウム材料（又はリチウム材料）の微粒子の炭素系材料への担持は、例えば、ベリリウム材料（又はリチウム材料）の前駆物質の水溶液を多孔性の炭素系材料に含浸後、還元性雰囲気中で焼成することによってベリリウム材料やリチウム材料の微粒子を炭素系材料の細孔に担持させることによって行うことができる。材料の粉末化は、例えば機械的粉砕、凍結粉砕、プラズマ微粒化、スプレードライ法、等の従来の方法によって可能である。混合材料をターゲット形状に成形加工する際には必要に応じて適宜、バインダーや焼結助材を添加することが可能である。バインダーや焼結助材は、陽子、中性子による放射化を受けないような材料であることが好ましい。このようなバインダーや焼結助材としては、例えば、シリカ、シリカアルミナ等のセラミックス、ケイ酸塩、低融点ガラス等のペースト材料を挙げることができるが、これらに限定するものではない。The method of combining the target materials in the composite target of the present invention is appropriately determined according to the composite form, the type and thickness of the material used, and is not limited to a specific processing method. For example, compounding by stacking a beryllium material and a carbon-based material can be performed by hot pressing, HIP processing (hot isostatic pressing), vapor deposition, or the like. When laminating a relatively thick beryllium material and a carbon-based material, hot pressing or HIP treatment is preferable, and when laminating a relatively thin beryllium material and a carbon-based material, vapor deposition is preferable. The hot pressing of the beryllium material and the carbon-based material can be normally performed at a temperature from 200 ° C. to the melting point of the beryllium material at normal pressure and a pressure of 10 3 kilopascals to 10 5 kilopascals. Usually, it can be performed under the temperature from 100 ° C. to the melting point of the beryllium material at normal pressure, under a pressure of 10 4 kilopascals to 10 6 kilopascals. The reaction can be performed at a temperature up to the melting point and a pressure of 10 −3 Pascal to 10 −6 Pascal. For example, by laminating beryllium and a carbon-based material by HIP treatment at 900 ° C. or higher, beryllium carbide can be generated at the bonding interface, which can improve the adhesive strength. In addition, for example, composite by stacking a lithium material and a carbon-based material can be performed by hot pressing, HIP treatment, vapor deposition, or the like. When laminating a relatively thick lithium material and a carbon-based material, hot pressing or HIP treatment is preferable, and when laminating a relatively thin lithium material and a carbon-based material, vapor deposition is preferable. Hot pressing of a lithium material and a carbon-based material can usually be performed at a temperature from room temperature (23 ° C.) to a melting point of the lithium material at normal pressure, and a pressure of 10 3 kilopascals to 10 5 kilopascals. The treatment can be usually performed at a temperature from room temperature to the melting point of the lithium material at normal pressure, and at a pressure of 10 4 kilopascals to 10 6 kilopascals. It can be carried out at a temperature up to the melting point of the material and under a pressure of 10 −3 Pascals to 10 −6 Pascals. The uneven surface treatment of the material surface can be performed by a conventional method such as laser ablation, etching, or molding. For example, a beryllium material or a lithium material can be coated on a carbon-based material by, for example, a CVD method (chemical vapor deposition). The fine particles of beryllium material or lithium material can be supported on the carbon-based material by, for example, an impregnation method for catalyst preparation. The coating by CVD method, for example, allows a gaseous beryllium material (or lithium material) precursor to pass over the surface of a carbon-based material under a high temperature in an inert atmosphere, and the pyrolysis of the precursor causes the beryllium material (or Lithium material) can be deposited by a method. The fine particles of beryllium material (or lithium material) are supported on the carbon-based material by the impregnation method. For example, the porous carbon-based material is impregnated with an aqueous solution of a precursor of beryllium material (or lithium material) and then in a reducing atmosphere. The fine particles of the beryllium material or lithium material can be carried on the pores of the carbon-based material by baking with. The material can be pulverized by conventional methods such as mechanical pulverization, freeze pulverization, plasma atomization, and spray drying. When the mixed material is formed into a target shape, a binder and a sintering aid can be appropriately added as necessary. The binder and the sintering aid are preferably materials that are not activated by protons or neutrons. Examples of such binders and sintering aids include, but are not limited to, paste materials such as ceramics such as silica and silica alumina, silicates, and low-melting glass.

本発明複合型ターゲットの複合による成形体の作製は、上記と同様、複合形態や用いる材料の種類や厚み等に応じて適宜決められるものであり、特定の加工方法に限定するものではない。例えば、ベリリウム材料やリチウム材料と炭素系材料の複合体を複数個積層したターゲットは、炭素系材料上にベリリウム材料やリチウム材料を蒸着することによって作製されるシートや、炭素系材料に厚みの薄いベリリウム材料やリチウム材料を圧延接着して作成されるシートを、ベリリウム材料やリチウム材料と炭素系材料が交互に接するように積層し、ホットプレスやＨＩＰ処理等によってターゲット形状に圧着成形することによって作製することができる。また、上記複合体を複数個積層する際に、各層ごとの冷却を行うために各積層間に冷媒流路を有する炭素系材料の層を接合することも可能である。   As described above, the production of a molded body by combining the composite target of the present invention is appropriately determined according to the composite form, the type and thickness of the material to be used, and is not limited to a specific processing method. For example, a target in which a plurality of composites of beryllium materials or lithium materials and carbon-based materials are stacked is a sheet produced by vapor-depositing beryllium materials or lithium materials on carbon-based materials, or thin in carbon-based materials. Sheets created by rolling and bonding beryllium materials and lithium materials are laminated so that beryllium materials, lithium materials, and carbon-based materials are alternately in contact with each other, and are formed by pressure forming into a target shape by hot pressing, HIP processing, etc. can do. In addition, when a plurality of the composites are stacked, it is also possible to join a layer of a carbon-based material having a coolant channel between the stacked layers in order to cool each layer.

本発明複合型ターゲットにおけるベリリウム材料及びリチウム材料の厚さは、陽子の衝突による中性子発生反応を炭素系材料にも分担させることが可能なので、特に限定するものではないが、ベリリウム材料やリチウム材料中での陽子の理論的飛程よりもかなり薄くすることができる。なぜなら、炭素系材料がベリリウム材料とリチウム材料の支持材及び冷却材として機能するからである。また、上記理由により各材料が負担する熱負荷を軽減されるからである。上記理論的飛程は、陽子の入射エネルギーと物質の阻止能によって計算できる。例えば、ターゲット材料がベリリウムの場合、１１ＭｅＶの陽子のベリリウム中での理論的飛程は、約０.９４ｍｍであるので、従来のベリリウムだけから構成されているターゲットの場合には、１ｍｍ以上の厚みが必要であった。しかし、本発明ターゲットにおけるベリリウムは、１ｍｍよりもかなり薄くすることが可能である。本発明ターゲットにおけるベリリウム材料がベリリウムである場合のベリリウムの厚さは、好ましくは、０.０１ｍｍ以上であり１ｍｍ未満である。さらに好ましくは、ベリリウムの厚さは０.１ｍｍ以上であり０.５ｍｍ以下である。ベリリウムの厚さが０.０１ｍｍ未満であると耐熱性が著しく低下するので０.０１ｍｍ以上であることが好ましい。また、陽子の衝突による核反応の一部をベリリウムで分担させるためには、ベリリウムの厚さは１ｍｍ未満であることが好ましい。同様にしてターゲット材料がリチウムの場合、１１ＭｅＶの陽子のリチウム中での理論的飛程は、約２ｍｍであるので、従来のリチウムだけから構成されているターゲットの場合には、２ｍｍ以上の厚みが必要であった。しかし、本発明複合型ターゲットにおけるリチウム材料がリチウムである場合のリチウムの厚みは、２ｍｍよりもかなり薄くすることが可能である。本発明複合型ターゲットにおけるリチウムの厚さは、好ましくは、０.０１ｍｍ以上、１ｍｍ以下である。さらに好ましくは、０.０５ｍｍ以上０.５ｍｍ以下である。リチウムの厚さが０.０１ｍｍ未満であると耐熱性が低下するので０.０１ｍｍ以上であることが好ましい。また、陽子の衝突による反応の一部をリチウムで分担させるためにはリチウムの厚さは１ｍｍ以下であることが好ましい。耐熱性を維持し、且つ陽子の衝突による核反応の一部をリチウムで分担させるためには、リチウムの厚さは０.０５ｍｍ以上であり０.５ｍｍ以下であることがより好ましい。   The thickness of the beryllium material and the lithium material in the composite target of the present invention is not particularly limited because the neutron generation reaction caused by the collision of protons can be shared with the carbon-based material. It can be made much thinner than the theoretical range of protons. This is because the carbon-based material functions as a support material and a coolant for the beryllium material and the lithium material. Moreover, it is because the thermal load which each material bears for the said reason is reduced. The theoretical range can be calculated from the incident energy of protons and the stopping power of matter. For example, when the target material is beryllium, the theoretical range of 11 MeV protons in beryllium is about 0.94 mm. Therefore, in the case of a target composed only of conventional beryllium, the thickness is 1 mm or more. Was necessary. However, the beryllium in the target of the present invention can be considerably thinner than 1 mm. When the beryllium material in the target of the present invention is beryllium, the thickness of beryllium is preferably 0.01 mm or more and less than 1 mm. More preferably, the thickness of beryllium is 0.1 mm or more and 0.5 mm or less. If the beryllium thickness is less than 0.01 mm, the heat resistance is remarkably lowered, so that it is preferably 0.01 mm or more. Further, in order to share part of the nuclear reaction caused by proton collision with beryllium, the thickness of beryllium is preferably less than 1 mm. Similarly, when the target material is lithium, the theoretical range of 11 MeV protons in lithium is about 2 mm. Therefore, in the case of a target composed only of conventional lithium, the thickness is 2 mm or more. It was necessary. However, when the lithium material in the composite target of the present invention is lithium, the thickness of lithium can be considerably thinner than 2 mm. The thickness of lithium in the composite target of the present invention is preferably 0.01 mm or more and 1 mm or less. More preferably, it is 0.05 mm or more and 0.5 mm or less. When the thickness of lithium is less than 0.01 mm, the heat resistance is lowered, so that the thickness is preferably 0.01 mm or more. Further, in order to share a part of the reaction caused by proton collision with lithium, the thickness of lithium is preferably 1 mm or less. In order to maintain heat resistance and share a part of the nuclear reaction caused by proton collision with lithium, the thickness of lithium is preferably 0.05 mm or more and 0.5 mm or less.

本発明複合型ターゲットは、ベリリウム材料やリチウム材料に対する炭素系材料の厚さ方向の比率を限定するものではない。本発明複合型ターゲットは、当該比率を用いるターゲット材料や照射陽子の加速エネルギーに応じて適宜設定することができるが、通常は、炭素系材料の厚さをベリリウム材料やリチウム材料の厚さの１０倍以上に設定する。この主な理由は、炭素系材料の中性子発生効率が、通常、ベリリウム材料やリチウム材料の中性子発生効率に比べて一ケタ以上小さいことによる。   The composite target of the present invention does not limit the ratio of the carbon-based material to the beryllium material or lithium material in the thickness direction. The composite target of the present invention can be appropriately set according to the target material using the ratio and the acceleration energy of the irradiation protons. Usually, the thickness of the carbon-based material is 10 times the thickness of the beryllium material or lithium material. Set to more than double. The main reason for this is that the neutron generation efficiency of the carbon-based material is usually smaller by one digit or more than the neutron generation efficiency of the beryllium material or lithium material.

本発明複合型ターゲットは、前記複合型ターゲットに真空シールを施すと共に冷媒流路を有する冷却機構を付帯する。ターゲットに真空シールを施すことの主な理由は、本発明ではターゲットへの陽子照射を真空下で行うので、真空下でのターゲットの取扱・操作を行うためである。また、真空シールを施すことによる副次的な効果としての大気に接触することによる酸化性の雰囲気での酸化劣化を防止するためである。上記真空シールは、複合型ターゲットが大気と接する部分だけのシールであってもよいし、あるいは複合型ターゲット全体のシールであってもよい。真空シールのためのシール材料は、特に限定するものではないが、軽金属材料や非金属材料は重金属類に比べて放射化されにくい性質を持つので好ましい。軽金属材料としては、例えば、マグネシウム、アルミニウム、スズ、亜鉛、ケイ素、これらの軽金属材料の合金、各種のセラミック材料、等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。また、非金属材料としては、例えば、ガラス、エポキシ樹脂、ガラス繊維強化プラスチック、等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。また、陽子線を照射する側のターゲット表面に炭素系材料層を施すことによって、中性子を発生するベリリウム層やリチウム層がターゲット表面から剥離する可能性を防止することができる。この場合、炭素系材料層の厚みは、陽子線の透過を大きく妨害しない程度の厚みであるのがよい。   The composite target of the present invention is attached with a cooling mechanism having a refrigerant flow path while vacuum-sealing the composite target. The main reason for applying a vacuum seal to the target is that in the present invention, since the target is irradiated with protons under vacuum, the target is handled and operated under vacuum. Moreover, it is for preventing the oxidative deterioration in the oxidizing atmosphere by contacting with air | atmosphere as a secondary effect by giving a vacuum seal. The vacuum seal may be a seal of only a portion where the composite target is in contact with the atmosphere, or a seal of the entire composite target. The sealing material for vacuum sealing is not particularly limited, but light metal materials and non-metallic materials are preferable because they are less likely to be activated than heavy metals. Examples of the light metal material include magnesium, aluminum, tin, zinc, silicon, alloys of these light metal materials, various ceramic materials, and the like, but are not limited thereto. Examples of the non-metallic material include glass, epoxy resin, glass fiber reinforced plastic, and the like, but are not limited thereto. Further, by applying the carbon-based material layer to the target surface on the side irradiated with the proton beam, the possibility that the beryllium layer or the lithium layer generating neutrons is separated from the target surface can be prevented. In this case, the thickness of the carbon-based material layer is preferably a thickness that does not greatly interfere with the transmission of the proton beam.

また、本発明複合型ターゲットに冷媒の流路を有する冷却機構を付帯させる目的は、ターゲットで発生する熱を実際上、効率的に系外に排熱することによってターゲットを冷却するためである。上記冷却機構を複合型ターゲットに設ける箇所は、特に限定するもではなく、材料構成や必要とする冷却性能等に応じて適宜決められるものである。例えば、ベリリウム材料やリチウム材料と炭素系材料を積層させて成るターゲットの場合には、ターゲットの側部に冷却機構を設けることもできるし、ターゲットの底部に冷却機構を設けることもできるし、炭素系材料やベリリウム材料の内部に冷媒流路を施すこともできる。例えば、ベリリウム材料、リチウム材料及び炭素系材料を交互に積層させて成るターゲットの場合には、各層ごとの冷却を行うために、炭素系材料の内部に冷媒流路を施し、ターゲットの側部に共通の冷媒流路を有する冷却機構を設けることが好ましい。複合型ターゲットの側部に冷却機構を設ける場合には、必要に応じて熱伝導性の高い伝熱板を介して水冷することが可能である。複合型ターゲットの底部に冷却機構を設ける場合には、中性子による放射化の問題が殆ど生じないような材料を用いることが好ましい。このような材料としては、例えば本発明における炭素系材料を挙げることができる。冷媒流路に用いる冷媒としては、例えば、冷却水等の液体、ヘリウムガス等の熱伝導率の高い気体を用いるのが好ましい。また、本発明複合型ターゲットは、ターゲットと冷却機構が一体化したカートリッジ型構造とすることが可能である。こうすることによって、ターゲットで発生した熱を効率的に系外に排熱することが可能であり、ターゲットの劣化に際して、新品との着脱交換を遠隔操作によって簡易に行うことが可能である。また、これらの効果によって、本発明複合型ターゲットは、ターゲットの熱問題を解決し、ターゲット等の部材の放射化を低減しつつ低エネルギーの中性子を安定的に発生しうる。   The purpose of attaching the cooling mechanism having the refrigerant flow path to the composite target of the present invention is to cool the target by effectively exhausting the heat generated in the target to the outside of the system. The location where the cooling mechanism is provided on the composite target is not particularly limited, and can be appropriately determined according to the material configuration, the required cooling performance, and the like. For example, in the case of a target formed by laminating a beryllium material or a lithium material and a carbon-based material, a cooling mechanism can be provided on the side of the target, a cooling mechanism can be provided on the bottom of the target, A coolant channel can also be provided inside the system material or beryllium material. For example, in the case of a target formed by alternately laminating a beryllium material, a lithium material, and a carbon-based material, in order to cool each layer, a coolant channel is provided inside the carbon-based material, and a target is formed on a side of the target. It is preferable to provide a cooling mechanism having a common refrigerant flow path. In the case where a cooling mechanism is provided on the side portion of the composite type target, it is possible to perform water cooling via a heat transfer plate having high thermal conductivity if necessary. In the case where a cooling mechanism is provided at the bottom of the composite target, it is preferable to use a material that hardly causes the problem of activation by neutrons. An example of such a material is a carbon-based material in the present invention. As the refrigerant used in the refrigerant flow path, for example, a liquid such as cooling water or a gas having high thermal conductivity such as helium gas is preferably used. Further, the composite target of the present invention can have a cartridge type structure in which the target and the cooling mechanism are integrated. In this way, the heat generated in the target can be efficiently exhausted out of the system, and when the target is deteriorated, it can be easily replaced with a new one by remote control. In addition, due to these effects, the composite target of the present invention can solve the thermal problem of the target, and can stably generate low-energy neutrons while reducing activation of members such as the target.

陽子とターゲットの衝突による中性子発生方法においては、ターゲットで発生する熱を如何にして効率的に排熱するかが非常に重要である。通常、ターゲットの単位表面積当たりの熱負荷の最大値は陽子の出力をターゲットの表面積で割った値とみなされるので、ターゲット表面からの排熱能力は、ターゲットの熱負荷以上に設計しなければならない。例えば、ＢＮＣＴ等の医療用の中性子を発生させるために必要な陽子の出力は少なくとも３０ｋＷ程度であると試算されているので、例えばターゲットの表面積が３０ｃｍ2であるとすると熱負荷は１０ＭＷｍ-2にもなる。陽子の出力は、出力が高いほど中性子の発生線量が多くなるので、可能な限り高い値に設定することに越したことはないのであるが、従来は一種類のターゲット材料を用いていたので、例えば、出力３０ｋＷの陽子線を表面積３０ｃｍ2のターゲット材料に照射する場合には、ターゲット材料表面の水冷による直接冷却が困難であるために、ターゲット材料よりも表面積の大きい金属製の伝熱板を介した冷却法が提案されている（特許文献６）。しかし、この方法ではリチウム等の融点の低い材料を用いた固体ターゲットの使用は殆ど困難であった。これに対して、前記説明のように、ベリリウム材料、リチウム材料、及び炭素系材料の複合に成る本発明複合型ターゲットは、炭素系材料による速やかな熱伝導及び熱拡散が可能であるので、陽子の出力を従来の出力値よりも大きくすることが可能であり、例えば１００ｋＷ程度の出力の陽子でも使用可能である。本発明複合型ターゲットは、上記のようなターゲットの熱問題を解決するために非常に有効である。In the neutron generation method by the collision between the proton and the target, it is very important how to efficiently exhaust the heat generated in the target. Normally, the maximum value of the heat load per unit surface area of the target is regarded as the proton output divided by the surface area of the target, so the heat removal capacity from the target surface must be designed to be greater than the heat load of the target. . For example, it is estimated that the output of protons necessary for generating medical neutrons such as BNCT is at least about 30 kW. Therefore, if the surface area of the target is 30 cm 2 , for example, the thermal load is 10 MWm −2 . Also become. The higher the output, the higher the output of the proton, the more the neutron generation dose.Therefore, there is no reason to set it as high as possible, but since one type of target material was used in the past, For example, when irradiating a target material with a surface area of 30 cm 2 with a proton beam with an output of 30 kW, it is difficult to directly cool the surface of the target material by water cooling. A cooling method is proposed (Patent Document 6). However, in this method, it is almost difficult to use a solid target using a material having a low melting point such as lithium. In contrast, as described above, the composite target of the present invention, which is a composite of a beryllium material, a lithium material, and a carbon-based material, is capable of rapid thermal conduction and thermal diffusion by the carbon-based material. Can be made larger than the conventional output value. For example, protons with an output of about 100 kW can be used. The composite target of the present invention is very effective for solving the thermal problem of the target as described above.

本発明複合型ターゲットを用いて発生させることができる中性子は、熱中性子乃至熱外中性子を多く含む低エネルギー中性子である。低エネルギー中性子とは、有害且つ放射化能の高い高速中性子が低減された中性子のことである。高速中性子は、熱中性子又は熱外中性子に比べてエネルギーが二桁以上高いので生物学的に有害であり且つ放射化能が極めて高い。中性子の種類には、高速中性子（速中性子ともいう）、熱外中性子、熱中性子、及び冷中性子があるが、これらの中性子は、エネルギー的に明確に区分されているものではなく、炉物理、遮へい、線量計測、分析、医療などの分野によってエネルギー区分が異なる。例えば、原子力防災基礎用語によれば、「速中性子とは、中性子のうち、大きな運動量をもつものを速中性子（高速中性子）とよび、炉物理、遮へい、線量計測などの分野によってこの値は異なるが、０.５ＭｅＶ以上を速中性子というのが一般的である」と記述されている。また、医療分野では、熱外中性子とは、１ｅＶ〜１０ｋｅＶの範囲の中性子というのが一般的であり、熱中性子とは、０.５ｅＶ以下の中性子というのが一般的である。本発明でいう低エネルギー中性子とは、０.５ＭｅＶ以上の高速中性子が低減された中性子のことをいう。本発明で用いる加速エネルギーが２ＭｅＶ以上４ＭｅＶ以下の陽子を本発明複合型ターゲットに照射すると、平均エネルギーが０.３ＭｅＶ程度の中性子を発生することができる。また、本発明で用いる加速エネルギーが４ＭｅＶ以上８ＭｅＶ以下の陽子を本発明複合型ターゲットに照射すると、０.５ＭｅＶ以上の高速中性子の発生量を、従来のベリリウムだけのターゲットに比べて少なくとも３０％程度低減可能である。   Neutrons that can be generated using the composite target of the present invention are low-energy neutrons containing a large amount of thermal neutrons or epithermal neutrons. Low-energy neutrons are neutrons that have reduced harmful and high activation fast neutrons. Fast neutrons are biologically harmful and have a very high activation capacity because their energy is two orders of magnitude higher than thermal neutrons or epithermal neutrons. Types of neutrons include fast neutrons (also called fast neutrons), epithermal neutrons, thermal neutrons, and cold neutrons, but these neutrons are not clearly separated in terms of energy, Energy categories vary depending on areas such as shielding, dosimetry, analysis, and medical care. For example, according to the basic term of nuclear disaster prevention, “Fast neutrons are those that have a large momentum among fast neutrons (fast neutrons), and this value varies depending on fields such as reactor physics, shielding, and dosimetry. However, it is common for a fast neutron to be 0.5 MeV or more. " In the medical field, epithermal neutrons are generally neutrons in the range of 1 eV to 10 keV, and thermal neutrons are generally neutrons of 0.5 eV or less. The low energy neutron in the present invention means a neutron in which fast neutrons of 0.5 MeV or more are reduced. When the present invention composite target is irradiated with protons having acceleration energy of 2 MeV or more and 4 MeV or less used in the present invention, neutrons having an average energy of about 0.3 MeV can be generated. Further, when the present invention composite type target is irradiated with protons having acceleration energy of 4 MeV or more and 8 MeV or less used in the present invention, the generation amount of fast neutrons of 0.5 MeV or more is at least about 30% as compared with the conventional beryllium only target. It can be reduced.

本発明複合型ターゲットを用い、これに２ＭｅＶ以上１１ＭｅＶ未満の陽子を真空下で衝突させることによって中性子を発生させることが可能である。真空下で陽子を複合型ターゲットに衝突させるのは、照射陽子の強度低下の防止や大気汚染防止のためである。したがって高真空であることに越しこしたことはないのであるが、通常、真空度は、１０-4パスカル〜１０-8パスカルの範囲である。また、照射陽子の加速エネルギーを２ＭｅＶ以上１１ＭｅＶ未満とするのは、高速中性子が低減された低エネルギー中性子を発生させるためである。上記陽子の加速エネルギーは、本発明複合型ターゲットを構成しているターゲット材料の種類によって適宜設定する必要がある。ベリリウム材料を多く含む複合型ターゲットを用いる場合の照射陽子の加速エネルギーは、好ましくは４ＭｅＶ以上１１ＭｅＶ以下であり、さらに好ましくは６ＭｅＶ以上８ＭｅＶ以下である。それは、9Be(ｐ,ｎ)反応の閾値が約４ＭｅＶであるので、陽子の加速エネルギーが４ＭｅＶ未満であると中性子の発生効率が著しく低下するので、本発明において使用する陽子の加速エネルギーは４ＭｅＶ以上であることが好ましいからである。また、陽子の加速エネルギーが１１ＭｅＶを超えるとターゲット等の部材の放射化が著しくなるだけでなく高速中性子の発生が多くなるので、陽子の加速エネルギーは１１ＭｅＶ以下であることが好ましい。有害且つ放射化能の高い高速中性子が低減された低エネルギー中性子を発生させるためにより好ましい陽子は、６ＭｅＶ以上８ＭｅＶ以下である。また、リチウム材料を多く含む複合型ターゲットを用いる場合の照射陽子の加速エネルギーは、好ましくは２ＭｅＶ以上４ＭｅＶ以下である。それは、6Li(ｐ,ｎ)又は7Li(ｐ,ｎ)反応の閾値が約２ＭｅＶであるために陽子の加速エネルギーが２ＭｅＶ未満であると中性子の発生効率が著しく低下するので、本発明において使用する陽子の加速エネルギーは２ＭｅＶ以上であることが好ましいからである。また、陽子の加速エネルギーが４ＭｅＶを超えるとターゲット等の部材の放射化が著しくなるだけでなく高速中性子やトリチウム等の放射性核反応物質の発生が多くなるので、陽子の加速エネルギーは４ＭｅＶ以下であることが好ましいからである。有害且つ放射化能の高い高速中性子や放射性核反応物質が低減された低エネルギー中性子を発生させるためにより好ましい陽子は、２ＭｅＶ以上４ＭｅＶ以下である。It is possible to generate neutrons by using the composite target of the present invention and causing a proton of 2 MeV or more and less than 11 MeV to collide with the target in a vacuum. The reason why the protons collide with the composite target under vacuum is to prevent a decrease in the intensity of the irradiated protons and air pollution. Therefore, although it has never passed over to a high vacuum, the degree of vacuum is usually in the range of 10 −4 Pascal to 10 −8 Pascal. The reason why the acceleration energy of irradiated protons is 2 MeV or more and less than 11 MeV is to generate low energy neutrons with reduced fast neutrons. The acceleration energy of the proton needs to be set as appropriate depending on the type of target material constituting the composite target of the present invention. The acceleration energy of irradiation protons when using a composite target containing a large amount of beryllium material is preferably 4 MeV or more and 11 MeV or less, and more preferably 6 MeV or more and 8 MeV or less. That is, since the threshold value of the 9 Be (p, n) reaction is about 4 MeV, if the acceleration energy of protons is less than 4 MeV, the generation efficiency of neutrons is remarkably lowered. Therefore, the acceleration energy of protons used in the present invention is 4 MeV. This is because the above is preferable. In addition, when the acceleration energy of protons exceeds 11 MeV, not only the activation of the member such as the target becomes remarkable but also the generation of fast neutrons increases. Therefore, the acceleration energy of protons is preferably 11 MeV or less. More preferable protons are 6 MeV or more and 8 MeV or less in order to generate low energy neutrons with reduced harmful and high activation fast neutrons. Further, the acceleration energy of irradiation protons when using a composite target containing a large amount of lithium material is preferably 2 MeV or more and 4 MeV or less. In the present invention, since the 6 Li (p, n) or 7 Li (p, n) reaction threshold is about 2 MeV, and the proton acceleration energy is less than 2 MeV, the generation efficiency of neutrons is significantly reduced. This is because the acceleration energy of the proton used is preferably 2 MeV or more. In addition, when the acceleration energy of the proton exceeds 4 MeV, not only the activation of the member such as the target becomes remarkable, but also the generation of radioactive nuclear reactants such as fast neutrons and tritium increases, so the acceleration energy of the proton is 4 MeV or less. This is because it is preferable. More preferable protons are 2 MeV or more and 4 MeV or less in order to generate harmful and high activation fast neutrons or low energy neutrons with reduced radioactive nuclear reactants.

本発明複合型ターゲットと、陽子発生のための水素イオン発生部と、水素イオン発生部で発生する陽子を加速するための加速器と、加速器によって加速された陽子をターゲットに照射するための陽子照射部とを備えた中性子発生装置によって中性子を発生することが可能である。前記水素イオン発生部は、水素イオンを発生させるための水素イオン発生器を設けている。水素イオン発生器は、特に限定するものではなく、従来の水素イオン発生器を用いることができる。発生水素イオンは、陽子を加速するための加速器に送られる。前記加速器として線形加速器を設け、前記ターゲットとして本発明複合型ターゲットを用い、複合型ターゲットを前記陽子照射部に配置した中性子発生装置とすることができる。前記加速器として線形加速器を用いる理由は、ＢＮＣＴ等の中性子治療のためには、熱中性子乃至熱外中性子の発生量を多くするほうがよいので、そのためには、陽子の加速エネルギーを低くする一方、大電流の陽子を発生させることができる線形加速器が非常に適しているからである。従来は、加速器としてシンクロトンやサイクロトロンのような大型の加速器を用いていたために陽子の加速エネルギーを非常に高く設定する一方、陽子の電流は低く設定していたのであるが、この種の加速器では高速中性子の発生が多くなる一方、中性子線量が低くなるので、好ましくなかった。   The composite target of the present invention, a hydrogen ion generation unit for generating protons, an accelerator for accelerating protons generated in the hydrogen ion generation unit, and a proton irradiation unit for irradiating the target with protons accelerated by the accelerator It is possible to generate neutrons with a neutron generator equipped with The hydrogen ion generator is provided with a hydrogen ion generator for generating hydrogen ions. The hydrogen ion generator is not particularly limited, and a conventional hydrogen ion generator can be used. The generated hydrogen ions are sent to an accelerator for accelerating protons. A linear accelerator may be provided as the accelerator, the composite target of the present invention may be used as the target, and the composite target may be provided in the proton irradiation unit. The reason for using a linear accelerator as the accelerator is that for neutron therapy such as BNCT, it is better to increase the generation amount of thermal neutrons or epithermal neutrons. This is because a linear accelerator that can generate protons of current is very suitable. In the past, a large accelerator such as a synchroton or cyclotron was used as the accelerator, so the proton acceleration energy was set very high, while the proton current was set low. While the generation of fast neutrons increased, the neutron dose decreased, which was not preferable.

前記線形加速器は、直線加速器であれば、特に限定するものではなく、従来の直線加速器を用いることができる。このような直線加速器として、例えば、高周波四重極線形加速器（ＲＦＱライナック）、静電直線加速器、常伝導直線加速器、超伝導直線加速器、ＤＴＬ（Drift Tube Linac）等を挙げることができる。ＲＦＱライナックは、静電加速器に比べて小型の装置で大電流の陽子を発生することができるだけでなく、ガンマ線、X線等の放射線の発生が非常に少ないので、静電直線加速器よりも好ましい。また、ＲＦＱライナックの後ろにＤＴＬを連結することによって、電磁石で陽子の集束を行いながら低−中エネルギー領域の陽子をさらに加速することができる。前記線形加速器として、陽子を２ＭｅＶ以上１１ＭｅＶ未満の範囲に加速することができる線形加速器は、比較的小型の直線加速器によって有害且つ放射化能の高い高速中性子が低減された低エネルギーの中性子を発生させるために非常に有効である。前記陽子照射部は、加速器によって加速された陽子をターゲットに照射するためであり、中性子を発生させるためのターゲットと、通常、陽子の集束・拡散・走査や陽子エネルギーの分級等を行うための陽子ビームの調整手段が設けられている。該陽子照射部は、特に限定するものではなく、従来の四重極電磁石又は偏向電磁石を備える陽子照射部を用いることができる。   The linear accelerator is not particularly limited as long as it is a linear accelerator, and a conventional linear accelerator can be used. Examples of such a linear accelerator include a high-frequency quadrupole linear accelerator (RFQ linac), an electrostatic linear accelerator, a normal conducting linear accelerator, a superconducting linear accelerator, and a DTL (Drift Tube Linac). The RFQ linac is preferable to the electrostatic linear accelerator because it not only can generate protons with a large current in a small device compared to the electrostatic accelerator, but also generates very little radiation such as gamma rays and X-rays. Further, by connecting the DTL behind the RFQ linac, the protons in the low-medium energy region can be further accelerated while the protons are focused by the electromagnet. As the linear accelerator, a linear accelerator capable of accelerating protons in a range of 2 MeV or more and less than 11 MeV generates low energy neutrons in which fast neutrons that are harmful and have high activation ability are reduced by a relatively small linear accelerator. Is very effective for. The proton irradiator is for irradiating the target with protons accelerated by an accelerator, and a target for generating neutrons, and usually protons for focusing, diffusing, scanning, and classifying proton energy. Beam adjusting means are provided. The proton irradiation unit is not particularly limited, and a proton irradiation unit including a conventional quadrupole electromagnet or deflection electromagnet can be used.

また、本発明複合型ターゲットに衝突させる陽子の発生源として従来のシンクロトロンやサイクロトロンに比べると飛躍的に小型の加速器である線形加速器を用いることが可能であるので、本発明複合型ターゲットを小規模の医療機関に設置可能な小型線形加速器に設けることによってＢＮＣＴ等の医療用中性子を発生することが可能である。   In addition, a linear accelerator, which is a significantly smaller accelerator than a conventional synchrotron or cyclotron, can be used as a generation source of protons that collide with the composite target of the present invention. It is possible to generate medical neutrons such as BNCT by being provided in a small linear accelerator that can be installed in a medical institution of scale.

以下に図面を参照しつつ本発明の一側面を実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）として詳細に説明する。   Hereinafter, an aspect of the present invention will be described in detail as an embodiment (hereinafter also referred to as “this embodiment”) with reference to the drawings.

図１に示す本実施形態に係る複合型ターゲット１０は、ターゲット部分３が［ベリリウム材料４−炭素系材料６−リチウム材料５−炭素系材料６］の構成を有し、これに真空シール７と冷媒流路８を有する冷却機構９を付帯している複合型ターゲット１０である。このタイプの複合型ターゲットは、例えば、以下のようにして作成することが可能である。すなわち、ターゲット部分３は、［ベリリウム材料４と炭素系材料６の複合体１］と［リチウム材料５と炭素系材料６の複合体２］を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中、材料の融点以下の温度下、１０4キロパスカル〜１０6キロパスカルの圧力下で圧着することによって作製することができる。また、ターゲット部分３は、例えば、ベリリウム材料４、炭素系材料６、リチウム材料５、及び炭素系材料６をこの順番に重ね合わせ、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中、材料の融点以下の温度下、１０4キロパスカル〜１０6キロパスカルの圧力下で圧着することによって作製することもできる。In the composite target 10 according to the present embodiment shown in FIG. 1, the target portion 3 has a configuration of [beryllium material 4-carbon material 6-lithium material 5-carbon material 6], and a vacuum seal 7 and The composite target 10 is accompanied by a cooling mechanism 9 having a refrigerant flow path 8. This type of composite target can be created, for example, as follows. That is, the target portion 3 is formed by combining [complex 1 of beryllium material 4 and carbon-based material 6] and [composite 2 of lithium material 5 and carbon-based material 6] in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas. It can produce by crimping | bonding under the following temperature under the pressure of 10 < 4 > kilopascals-10 < 6 > kilopascals. In addition, the target portion 3 includes, for example, a beryllium material 4, a carbon-based material 6, a lithium material 5, and a carbon-based material 6 that are stacked in this order, and in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, a temperature that is equal to or lower than the melting point of the material. It can also be produced by pressing under pressure of 10 4 kilopascals to 10 6 kilopascals.

図１において、［ベリリウム材料４と炭素系材料６の複合体１］は、［ベリリウム材料４と炭素系材料６の張り合わせ体］とすることができる。同様にして、［リチウム材料５と炭素系材料６の複合体２］は、［リチウム材料５と炭素系材料６の張り合わせ体］とすることができる。ベリリウム材料４としては、例えば厚さ０.１ｍｍ〜０.５ｍｍのベリリウムフィルムを用い、リチウム材料５としては、例えば厚さ０.０５ｍｍ〜０.５ｍｍのリチウムフィルムを用い、炭素系材料６としては、例えば直径１６５ｍｍ×厚さ３０ｍｍの等方性黒鉛材料またはＨＯＰＧの板状体を用い、これらを圧着することによって作製することができる。真空シール７は、複合型ターゲットの表面に例えば厚さ０.１ｍｍのアルミニウム箔を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中、材料の融点以下の温度下、１０4キロパスカル〜１０6キロパスカルの圧力下で圧着することによって施すことができる。次に、冷媒流路８を有する冷却機構９として例えば円筒型の水冷ジャケットを複合型ターゲットの側部にろう付けすることによって冷却機構が一体化した複合型ターゲット１０を作製する。ベリリウム材料としては、ベリリウム、酸化ベリリウム、ベリリウムガラス、ベリリウムガラスセラミック等が好ましく、リチウム材料としては、リチウム、酸化リチウム、リチウムガラス、リチウムガラスセラミック等が好ましく、炭素系材料としては、等方性黒鉛材料(isotropic graphite materials)、単結晶黒鉛、ＨＯＰＧ、カーボンファイバー、単結晶ダイヤモンド、エピタキシャルダイヤモンド、炭化ケイ素等が好ましい。In FIG. 1, [composite 1 of beryllium material 4 and carbon-based material 6] can be [bonded body of beryllium material 4 and carbon-based material 6]. Similarly, the [composite 2 of the lithium material 5 and the carbonaceous material 6] can be a [bonded body of the lithium material 5 and the carbonaceous material 6]. As the beryllium material 4, for example, a beryllium film having a thickness of 0.1 mm to 0.5 mm is used, and as the lithium material 5, for example, a lithium film having a thickness of 0.05 mm to 0.5 mm is used. For example, an isotropic graphite material having a diameter of 165 mm × thickness of 30 mm or a HOPG plate-like body can be used and bonded by pressure bonding. The vacuum seal 7 has a pressure of 10 4 kilopascals to 10 6 kilopascals at a temperature below the melting point of the material in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas on an aluminum foil having a thickness of, for example, 0.1 mm on the surface of the composite target. Can be applied by crimping underneath. Next, as the cooling mechanism 9 having the refrigerant flow path 8, for example, a cylindrical water cooling jacket is brazed to the side portion of the composite target to produce a composite target 10 in which the cooling mechanism is integrated. The beryllium material is preferably beryllium, beryllium oxide, beryllium glass, beryllium glass ceramic, etc., the lithium material is preferably lithium, lithium oxide, lithium glass, lithium glass ceramic, etc., and the carbon-based material is isotropic graphite. Preferred are isotropic graphite materials, single crystal graphite, HOPG, carbon fiber, single crystal diamond, epitaxial diamond, silicon carbide, and the like.

図２に示す本実施形態に係る複合型ターゲット１２は、ターゲット部分が、ベリリウム材料、リチウム材料、及び炭素系材料の混合物の一体成型体１１からなる複合型ターゲットであり、該一体成型体１１に真空シール７が施されていると共に冷媒流路８を有する冷却機構９を付帯している複合型ターゲットである。このタイプの複合型ターゲットは、例えば、以下のようにして作成することが可能である。すなわち、ベリリウム材料、リチウム材料、及び炭素系材料の混合物を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中、材料の融点以下の温度下、１０4キロパスカル〜１０6キロパスカルの圧力下で一体成型することによって作製することができる。例えば、粉末状のベリリウム（例えば平均粒径１０ミクロン）、粉末状のリチウム（例えば平均粒径１０ミクロン）、及び粉末状のカーボンナノチューブ（例えば平均粒径１０ミクロン）の混合物（例えば各材料の質量比１：１：１００）を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中、材料の融点以下の温度下、１０4キロパスカル〜１０6キロパスカルの圧力下で一体成型することによって作製することができる。この成形によってベリリウム成分とリチウム成分の比表面積を約１００倍大きくすることが可能である。次に、真空シール７及び冷却機構９を図１の複合型ターゲットと同様な方法で上記一体成形体に設けることによって、冷却機構が一体化した複合型ターゲット１２を作製することができる。このタイプの複合型ターゲットは、ベリリウム材料、リチウム材料、及び炭素系材料の粒子を小さくするほど材料の比表面積が増大するので図１の複合型ターゲット１０よりもさらにターゲット内の熱伝導面積を増大できるという効果がある。The composite target 12 according to the present embodiment shown in FIG. 2 is a composite target in which the target portion is composed of an integrally molded body 11 of a mixture of a beryllium material, a lithium material, and a carbon-based material. The composite target is provided with a vacuum mechanism 7 and a cooling mechanism 9 having a refrigerant flow path 8. This type of composite target can be created, for example, as follows. That is, a mixture of a beryllium material, a lithium material, and a carbon-based material is integrally molded in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas at a temperature below the melting point of the material and a pressure of 10 4 kilopascals to 10 6 kilopascals. Can be produced. For example, a mixture of powdered beryllium (eg, average particle size 10 microns), powdered lithium (eg, average particle size 10 microns), and powdered carbon nanotubes (eg, average particle size 10 microns) (eg, the mass of each material) Ratio 1: 1: 100) in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas at a temperature equal to or lower than the melting point of the material under a pressure of 10 4 kilopascals to 10 6 kilopascals. This molding can increase the specific surface area of the beryllium component and the lithium component by about 100 times. Next, by providing the vacuum seal 7 and the cooling mechanism 9 on the integrally molded body in the same manner as the composite target shown in FIG. 1, the composite target 12 integrated with the cooling mechanism can be manufactured. In this type of composite target, the specific surface area of the material increases as the particles of beryllium material, lithium material, and carbon-based material become smaller, so the heat conduction area in the target is further increased than the composite target 10 of FIG. There is an effect that can be done.

図３に示す本実施形態に係る複合型ターゲット１３は、ターゲット部分３が図１の複合型ターゲット１０のターゲット部分と同じ構成を有し、このターゲット部分３に真空シール７と冷媒流路８を有する冷却機構９を付帯している複合型ターゲットであるが、ターゲット部分３の内部に独立の冷媒流路８が設けられている複合型ターゲットである。このタイプの複合型ターゲットは、例えば、以下のようにして作成することが可能である。すなわち、ターゲット部分３は、図１の複合型ターゲット１０の場合と同様の方法により作製する。ターゲット部分３の内部の独立の冷媒流路８は、例えば、使用する炭素系材料の側面に予め冷媒流路を切削することによって施すことができる。次に、真空シール７及び冷却機構９は、図１の複合型ターゲット１０の場合と同様の方法でターゲット部分３に設けることによって冷却機構が一体化した複合型ターゲットを作製することができる。このタイプの複合型ターゲットは、複合型ターゲットの側部に設けた冷却機構に加えて複合型ターゲットの内部にも独立の冷媒流路を有するので、図１及び図２の複合型ターゲットの冷却機構よりも更に冷却能力を向上させることが可能である。   A composite target 13 according to this embodiment shown in FIG. 3 has a target portion 3 having the same configuration as the target portion of the composite target 10 in FIG. 1, and a vacuum seal 7 and a refrigerant flow path 8 are provided in the target portion 3. The composite target is provided with a cooling mechanism 9 having a cooling mechanism 9, but is a composite target in which an independent refrigerant flow path 8 is provided inside the target portion 3. This type of composite target can be created, for example, as follows. That is, the target portion 3 is produced by the same method as that for the composite target 10 of FIG. The independent refrigerant flow path 8 inside the target portion 3 can be applied, for example, by cutting the refrigerant flow path in advance on the side surface of the carbon-based material to be used. Next, the vacuum seal 7 and the cooling mechanism 9 are provided on the target portion 3 in the same manner as in the case of the composite target 10 of FIG. Since this type of composite target has an independent coolant channel in the composite target in addition to the cooling mechanism provided on the side of the composite target, the composite target cooling mechanism of FIGS. 1 and 2 is used. It is possible to further improve the cooling capacity.

図４に示す本実施形態に係る複合型ターゲット１４は、ターゲット部分３が図１の複合型ターゲット１０のターゲット部分と同じ構成を有し、このターゲット部分３に真空シール７と冷媒流路８を有する冷却機構９を付帯している複合型ターゲットであるが、ターゲット部分３の内部に設けた冷媒流路８が冷却機構９の冷媒流路８に連結されている複合型ターゲットである。このタイプの複合型ターゲットは、例えば、以下のようにして作成することが可能である。すなわち、ターゲット部分３は、図１の複合型ターゲット１０の場合と同様の方法により作製する。ターゲット部分３の内部の冷媒流路８は、使用する炭素系材料の内部に予め冷却機構９に連結する冷媒流路を切削することによって施すことができる。次に、真空シール７及び冷却機構９は、図１の複合型ターゲット１０の場合と同様の方法でターゲット部分３に設けることによって冷却機構が一体化した複合型ターゲットを作製することができる。このタイプの複合型ターゲットは、複合型ターゲットの側部に設けた冷却機構９に加えて複合型ターゲットの内部にも冷却機構９と連結している冷媒流路を有するので、ターゲット内部を水冷することが可能である。したがって、図３の複合型ターゲットの冷却機構よりもさらに冷却能力を向上させることが可能である。   A composite target 14 according to the present embodiment shown in FIG. 4 has a target portion 3 having the same configuration as the target portion of the composite target 10 of FIG. 1, and a vacuum seal 7 and a refrigerant flow path 8 are provided in the target portion 3. This is a composite target that includes a cooling mechanism 9 having a cooling mechanism 9, and is a composite target in which a coolant channel 8 provided inside the target portion 3 is connected to the coolant channel 8 of the cooling mechanism 9. This type of composite target can be created, for example, as follows. That is, the target portion 3 is produced by the same method as that for the composite target 10 of FIG. The refrigerant flow path 8 inside the target portion 3 can be applied by cutting a refrigerant flow path connected to the cooling mechanism 9 in advance in the carbon-based material to be used. Next, the vacuum seal 7 and the cooling mechanism 9 are provided on the target portion 3 in the same manner as in the case of the composite target 10 of FIG. This type of composite target has a coolant channel connected to the cooling mechanism 9 inside the composite target in addition to the cooling mechanism 9 provided on the side of the composite target, so that the inside of the target is cooled with water. It is possible. Therefore, it is possible to further improve the cooling capacity as compared with the cooling mechanism of the composite type target shown in FIG.

図５に示す実施の形態に係る複合型ターゲット１５は、ターゲット部分１６が、図１と同様に［ベリリウム材料４−炭素系材料６−リチウム材料５−炭素系材料６］の構成を有するが、［ベリリウム材料４−炭素系材料６の複合体１］及び［リチウム材料５−炭素系材料６の複合体２］の部分がそれぞれ複数個の複合体で構成されている構造を有し、このターゲット部分１６に真空シール７と冷媒流路８を有する冷却機構９を付帯している複合型ターゲットである。そして、図４のターゲット部分３と同様に、ターゲット部分１６の内部にも冷媒流路８が設けられており、この冷媒流路と冷却機構９の冷媒流路８とが連結されている複合型ターゲットである。   In the composite target 15 according to the embodiment shown in FIG. 5, the target portion 16 has a configuration of [beryllium material 4-carbon material 6-lithium material 5-carbon material 6] as in FIG. Each of the parts [composite 1 of beryllium material 4 -carbon-based material 6] and [composite 2 of lithium material 5-carbon-based material 6] has a structure composed of a plurality of composites. This is a composite target in which a cooling mechanism 9 having a vacuum seal 7 and a refrigerant flow path 8 is attached to a portion 16. 4, similarly to the target portion 3 in FIG. 4, the refrigerant flow path 8 is also provided inside the target portion 16, and this refrigerant flow path is connected to the refrigerant flow path 8 of the cooling mechanism 9. Is the target.

図５のタイプの複合型ターゲットは、例えば、以下のようにして作成することが可能である。すなわち、ターゲット部分１６は、図１の複合型ターゲット１０の場合と同様の方法により複数個の［ベリリウム材料４と炭素系材料６の複合体１］と複数個の［リチウム材料５と炭素系材料６の複合体２］を重ね合わせ、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中、材料の融点以下の温度下、１０4キロパスカル〜１０6キロパスカルの圧力下で圧着することによって作製することができる。ターゲット部分１６の内部の冷媒流路８は、図４の複合型ターゲット１４の場合と同様の方法により、使用する炭素系材料の内部に予め冷媒流路を切削することによって施すことができる。次に、真空シール７及び冷却機構９を図１の複合型ターゲット１０の場合と同様の方法でターゲット部分１６に設けることによって冷却機構が一体化した複合型ターゲット１５を作製することができる。このタイプの複合型ターゲットは、ターゲット材料の積層枚数に比例してターゲット材料の伝熱面積を大きくすることができるので図１〜３の複合型ターゲットよりも迅速に発生熱を冷却機構に伝達することが可能である。また、図４の複合型ターゲットと同様に複合型ターゲットの内部にも冷却機構９と連結している冷媒流路を有するので、ターゲット内部を水冷することが可能である。したがって、図４の複合型ターゲットの冷却機構よりもさらに冷却速度を向上させることが可能である。The composite target of the type shown in FIG. 5 can be created as follows, for example. That is, the target portion 16 is formed by a plurality of [composite 1 of beryllium material 4 and carbon-based material 6] and a plurality of [lithium material 5 and carbon-based material] in the same manner as in the case of the composite target 10 of FIG. 6 composite 2] can be superposed and pressure-bonded in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas at a temperature below the melting point of the material under a pressure of 10 4 kilopascals to 10 6 kilopascals. . The refrigerant flow path 8 inside the target portion 16 can be applied by cutting the refrigerant flow path in advance inside the carbon-based material to be used by the same method as in the case of the composite target 14 of FIG. Next, by providing the vacuum seal 7 and the cooling mechanism 9 on the target portion 16 in the same manner as in the case of the composite target 10 of FIG. 1, the composite target 15 with the integrated cooling mechanism can be manufactured. In this type of composite target, the heat transfer area of the target material can be increased in proportion to the number of target materials stacked, so the generated heat is transferred to the cooling mechanism more quickly than the composite target of FIGS. It is possible. Further, similarly to the composite target of FIG. 4, the composite target has a coolant channel connected to the cooling mechanism 9 inside, so that the inside of the target can be cooled with water. Therefore, it is possible to further improve the cooling rate as compared with the cooling mechanism of the composite type target in FIG.

図６は、本発明複合型ターゲットを用いる中性子発生方法を説明する概略図である。本発明複合型ターゲット１４に所定の加速エネルギー（２ＭｅＶ以上１１ＭｅＶ未満）を有する陽子３０を真空下で衝突させることによって低エネルギーの中性子３１を発生させる中性子発生方法である。   FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a neutron generation method using the composite target of the present invention. The present invention relates to a neutron generation method in which a low energy neutron 31 is generated by causing a proton 30 having a predetermined acceleration energy (2 MeV or more and less than 11 MeV) to collide with the composite target 14 of the present invention under vacuum.

図７は、本発明複合型ターゲットを用いる中性子発生装置を説明する概略図である。該中性子発生装置は、水素イオン発生部１７、線形加速器１８、陽子照射部１９、及び複合型ターゲット２０を備えた陽子照射部１９がフランジ２１を介して連結している中性子発生装置である。水素イオン発生部１７には水素イオン発生器が設けられており、発生水素イオン２２は、線形加速器１８に導入され、加速され加速陽子２３になる。加速陽子２３は、所定のエネルギーまで加速され、陽子照射部１９に導入され、照射陽子２４になり、複合型ターゲット２０に衝突させて、低エネルギーの中性子２５を発生させる。上記線形加速器１８は、２Ｍｅ以上１１Ｍｅ未満の陽子を発生することができる直線加速器であれば特に限定するものではない。また、陽子照射部１９には、通常、四重極電磁石又は偏向電磁石が設けられる。   FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a neutron generator using the composite target of the present invention. The neutron generator is a neutron generator in which a proton irradiation unit 19 including a hydrogen ion generation unit 17, a linear accelerator 18, a proton irradiation unit 19, and a composite target 20 are connected via a flange 21. The hydrogen ion generator 17 is provided with a hydrogen ion generator. The generated hydrogen ions 22 are introduced into the linear accelerator 18 and accelerated to become accelerated protons 23. The acceleration proton 23 is accelerated to a predetermined energy, introduced into the proton irradiation unit 19, becomes an irradiation proton 24, and collides with the composite target 20 to generate a low energy neutron 25. The linear accelerator 18 is not particularly limited as long as it is a linear accelerator capable of generating protons of 2 Me or more and less than 11 Me. The proton irradiation unit 19 is usually provided with a quadrupole electromagnet or a deflection electromagnet.

図８は、ベリリウム（又はリチウム）２６が金属材料製の支持体２７に付着しており、金属材料製の支持体に冷媒流路８を有する冷却機構９を設けている従来タイプのターゲットである。   FIG. 8 shows a conventional target in which beryllium (or lithium) 26 is attached to a support 27 made of a metal material, and a cooling mechanism 9 having a coolant channel 8 is provided on the support made of a metal material. .

次に、本発明複合型ターゲット及び従来タイプのターゲットに陽子を照射した場合のターゲット材料の溶融の有無及び放射化の有無は、下記の熱計算及び放射化の理論計算によって予想することが可能である。前提条件として、本発明複合型ターゲット及び従来タイプのターゲットに１０-6パスカルの真空下、出力３０ｋＷ−２ＭｅＶ〜８ＭｅＶの加速陽子を照射するものとした。ターゲットの冷却は、ターゲットが付帯する水冷ジャケットに約５℃の水を毎秒２ｍの流速で毎分２０リットル導入して行うものとした。これは、冷却能力に換算すると約１００ｋＷに相当する。Next, the presence or absence of melting and activation of the target material when proton irradiation is applied to the composite target of the present invention and the conventional type target can be predicted by the following thermal calculation and theoretical calculation of activation. is there. As a precondition, the composite type target of the present invention and the conventional type target were irradiated with accelerated protons having an output of 30 kW-2 MeV to 8 MeV under a vacuum of 10 −6 Pascal. The target was cooled by introducing 20 liters of water at a flow rate of 2 m / s into a water cooling jacket attached to the target at a flow rate of 2 m / s. This corresponds to about 100 kW in terms of cooling capacity.

［熱計算によるターゲット材料の溶融の有無の予想］
熱計算によってターゲットで発生する熱によるベリリウム材料（又はリチウム材料）の溶融の有無を予想する。ターゲットで発生する熱と熱伝導材料によって逸散される熱の熱収支バランスは、数１によって与えられる。[Prediction of target material melting by thermal calculation]
Presence or absence of melting of the beryllium material (or lithium material) due to heat generated in the target by thermal calculation is predicted. The heat balance of the heat generated by the target and the heat dissipated by the heat conducting material is given by equation (1).

Figure 0006218174
数１において、左項はターゲットで発生する単位時間当たりの発熱量であり、右項はターゲットに接する熱伝導材料を通して逸散される熱量である。κは熱伝導材料の熱伝導率（Ｗｍ-1Ｋ-1）であり、Ｓはターゲットの伝熱面積（ｍ2）であり、αは熱伝導材料の温度勾配（Ｋｍ-1）である。数１からαは、数２によって与えられる。
Figure 0006218174
 In Equation 1, the left term is the amount of heat generated per unit time generated by the target, and the right term is the amount of heat dissipated through the heat conducting material in contact with the target. κ is the thermal conductivity (Wm −1 K −1 ) of the heat conductive material, S is the heat transfer area (m 2 ) of the target, and α is the temperature gradient (Km −1 ) of the heat conductive material. Equations 1 to α are given by Equation 2.

Figure 0006218174
数２において、Ｑの値は、陽子の出力に等しいとする。また、κの値は、個々の熱伝導材料についての値を代入する。今、陽子の出力が３０ｋＷ、Ｓが１ｍ2とすると、αの値は、熱伝導材料が金属銅（κ＝４００Ｗｍ-1Ｋ-1 ）の場合には７５Ｋｍ-1、等方性黒鉛材料（κ＝７５０Ｗｍ-1Ｋ-1 ）の場合には４０Ｋｍ-1、単結晶黒鉛材料又はＨＯＰＧ（κ＝１５００Ｗｍ-1Ｋ-1）の場合には２０Ｋｍ-1、単結晶ダイヤモンド又はエピタキシャルダイヤモンド（κ＝２３００Ｗｍ-1Ｋ-1）の場合には１３Ｋｍ-1となる。従来タイプのターゲットはベリリウム（又はリチウム）を金属板に張り付けたものであるので、ターゲットの伝熱面積を大きくすることに限界があり、伝熱面積は、精々２００ｃｍ2程度である。したがって従来タイプのターゲットの場合のαの値は、３７５０Ｋｍ-1（又は３７.５Ｋｃｍ-1）となる。この数値は、熱源の中心（又はターゲットの中心）から１ｃｍほど離れた熱伝導材料中の位置での温度差であるので、例えば、直径１６５ｍｍの円盤形状のターゲット（伝熱面積：約２００ｃｍ2）の側面に冷却機構を設ける場合には、熱源と冷却機構の冷媒との温度差（△Ｔ）が約３０９度になる。すなわち、中性子発生材料としてリチウムを用いた従来のターゲットの場合には、熱源の中心温度がリチウムの融点（約１８０℃）を遥かに超えるのでリチウムの溶融が起きることが予想される。また、中性子発生材料としてベリリウムを用いた従来のターゲットの場合でも２５分間冷却が止まるとベリリウムの融点（１２７８℃）を超えるのでベリリウムの溶融が起きることが予想される。一方、本発明複合型ターゲットのターゲット材料として上記等方性黒鉛材料、単結晶黒鉛材料、ＨＯＰＧ、単結晶ダイヤモンド、エピタキシャルダイヤモンドなどの高い熱伝導率を有する炭素系材料を用い、直径１６５ｍｍの円盤形状のターゲットの側面に冷却機構を設ける場合には、数２に各材料の熱伝導率を代入し、上記と同様な計算を行うと、等方性黒鉛材料の場合には△Ｔ＝１６５度、単結晶黒鉛材料又はＨＯＰＧの場合には△Ｔ＝８２.５度、単結晶ダイヤモンド又はエピタキシャルダイヤモンドの場合には△Ｔ＝５３.６度となる。したがって、ベリリウム（又はリチウム）の溶融は起こらないことが予想される。また、本発明は、ターゲットの伝熱面積Ｓ（ｍ-2）を従来のターゲットよりも数倍以上乃至１０００倍程度大きくすることが可能であるので、伝熱面積の大きさに反比例して温度勾配αを小さくし、熱源と冷却機構の冷媒との温度差△Ｔを小さくすることが可能である。また、こうすることによって従来のターゲットを用いる中性子発生方法では困難であった陽子の出力を飛躍的に大きくすることが可能である。
Figure 0006218174
 In Equation 2, it is assumed that the value of Q is equal to the output of the proton. Moreover, the value about each heat conductive material is substituted for the value of κ. Assuming that the proton output is 30 kW and S is 1 m 2 , the value of α is 75 Km −1 when the heat conducting material is metallic copper (κ = 400 Wm −1 K −1 ), isotropic graphite material ( in the case of κ = 750Wm -1 K -1) 40Km -1, 20Km -1 in the case of monocrystalline graphite material or HOPG (κ = 1500Wm -1 K -1 ), the single crystal diamond or epitaxial diamond (kappa = In the case of 2300 Wm −1 K −1 ), it becomes 13 Km −1 . Since the conventional type target has beryllium (or lithium) attached to a metal plate, there is a limit to increasing the heat transfer area of the target, and the heat transfer area is about 200 cm 2 at most. Therefore, the value of α in the case of the conventional type target is 3750 Km −1 (or 37.5 Kcm −1 ). Since this numerical value is a temperature difference at a position in the heat conductive material that is about 1 cm away from the center of the heat source (or the center of the target), for example, a disk-shaped target having a diameter of 165 mm (heat transfer area: about 200 cm 2 ) When the cooling mechanism is provided on the side surface, the temperature difference (ΔT) between the heat source and the refrigerant of the cooling mechanism is about 309 degrees. That is, in the case of a conventional target using lithium as a neutron generating material, the center temperature of the heat source far exceeds the melting point of lithium (about 180 ° C.), so that lithium melting is expected to occur. Even in the case of a conventional target using beryllium as a neutron generating material, melting of beryllium is expected to occur because cooling exceeds the melting point (1278 ° C.) of beryllium when cooling is stopped for 25 minutes. On the other hand, a carbon material having high thermal conductivity such as the above isotropic graphite material, single crystal graphite material, HOPG, single crystal diamond, epitaxial diamond or the like is used as a target material of the composite target of the present invention, and a disk shape having a diameter of 165 mm is used. When the cooling mechanism is provided on the side surface of the target, the thermal conductivity of each material is substituted into Equation 2 and the calculation similar to the above is performed. In the case of an isotropic graphite material, ΔT = 165 degrees, In the case of single crystal graphite material or HOPG, ΔT = 82.5 degrees, and in the case of single crystal diamond or epitaxial diamond, ΔT = 53.6 degrees. Therefore, no melting of beryllium (or lithium) is expected to occur. Further, in the present invention, since the heat transfer area S (m −2 ) of the target can be increased several times to 1000 times as compared with the conventional target, the temperature is inversely proportional to the size of the heat transfer area. It is possible to reduce the gradient α and reduce the temperature difference ΔT between the heat source and the refrigerant of the cooling mechanism. In addition, by doing this, it is possible to dramatically increase the proton output, which was difficult with the conventional neutron generation method using a target.

次に、ターゲット内部の温度の時間変化の様子は、数３の熱伝導方程式によって予想できる。便宜上、一次元の偏微分方程式を用いる。   Next, how the temperature inside the target changes with time can be predicted by the heat conduction equation of Equation 3. For convenience, a one-dimensional partial differential equation is used.

Figure 0006218174
数３における、Tは温度、ｔは時間、ｘは位置、ｃは熱拡散率である。数３を解くと、数４の一般解が得られる。
Figure 0006218174
 In Equation 3, T is temperature, t is time, x is position, and c is thermal diffusivity. Solving Equation 3 gives the general solution of Equation 4.

Figure 0006218174
数４は、熱の緩和過程が振動で表されることを意味する。数４に境界条件を入れると、ターゲットの温度が一様になるまでの緩和時間τが数５によって与えられる。
Figure 0006218174
 Equation 4 means that the thermal relaxation process is represented by vibration. When the boundary condition is put into Equation 4, the relaxation time τ until the target temperature becomes uniform is given by Equation 5.

Figure 0006218174
数５における、λは波長（又は温度の不均一の幅）である。λがターゲットの半径程度であるとすると、τの値は、熱伝導材料が金属銅（ｃ＝0.42ｍ2ｈ-1）である場合には１.５秒程度となるので、熱伝導材料が金属銅の場合には、スポット発熱が起きると熱平衡に達する前にターゲット材料が溶融する可能性がある。一方、本発明複合型ターゲットのターゲット材料として上記のような高熱伝導率の炭素系材料を用いる場合には、ミリセカント以内に熱平衡に達するので、スポット発熱が起きても溶融の可能性は少ないことが予想される。
Figure 0006218174
 In Equation 5, λ is a wavelength (or a non-uniform width of temperature). If λ is about the radius of the target, the value of τ is about 1.5 seconds when the heat conductive material is metallic copper (c = 0.42 m 2 h −1 ). In the case of metallic copper, if spot heating occurs, the target material may melt before reaching thermal equilibrium. On the other hand, when using a carbon-based material having a high thermal conductivity as described above as the target material of the composite target of the present invention, thermal equilibrium is reached within millisecond, so there is little possibility of melting even if spot heating occurs. is expected.

［理論計算によるターゲット材料の放射化の有無の予想］
ターゲット材料の放射化の有無を予想するための理論計算を行う。該理論計算は、中性子核反応の核反応断面積のデータであるJENDL-4.0（非特許文献４）と核反応のＱ値（核反応前後の静止質量エネルギーの差をＱ値という）を用いる計算手法（非特許文献５）に従って行う。計算結果の概略を以下に説明する。（１）８ＭｅＶ陽子とベリリウムの衝突によって生じる核反応は、9Be(p,γ)10B、9Be(p,n)9B、9Be(p,pn)8Be、9Be(p,α)6Li、9Be(p,2n)8B、9Be(p,pn)8Be、及び9Be(p,2p)8Liであり、これらの放射性核種の半減期は短く（１秒以下）、又これらの放射性核種の実効線量当量率定数Γe（放射化によるガンマ線の放出の程度を示す尺度：μSvm2MBq-1h-1）は、ゼロである。（２）６ＭｅＶ以下の中性子とベリリウムの衝突によって生じる核反応は、9Be(n,γ)10Be、9Be(n,2n)8Be、及び9Be(n,α)6Heであり、これらの放射性核種の半減期は短く（１秒以下）、又これらの放射性核種の実効線量当量率定数Γeは、ゼロである。なお、中性子の加速エネルギーを６ＭｅＶ以下としたのは、８ＭｅＶ陽子とベリリウムの衝突によって発生する中性子の最大エネルギーが６.１ＭｅＶであることによる。（３）３ＭｅＶ陽子とリチウムの衝突によって生じる核反応は、6Li(p,γ)7Be、6Li(p,α)3He、7Li(p,γ)8Be、7Li(p,n)7Be、及び 7Li(p,α)4Heであり、これらの放射性核種のなかで7Be以外の放射性核種の半減期は短く、また7Be以外の放射性核種の実効線量当量率定数Γeは、ゼロ又は0.00847である。（４）３ＭｅＶ中性子とリチウムの衝突で生じる核反応は、6Li(n,γ)7Li、6Li(n,p)6He、6Li(n,t)4He、6Li(n,α)3H、及び 7Li(n,γ)8Liであり、これらの放射性核種のなかでトリチウム（t又は3H）以外の放射性核種の半減期は短く、またトリチウム以外の放射性核種の実効線量当量率定数Γeは、ゼロ又は0.00847である。（５）６ＭｅＶ中性子と周期律表における０族元素、及び１族元素〜１８族元素の各元素との衝突によって比較的長い半減期と比較的高い実効線量当量率定数Γeを有する放射性核種を生じる元素は、Sc、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ptである。これらの中で、鉄材の放射化によって生成する放射性核種は、54Fe(n,p)54Mn(54Mnの半減期312days,Γe0.111)、54Fe(n,α)51Cr(51Crの半減期27.7days,Γe0.0046)、56Fe(n,p)56Mn(56Mnの半減期2.58hours,Γe0.203)、及び58Fe(n,γ)59Mn(59Mnの半減期44.6days,Γe0.147)であり、銅材の放射化によって生成する放射性核種は、63Cu(n,γ)64Cu(64Cuの半減期12.7hours,Γe0.0259)、63Cu(n,γ)60Co(60Coの半減期5.27years,Γe0.305)、及び 65Cu(n,p)65Ni(65Niの半減期2.52hours,Γe0.0671)である。[Prediction of target material activation by theoretical calculation]
Theoretical calculations are performed to predict whether the target material is activated. The theoretical calculation uses JENDL-4.0 (Non-Patent Document 4), which is data of the nuclear reaction cross section of the neutron nuclear reaction, and the Q value of the nuclear reaction (the difference in static mass energy before and after the nuclear reaction is called the Q value). This is performed according to the method (Non-Patent Document 5). An outline of the calculation result will be described below. (1) Nuclear reactions caused by collisions between 8 MeV protons and beryllium are 9 Be (p, γ) 10 B, 9 Be (p, n) 9 B, 9 Be (p, pn) 8 Be, 9 Be (p, α) 6 Li, 9 Be (p, 2n) 8 B, 9 Be (p, pn) 8 Be, and 9 Be (p, 2p) 8 Li, and these radionuclides have short half-lives (1 second The effective dose equivalent rate constant Γ e of these radionuclides (a measure indicating the degree of gamma-ray emission by activation: μS v m 2 MBq −1 h −1 ) is zero. (2) Nuclear reactions caused by collision of neutrons and beryllium below 6 MeV are 9 Be (n, γ) 10 Be, 9 Be (n, 2n) 8 Be, and 9 Be (n, α) 6 He, The half-life of these radionuclides is short (less than 1 second), and the effective dose equivalent rate constant Γ e of these radionuclides is zero. The reason why the acceleration energy of neutrons is set to 6 MeV or less is that the maximum energy of neutrons generated by the collision between 8 MeV protons and beryllium is 6.1 MeV. (3) Nuclear reactions caused by collisions between 3 MeV protons and lithium are 6 Li (p, γ) 7 Be, 6 Li (p, α) 3 He, 7 Li (p, γ) 8 Be, 7 Li (p, n) 7 be, and 7 Li (p, α) a 4 the He, effective dose equivalent rate constants of these half-lives of radionuclides than 7 be among the radionuclide is short, also other than 7 be radionuclide Γ e is zero or 0.00847. (4) Nuclear reactions caused by collisions of 3MeV neutrons with lithium are: 6 Li (n, γ) 7 Li, 6 Li (n, p) 6 He, 6 Li (n, t) 4 He, 6 Li (n, α) 3 H and 7 Li (n, γ) 8 Li. Among these radionuclides, radionuclides other than tritium (t or 3 H) have short half-lives, and effective radionuclides other than tritium are effective. The dose equivalent rate constant Γ e is zero or 0.00847. (5) Radionuclides having a relatively long half-life and a relatively high effective dose equivalent rate constant Γ e due to collisions between 6 MeV neutrons and group 0 elements in the periodic table and elements of group 1 to group 18 elements. The resulting elements are Sc, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Pt. Among these, radionuclides generated by the activation of iron materials are 54 Fe (n, p) 54 Mn ( 54 Mn half-life 312days, Γ e 0.111), 54 Fe (n, α) 51 Cr ( 51 Cr Half-life of 27.7days, Γ e 0.0046), 56 Fe (n, p) 56 Mn (half-life of 56 Mn 2.58hours, Γ e 0.203), and 58 Fe (n, γ) 59 Mn (half-life of 59 Mn 44.6days, Γ e 0.147), and the radionuclide produced by the activation of copper material is 63 Cu (n, γ) 64 Cu ( 64 Cu half-life 12.7 hours, Γ e 0.0259), 63 Cu (n, γ) 60 Co ( 60 Co half-life 5.27 years, Γ e 0.305) and 65 Cu (n, p) 65 Ni ( 65 Ni half-life 2.52 hours, Γ e 0.0671).

上記放射化の理論計算の結果を表１に纏める。

Figure 0006218174
The results of the above theoretical calculation of activation are summarized in Table 1.
Figure 0006218174

次に、図１〜５の各複合型ターゲット及び図８の従来タイプのターゲットについて、ターゲット材料の溶融の有無及び放射化の有無を上記の熱計算及び放射化の理論計算の結果から導くことができる。前提条件として、出力３０ｋＷ−２ＭｅＶ〜８ＭｅＶの加速陽子をターゲットに照射するものとする。図１〜５の複合型ターゲットは、ベリリウム材料としてベリリウムを用い、リチウム材料としてリチウムを用い、炭素系材料として等方性黒鉛材料又はＨＯＰＧを用いた直径１６５ｍｍ×厚み３０ｍｍの複合型ターゲットであり、該複合型ターゲットの表面にアルミニウムの真空シールを施し、該円筒型ターゲットの側部に円筒型の水冷ジャケットを設けている複合型ターゲットである。図５の複合型ターゲットのターゲット材料の積層枚数は５枚である。上記円筒型の水冷ジャケットには、５℃の冷却水を毎秒２の流速で毎分２０リットル流す。これは、冷却能力に換算すると約１００ｋＷに相当する。また、図８の従来タイプのターゲットは、直径１６５ｍｍの銅板にベリリウム又はリチウムを付着させたターゲットであり、これに上記と同じ円筒型の水冷ジャケットを取り付けたターゲットとする。その結果を表２に示す。

Figure 0006218174
Next, with respect to each of the composite type targets in FIGS. 1 to 5 and the conventional type target in FIG. it can. As a precondition, the target is irradiated with accelerated protons having an output of 30 kW-2 MeV to 8 MeV. 1 to 5 is a composite target having a diameter of 165 mm and a thickness of 30 mm using beryllium as the beryllium material, lithium as the lithium material, and isotropic graphite material or HOPG as the carbon-based material. This is a composite target in which a surface of the composite target is vacuum sealed with aluminum, and a cylindrical water cooling jacket is provided on the side of the cylindrical target. The number of target materials stacked in the composite target of FIG. 5 is five. In the cylindrical water cooling jacket, cooling water at 5 ° C. is allowed to flow at 20 liters per minute at a flow rate of 2 per second. This corresponds to about 100 kW in terms of cooling capacity. 8 is a target in which beryllium or lithium is adhered to a copper plate having a diameter of 165 mm, and the same cylindrical water-cooling jacket as described above is attached to the target. The results are shown in Table 2.
Figure 0006218174

次に、本発明複合型ターゲットを図７に示すような中性子発生装置に取り付け、図６に示すような中性子発生方法により該ターゲットに陽子を照射し、ターゲット材料の溶融の有無及び放射化の有無を調べることができる。複合型ターゲットとして、上記熱計算及び放射化の理論計算に用いたものと同様の複合型ターゲットを用いる。該複合型ターゲットを直線加速器の先端部分に設けた陽子照射部に陽子の進行方向に対して垂直になるようにフランジを介して取り付ける。該ターゲットに出力３０ｋＷ−２ＭｅＶ〜８ＭｅＶの加速陽子を１０-6パスカルの真空下で衝突させる。上記加速陽子は、ＲＦＱライナックとＤＴＬを連結することによって発生させる。ターゲットの冷却のために水冷ジャケットに約５℃の水を毎秒２ｍの流速で毎分２０リットル導入する。これは、約１００ｋＷに相当する冷却能力である。照射時間は約1時間である。実験後に装置を停止し、さらに１日放置後に、放射化の有無についてはサーベイメーターを用いて調べ、溶融の有無については目視観察する。その結果を表３に示す。Next, the composite type target of the present invention is attached to a neutron generator as shown in FIG. 7, and the target is irradiated with protons by a neutron generation method as shown in FIG. Can be examined. As the composite target, a composite target similar to that used in the above-mentioned thermal calculation and theoretical calculation of activation is used. The composite target is attached to a proton irradiation unit provided at the tip of the linear accelerator via a flange so as to be perpendicular to the proton traveling direction. Accelerated protons with an output of 30 kW-2 MeV to 8 MeV are collided with the target under a vacuum of 10 −6 Pascal. The accelerated protons are generated by connecting RFQ linac and DTL. In order to cool the target, water of about 5 ° C. is introduced into a water-cooling jacket at a flow rate of 2 m / sec. This is a cooling capacity corresponding to about 100 kW. The irradiation time is about 1 hour. After the experiment, the apparatus is stopped, and after standing for one day, the presence or absence of activation is examined using a survey meter, and the presence or absence of melting is visually observed. The results are shown in Table 3.

比較のために、図８に示すような従来タイプのターゲットを上記と同様の中性子発生装置に取り付け上記と同様の実験を行う。その結果を表３に示す。

Figure 0006218174
For comparison, a conventional type target as shown in FIG. 8 is attached to a neutron generator similar to the above and an experiment similar to the above is performed. The results are shown in Table 3.
Figure 0006218174

以上のように、本発明は、陽子をターゲットに衝突させて中性子を発生させるための新規のターゲットである。以上までにおいて説明した実施の形態のように、ターゲットがベリリウム材料、リチウム材料、及炭素系材料を複合して成るターゲットであるので、有害且つ放射化能の高い高速中性子が低減された低エネルギーの中性子の発生が可能であること、ターゲットで発生する熱の排熱が容易であること、冷却機構がターゲットに付帯されているので効率的な冷却が可能であること、ターゲットと冷却機構とが一体化したカートリッジ型構造とすることが可能であるので、このターゲットを陽子照射部の先端部分に設け、ターゲットの劣化に際して新品との着脱交換を遠隔操作によって簡易にできるという特長を有する。   As described above, the present invention is a novel target for generating neutrons by colliding protons with a target. Since the target is a target composed of a composite of beryllium material, lithium material, and carbon-based material as in the embodiments described above, the low energy of harmful and high activation fast neutrons is reduced. Neutron generation is possible, the heat generated by the target can be easily exhausted, the cooling mechanism is attached to the target, efficient cooling is possible, and the target and cooling mechanism are integrated. Therefore, the target is provided at the tip of the proton irradiating unit, so that it can be easily replaced with a new one by remote control when the target is deteriorated.

また、上述の通り、本発明複合型ターゲットの構成材料である炭素系材料は、中性子減速効果を備えうるので、高速中性子の発生が低減される。これにより、以上までにおいて説明した実施の形態では、発生中性子を減速するための減速機構を小型化することが可能である。   In addition, as described above, the carbon-based material that is a constituent material of the composite target of the present invention can have a neutron moderating effect, so that the generation of fast neutrons is reduced. Thereby, in embodiment described above, it is possible to reduce in size the deceleration mechanism for decelerating generated neutrons.

また、照射陽子の加速エネルギーが２ＭｅＶ以上１１ＭｅＶ未満の比較的低エネルギーの陽子であるので、陽子によるターゲット等の部材の放射化が著しく低減されること、有害な高速中性子の発生が抑制されること、加速陽子を小型の線形加速器で発生可能であること、等の効果が得られる。   Moreover, since the acceleration energy of the irradiation protons is a relatively low energy proton of 2 MeV or more and less than 11 MeV, activation of a member such as a target by the proton is remarkably reduced, and generation of harmful fast neutrons is suppressed. The effect that acceleration protons can be generated with a small linear accelerator can be obtained.

したがって、本発明複合型ターゲットは小規模の医療機関に設置可能なＢＮＣＴ等の医療用の中性子を発生するための医療用中性子発生装置の中性子源として有効である。   Therefore, the composite target of the present invention is effective as a neutron source of a medical neutron generator for generating medical neutrons such as BNCT that can be installed in a small medical institution.

以上の結果から、本発明複合型ターゲットは、従来タイプのターゲットよりも熱安定性が高くターゲット材料の放射化を低減することが可能である。   From the above results, the composite target of the present invention has higher thermal stability than the conventional type target, and can reduce the activation of the target material.

本発明複合型ターゲットは、ベリリウム材料、リチウム材料、及び非金属材料を複合して成る複合型ターゲットであるので陽子及び中性子による部材の放射化を低減できる、従来よりも比較的低エネルギーの陽子を用いることができるので高速中性子の生成を低減できる、ベリリウム材料、リチウム材料、及び非金属材料の複合化によってターゲットの熱問題を解決することができる、該ターゲット部分と冷却機構が一体化したカートリッジ型構造の複合型ターゲットは、ターゲットで発生する熱の系外への効率的な排熱が可能であり、ターゲットの劣化に際して新品との着脱交換を遠隔操作によって安全・簡易に行うことができる、等の特徴を有する。また、本発明複合型ターゲットを用いた中性子発生方法、及び中性子発生装置によって、小型の直線加速器を用いて低エネルギーの中性子を安定的に生成可能であるので、本発明複合型ターゲットは、ＢＮＣＴ等の医療用中性子を生成するうえで非常に有益である。また、本発明複合型ターゲットは、独立した部品として構成することができるものである。   The composite target of the present invention is a composite target composed of a composite of a beryllium material, a lithium material, and a non-metallic material. Can be used to reduce the generation of fast neutrons, can solve the thermal problem of the target by combining beryllium material, lithium material, and non-metallic material, cartridge type with integrated target part and cooling mechanism The composite target with the structure can efficiently exhaust the heat generated by the target to the outside of the system, and can be safely and easily exchanged with a new one by remote control when the target deteriorates. It has the characteristics of. Moreover, since the low energy neutron can be stably generated using a small linear accelerator by the neutron generation method and the neutron generation apparatus using the composite target of the present invention, the composite target of the present invention is a BNCT or the like. It is very useful for generating medical neutrons. The composite target of the present invention can be configured as an independent part.

１ 複合体
２ 複合体
３ ターゲット部分
４ ベリリウム材料
５ リチウム材料
６ 炭素系材料
７ 真空シール
８ 冷媒流路
９ 冷却機構
１０ 複合型ターゲット
１１ ベリリウム材料、リチウム材料、及び炭素系材料の混合物の一体成型体
１２ 複合型ターゲット
１３ 複合型ターゲット
１４ 複合型ターゲット
１５ 複合型ターゲット
１６ ターゲット部分
１７ 水素イオン発生部
１８ 線形加速器
１９ 陽子照射部
２０ 複合型ターゲット
２１ フランジ
２２ 水素イオンの流れ
２３ 加速陽子の流れ
２４ 照射陽子の流れ
２５ 発生中性子の流れ
２６ ベリリウム（又はリチウム）
２７ 金属製支持体
３０ 陽子の流れ
３１ 中性子の流れDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Composite 2 Composite 3 Target part 4 Beryllium material 5 Lithium material 6 Carbon material 7 Vacuum seal 8 Refrigerant flow path 9 Cooling mechanism 10 Composite type target 11 Integrated molding of a mixture of beryllium material, lithium material, and carbon material DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Compound type target 13 Compound type target 14 Compound type target 15 Compound type target 16 Target part 17 Hydrogen ion generation part 18 Linear accelerator 19 Proton irradiation part 20 Compound type target 21 Flange 22 Hydrogen ion flow 23 Acceleration proton flow 24 Irradiation proton Flow 25 Generated Neutron Flow 26 Beryllium (or Lithium)
27 Metal support 30 Proton flow 31 Neutron flow

Claims (5)

陽子を衝突させて中性子を発生させるための複合型ターゲットであって、
ベリリウム材料、リチウム材料、及び非金属材料を複合して成るターゲット部分と、
前記ターゲット部分の一の表面に施された真空シールと、を備え、
前記非金属材料が炭素系材料であり、
前記炭素系材料が、少なくとも等方性黒鉛材料及び結晶配向性炭素材料のいずれか一つの材料を含有する炭素系材料である
ことを特徴とする複合型ターゲット。 A composite target for generating protons and generating neutrons,
A target portion comprising a composite of beryllium material, lithium material, and non-metallic material;
A vacuum seal applied to one surface of the target portion ,
The non-metallic material is a carbon-based material;
The composite target , wherein the carbon-based material is a carbon-based material containing at least one of an isotropic graphite material and a crystal-oriented carbon material . 陽子をターゲットに衝突させて中性子を発生させるための中性子発生方法において、
陽子が２ＭｅＶ以上１１ＭｅＶ未満の陽子であり、
前記ターゲットが請求項１に記載の複合型ターゲットであり、
前記複合型ターゲットに前記陽子を真空下で衝突させることによって核反応による中性子を発生させることを特徴とする中性子発生方法。 In the neutron generation method for generating neutrons by colliding protons with the target,
The proton is a proton of 2 MeV or more and less than 11 MeV,
The target is the composite target according to claim 1 ,
A neutron generation method, characterized in that neutrons are generated by a nuclear reaction by causing the proton to collide with the composite target in a vacuum. 発生させる前記中性子は、少なくともＢｅ（ｐ, ｎ）及びＬｉ（ｐ, ｎ）の核反応による中性子であることを特徴とする請求項２に記載の中性子発生方法。  The neutron generation method according to claim 2, wherein the neutron to be generated is a neutron generated by a nuclear reaction of at least Be (p, n) and Li (p, n). 陽子発生のための水素イオン発生部と、
前記水素イオン発生部で発生する陽子を加速するための加速器と、
前記加速器によって加速された陽子を照射するための陽子照射部と、
陽子を衝突させて中性子を発生させるためのターゲットと、を備え、
前記加速器が線形加速器であり、
前記ターゲットが請求項１に記載の複合型ターゲットであることを特徴とする中性子発生装置。 A hydrogen ion generator for proton generation;
An accelerator for accelerating protons generated in the hydrogen ion generator;
A proton irradiation unit for irradiating protons accelerated by the accelerator;
A target for generating protons and generating neutrons,
The accelerator is a linear accelerator;
The neutron generator according to claim 1, wherein the target is the composite target according to claim 1 . 前記線形加速器が陽子を２ＭｅＶ以上１１ＭｅＶ未満の範囲に加速することができる線形加速器であることを特徴とする請求項４に記載の中性子発生装置。 The neutron generator according to claim 4, wherein the linear accelerator is a linear accelerator capable of accelerating protons in a range of 2 MeV or more and less than 11 MeV.
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