JPH07110397A - 中性子ベロシティセレクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 長期の連続運転が可能で、雰囲気を汚染した
りすることなく、広範囲な速度選別をすることが可能な
中性子ベロシティセレクタを提供する。 【構成】 ロータ軸３２は、径方向電磁石２７、２８及
び軸方向電磁石４２、４３によって磁気浮上される。ロ
ータ軸３２の位置変位は、径方向位置センサ２９、３０
及び軸方向位置センサ４５によって検知される。制御装
置４６の磁気軸受コントローラは、これら各センサ２
９、３０、４５の検出信号を基に、各電磁石２７、２
８、４２、４３の励磁電流をそれぞれフィードバック制
御して、ロータ軸３２の浮上位置を所定位置に保持す
る。所定位置に磁気浮上されたロータ軸３２は、高周波
モータ３１によって非接触状態で回転駆動され、複数の
スリットが形成された各円盤３６が回転することによっ
て、矢印３７で示すように入射された中性子が速度選別
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中性子ベロシティセレ
クタに係り、特に機械的な回転運動によって中性子の速
度選別を行う中性子ベロシティセレクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、中性子散乱実験等では、単色化
された中性子ビーム、すなわち、波長（速度）が揃った
中性子ビームが必要とされ、そのための装置として中性
子ベロシティセレクタがある。この中性子ベロシティセ
レクタは、軸受に支持された回転体の回転運動によっ
て、軸方向に入射する各種速度の中性子の中から特定の
速度の中性子を選別するもので、中性子の速度が減衰し
ないように、真空中に配置される。

【０００３】図５は、中性子ベロシティセレクタにおけ
る回転部分の一部を表したものである。回転部分１０
は、図示しないボールベアリングによって回転自在に支
持され、軸ａを中心に回転駆動されるロータ１１と、ロ
ータ１１の外周面に複数枚（例えば、８０枚）取付けら
れるねじれ板１２とから構成されている。ねじれ板１２
は、例えば、０．４ｍｍ程度の薄板であり、互いに所定
の間隔（例えば、５ｍｍ）の隙間ｂを持って図示するよ
うに、軸方向に対してねじれて取り付けられている。

【０００４】図６の（Ａ）〜（Ｃ）は、ある２枚のねじ
れ板１２間にできる隙間ｂと、この隙間ｂに入射する中
性子の位置関係を、時間の推移と共に表したものであ
る。原子炉から放出された中性子は、矢印ｃで示すよう
に回転部分１０の一端側から入射される。各ねじれ板１
２はねじれているので、回転していない状態では、直進
する中性子が、図において上側のねじれ板１２に接触
し、矢印ｄで示すような他端側への通過が阻止される。

【０００５】しかし、ねじれ板１２が矢印ｅで示す方向
に所定の速度で回転すると、ある特定の速度ｖを持つ中
性子Ｐは、（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ねじれ板１２
に接触せずにその隙間ｂを通って他端側へと通りぬける
ことができる。一方、速度ｖ以下の中性子は、下側のね
じれ板１２に衝突し、速度ｖ以上の中性子は、上側のね
じれ板１２に衝突するので、他端側への通過が阻止され
る。

【０００６】従って、中性子ベロシティセレクタでは、
ねじれ板１２の回転速度を適当に選ぶことによって、所
望の速度の中性子を通過可能とし、これによって速度選
別をするようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来では、ロータ１１
を回転支持するものとして、ボールベアリングを使用し
ていたため、寿命が短く、潤滑油の補給等のメンテナン
スが定期的に必要であった。従って、寿命によりボール
ベアリングの交換が必要な時や、メンテナンスをする時
には、中性子散乱実験を中止して交換作業やメンテナン
ス作業をしなければならなかった。原子炉は、数カ月毎
の定期点検を除いて連続運転する場合があるので、その
間実験を継続することが望ましいが、従来の中性子ベロ
シティセレクタでは、ボールベアリングのメンテナンス
等のために実験を中止しなければならない場合があっ
た。

【０００８】また、ねじれ板１２は、中性子が衝突する
ことで放射能を持つようになるため、点検、修繕の回数
は、なるべく少ない方が好ましい。ボールベアリングに
使用される潤滑油の蒸発によって真空雰囲気が汚染され
るという問題もあった。

【０００９】また、ボールベアリングでは、ロータ１１
の高速回転化に限界があるので、速度の高い中性子の選
別ができず、速度選別できる範囲が狭いという問題もあ
った。そこで、本発明の目的は、長期の連続運転が可能
で、雰囲気を汚染したりすることなく、広範囲な速度選
別をすることが可能な中性子ベロシティセレクタを提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では、ロータと、
このロータを磁力によって所定位置に浮上保持する磁気
軸受装置と、この磁気軸受装置によって磁気浮上された
前記ロータを回転させるモータと、前記ロータの外周面
に固定され、前記ロータの周方向にねじれた軸方向の通
路を形成する通路形成部材とを中性子ベロシティセレク
タに具備させて前記目的を達成する。

【００１１】

【作用】本発明の中性子ベロシティセレクタでは、磁気
軸受装置によってロータが所定位置に磁気浮上され、こ
のロータをモータで回転させることにより、通路形成部
材が回転する。この通路形成部材の一端側から特定の速
度で軸方向に入射する中性子は、回転する通路形成部材
に接触することなく、ねじれた軸方向の通路を通って他
端側へと通過する。一方、特定の速度以外で移動する中
性子は、通路形成部材に衝突して他端側への通過を阻止
される。これにより、中性子の速度選別が行われる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の中性子ベロシティセレクタに
おける一実施例を図１ないし図４を参照して詳細に説明
する。図１は、第１の実施例による中性子ベロシティセ
レクタの主要構成を表わしたものである。

【００１３】中性子ベロシティセレクタは、その本体を
成す中性子ベロシティセレクタ本体２０と、各駆動部の
制御を行うための図示しない制御装置を備えている。中
性子ベロシティセレクタ本体２０は、円筒形状の外装体
２５を備えており、その長手方向両端に設けられたフラ
ンジ部２１、２２には、それぞれ開口２３、２４が形成
されている。中性子は、図において矢印３７で示すよう
に左側から開口２３へと入射され、速度選別された中性
子は開口２４から出射されるようになっている。

【００１４】中性子ベロシティセレクタ本体２０は、支
持台７６に固定された水平回転機構７７の駆動軸上に載
置され、設置角度を微調整するために軸ｙを中心に回動
されるようになっている。中性子ベロシティセレクタ本
体２０の外装体２５の内側には、略筒状をした固定部材
２６が配置されており、フランジ部２２で固定されてい
る。この固定部材２６の更に内側には、径方向電磁石２
７、２７及び２８、２８がそれぞれ軸対称に取り付けら
れている。なお、図において径方向電磁石２７、２８
は、それぞれ上下に対を成しているが、実際には、それ
ぞれ周方向に４５度傾いた位置に取付けられている。ま
た、図示しないが、更に９０°傾いた位置には、もう一
対径方向電磁石が設けられている。径方向電磁石２７、
２８間には、各電磁石に対応して径方向位置センサ２
９、３０及び高周波モータ３１が固定されている。

【００１５】これら径方向電磁石２７、２８、径方向位
置センサ２９、３０等によって挟まれる空間には、略円
柱形状のロータ軸３２が挿入されている。ロータ軸３２
の右側端部には、円盤状の金属板４１が固定されてお
り、この金属板４１を挟んで前後に対を成す軸方向電磁
石４２、４３が固定部材２６に固定されている。また、
ロータ軸３２の右側端部には、ロータ軸３２の軸方向へ
の位置変位を検出する軸方向位置センサ４５が配設され
ている。

【００１６】以上の各電磁石２７、２８、４２、４３及
び位置センサ２９、３０、４５等から、ロータ軸３２を
磁気浮上させる磁気軸受の本体が構成されている。ま
た、これら各位置センサ２９、３０、４５や電磁石２
７、２８、４２、４３、及び高周波モータ３１は、それ
ぞれ図示しない制御装置に接続されている。

【００１７】図２は、制御装置の構成及び中性子ベロシ
ティセレクタ本体２０の各部との接続関係を表したもの
である。制御装置４６は、磁気軸受本体８０を構成する
電磁石２７、２８、４２、４３及び位置センサ２９、３
０、４５が接続される磁気軸受コントローラ８１を備え
ている。この磁気軸受コントローラ８１は、各位置セン
サ２９、３０、４５のセンサ出力を基に、各電磁石２
７、２８、４２、４３の励磁電流をそれぞれフィードバ
ック制御して、ロータ軸３２を所定位置に浮上保持する
もので、この磁気軸受コントローラ８１と磁気軸受本体
８０とから磁気軸受装置が構成されている。

【００１８】制御装置４６は、高周波モータ３１の駆動
を制御するモータコントローラ８２を備えており、この
制御で、磁気浮上されたロータ軸３２は所定の速度で回
転されるようになっている。また、制御装置４６は、水
平回転機構７７の駆動を制御して中性子ベロシティセレ
クタ本体２０の角度を調整する水平回転コントローラ８
３を備えている。各コントローラ８１、８２、８３は、
コントロールユニット８４に接続されており、このコン
トロールユニット８４からの指令に基づいて各制御を行
うようになっている。

【００１９】図１に示すように、径方向電磁石２７、２
８の両側には、ロータ軸３２やその金属板４１が各電磁
石２７、２８、４２、４３及び各位置センサ２９、３
０、４５等に接触することを防止するための保護ベアリ
ング４７、４８、４９が配設されている。

【００２０】固定部材２６の外周には、円筒形状のロー
タ３３がボルト３４によって、ロータ軸３２の左側端部
に取り付けられている。ロータ３３の外周部には、中性
子の速度選別をするための円盤３６が互いに平行な状態
で複数枚取り付けられている。

【００２１】図３は、円盤３６の形状を表したものであ
る。円盤３６は、その中心に内孔３６ａを有しており、
図１に示すように、この内孔３６ａにロータ３３が挿通
される。円盤３６には、同一形状のスリット３８が周方
向に一定間隔をおいて複数形成されている。各円盤３６
は、図１に示すようにロータ３３に固定されている状態
では、左側に隣接する円盤３６に対して、例えば、時計
周り（図３の矢印ｆ）に所定角度づつずれて取り付けら
れている。

【００２２】すなわち、各円盤３６は、各スリット３８
が図６の隙間ｂと同様なねじれを持つ線上に整列するよ
うに取り付けられている。従って、中性子が図１の矢印
３７で示すように入射された場合、円盤３６が所定速度
で回転することによって、ねじれた線上に位置する各ス
リットが、図６における隙間ｂと同様に、特定の速度を
持つ中性子のみを通過させる通路として機能する。

【００２３】但し、スリット３８は軸方向に断続的に配
置されているので、各円盤間の距離が大きいと、選別し
たい速度よりかなり遅い中性子が、ねじれた線上に整列
する各スリット３８を順に通過せずに、１つ、あるいは
２つづつ抜かして通過していく場合がある。これを防止
するため各円盤３６は、図１に示すように間隔を中性子
が入射される開口２３側で狭くなるように配設されてい
る。従って、入射した直後の速度の遅い中性子は、まず
この間隔の狭い円盤３６で開口２４側への通過が阻止さ
れる。

【００２４】次に、このように構成された実施例の動作
について説明する。まず、各センサ２９、３０、４５の
検出信号を基に、磁気軸受コントローラ８１が、各電磁
石２７、２８、４２、４３の励磁電流をそれぞれフィー
ドバック制御する。これにより、各電磁石２７、２８、
４２、４３は、所定位置からのずれに対応した磁力を作
用させて、ロータ軸３２を所定の浮上位置に磁気浮上さ
せる。すなわち、ロータ軸３２は、保護ベアリング４
７、４８、４９から非接触となる。

【００２５】この状態で、モータコントローラ８２によ
って高周波モータ３１に通電し、図３に矢印ｆで示した
円盤３６のねじれの方向とは反対方向に、所定の速度
（例えば、毎分１万回転）で、ロータ軸３２を回転させ
る。そして、図１の矢印３７で示すように、原子炉から
あらゆる速度の中性子が開口２３へと入射されると、あ
る特定の速度以外の中性子は、回転する各スリット３８
間の円盤３６に衝突し、開口２４側への通過を阻止され
る。

【００２６】一方、ある特定の速度を持つ中性子は、図
６に示した原理と同様に、円盤３６の回転に伴って移動
する各スリット３８を次々に通過して開口２４から出射
され、速度選別される。以上説明したように、本実施例
による中性子ベロシティセレクタによれば、磁気軸受の
本体をロータ３３の内部に配設しているので、装置を軸
方向に小さくすることができる。また、径方向電磁石２
７、２８等の磁力のバランスを変えて、ロータ軸３２に
適当な傾きを与えるようにすれば、中性子の入射角度に
対する円盤３６の角度を変化させることができる。

【００２７】図４は、本発明の第２の実施例による中性
子ベロシティセレクタを表したものである。図４に示す
ように、本実施例の中性子ベロシティセレクタ本体５０
は、磁気軸受の本体を構成する径方向電磁石５１、５
２、軸方向電磁石５７及び径方向位置センサ５４、５５
を、それぞれロータ５３の両側に配置したものである。
ロータ５３を回転させるための高周波モータ５６は、図
において、最右端に配置されている。

【００２８】ロータ５３の外周部には、図３で示した第
１の実施例と同様に、周方向に複数のスリットが形成さ
れている円盤６０が固定されている。なお、ロータ５３
には、軸方向電磁石５７の磁力が作用する金属板５８が
固定されている。また、ロータ５３の両端には、保護ベ
アリング７３、７４及び７５が配設されている。他の構
成は、第１の実施例と同様である。

【００２９】原子炉からの中性子は、矢印７０で示すよ
うに外装体６１に形成された開口６４へと入射し、第１
の実施例と同様に所定速度で回転する円盤６０のスリッ
トによって速度選別されて開口６５から矢印７１で示す
ように出射される。他の動作は、第１の実施例と同様で
ある。

【００３０】なお、以上の各実施例では、複数のスリッ
トを設けた円盤を回転させることによって中性子の速度
選別をするタイプの中性子ベロシティセレクタであった
が、図５に示したものと同様に、ねじれの入ったねじれ
板をロータに取付けたタイプの中性子ベロシティセレク
タにも、本発明は適用できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明の中性子ベロシティセレクタで
は、ロータを回転支持する軸受として、メンテナンスフ
リーの磁気軸受を設けているので、長期の連続運転をす
ることができる。また、磁気軸受は潤滑油を全く必要と
しないので、潤滑油の蒸発による雰囲気の汚染が生じな
い。磁気軸受は非接触でロータを支持するので、ロータ
の高速回転が可能であり、広範囲な速度選別をすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による中性子ベロシティ
セレクタの主要構成を示した側断面図である。

【図２】同中性子ベロシティセレクタにおける制御装置
と中性子ベロシティセレクタ本体との接続関係を示した
説明図である。

【図３】同中性子ベロシティセレクタの円盤の単体形状
を示した正面図である。

【図４】本発明の第２の実施例による中性子ベロシティ
セレクタの主要構成を示した側断面図である。

【図５】中性子ベロシティセレクタの回転部分を示した
斜視図である。

【図６】同回転部分において、ねじれ板間にできる隙間
と、この隙間に入射する中性子の位置関係を示した説明
図である。

【符号の説明】

２０、５０ 中性子ベロシティセレクタ本体 ２１、２２ フランジ部 ２３、２４、６４、６５ 開口 ２５、６１ 外装体 ２６ 固定部材 ２７、２８、５１、５２ 径方向電磁石 ２９、３０、５４、５５ 径方向位置センサ ３１、５６ 高周波モータ ３２ ロータ軸 ３３、５３ ロータ ３６、６０ 円盤 ３８ スリット ４１、５８ 金属板 ４２、４３、５７ 軸方向電磁石 ４５ 軸方向位置センサ ４６ 制御装置 ４７、４８、４９、７３、７４、７５ 保護ベアリング ８０ 磁気軸受本体 ８１ 磁気軸受コントローラ ８２ モータコントローラ ８３ 水平回転コントローラ ８４ コントロールユニット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータと、 このロータを磁力によって所定位置に浮上保持する磁気
   軸受装置と、 この磁気軸受装置によって磁気浮上された前記ロータを
   回転させるモータと、 前記ロータの外周面に固定され、前記ロータの周方向に
   ねじれた、軸方向の通路を形成する通路形成部材とを具
   備することを特徴とする中性子ベロシティセレクタ。