説明

ビームダンプの積層構造

【課題】周囲の空気への放熱量を確保し、熱的に安定状態を保つビームダンプの積層構造を提供する。
【解決手段】ビームダンプ10の積層構造は、荷電粒子ビームが照射されるダンプターゲット11と、ダンプターゲット11の周囲に外側に向かって積層される熱伝導性を有する複数の板状部材13a,13b,13c,13dとを備え、対向する板状部材13a,13b,13c,13dの接触面には互いに嵌合可能な凹部及び凸部がそれぞれ形成される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、加速器等で加速されて照射された荷電粒子ビームのエネルギーを除去するためのビームダンプの積層構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
陽子や電子などを加速して高エネルギーの荷電粒子ビームを取り出すリニアックやシンクロトロン等の加速器を備えた施設において、加速器で加速された荷電粒子ビームのエネルギーをダンプターゲットに衝突させて崩壊、除去させるためにビームダンプが使用されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図8及び図9は従来のビームダンプの一例を示しており、このビームダンプ1は、鉄製で立方体又は直方体形状を成し、荷電粒子ビームが入射されるダンプターゲット2の周囲に複数の板状部材3a,3b,3c,3dが外側に向かって積層されて構成されており、各板状部材3a,3b,3c,3d同士はそれぞれ外周端部において締結具4や溶接により固定され、互いに面接触している。
【0004】
このような構成において、ダンプターゲット2に入射した高速の荷電粒子ビームは、ダンプターゲット2に衝突する際に熱エネルギーに変換され、この時に発生した熱はダンプターゲット2から外側に向かって板状部材3a,3b,3c,3dに次々に熱伝導し、最も外側の板状部材3dの外表面から熱伝達及び輻射によって周囲の空気に放出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2007−242468号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
近年、特に材料力学や生命工学等の最先端技術分野において、より微細な現象を捕えるため、ダンプターゲット2に入射される荷電粒子ビームのエネルギーが増大化の傾向にあるのに対して、ビームダンプ1は小型化の傾向にある。そのため、ビームダンプ1の中心部の温度と外周部の温度の温度勾配が大きくなり、上記した従来のビームダンプ1では、例えば図9の下側の図面に示すように、互いに面接触している内側の板状部材3aと外側の板状部材3bの熱膨張の長さ(図9の上側の図面中の矢印参照)がそれぞれ異なり、両者間に空隙5が生じるようになる(図9の下側の図面参照)。その結果、内側の板状部材3aと外側の板状部材3bとの間の伝熱接触抵抗が少なくなることにより伝熱量が減少し、ビームダンプ1から周囲の空気への放熱量が減少し、熱的に安定状態が保たれなくなるといった問題があった。
【0007】
本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、板状部材間の伝熱接触抵抗を増加させて伝熱量を確保することにより、ビームダンプから周囲の空気への放熱量を確保し、熱的に安定状態が保たれるようにすることのできるビームダンプの積層構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記した目的を達成するため、本発明のビームダンプの積層構造は、荷電粒子ビームが照射されるダンプターゲットと、該ダンプターゲットの周囲に外側に向かって積層される熱伝導性を有する複数の板状部材と、を備え、該対向する板状部材の接触面には互いに嵌合可能な凹部及び凸部がそれぞれ形成されていることを特徴とする。
【0009】
また、本発明のビームダンプの積層構造において、前記凸部は前記接触面に垂直な面を備えているのが好ましい。
【0010】
さらに、本発明のビームダンプの積層構造において、前記凸部は基端部の幅が先端部の幅より狭くなるような断面形状を成しており、前記対向する板状部材同士は前記接触面に沿って互いにスライドすることにより前記凸部が前記凹部に嵌合して結合されるように構成されていてもよい。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、板状部材間の伝熱接触抵抗を増加させて伝熱量を確保することにより、ビームダンプから周囲の空気への放熱量を確保し、熱的に安定状態を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るビームダンプの積層構造を示す正面図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態に係るビームダンプの板状部材を示す断面図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態に係るビームダンプの板状部材を示す平面図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態に係るビームダンプの板状部材の別の例を示す平面図である。
【図6】本発明の第1の実施の形態に係るビームダンプの板状部材のさらに別の例を示す断面図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態に係るビームダンプの板状部材を示す断面図である。
【図8】従来のビームダンプを示す正面図である。
【図9】従来のビームダンプの板状部材の作用を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
【0014】
先ず、図1〜図4を参照しつつ、本発明の第1の実施の形態に係るビームダンプの積層構造について説明する。ここで、図1は本発明の第1の実施の形態に係るビームダンプの積層構造を示す正面図、図2は図1のA−A断面図、図3は同実施の形態に係るビームダンプの板状部材を示す断面図、図4は同実施の形態に係るビームダンプの板状部材を示す平面図である。
【0015】
本発明の実施の形態に係るビームダンプ10は、図示を省略する加速器から加速された荷電粒子ビームが照射されるダンプターゲット11を備えており、建屋内の鉄筋コンクリート製の床に載置される。
【0016】
ダンプターゲット11は、例えば鉄等の金属製であり、直方体形状を成し、その内部には、正面から荷電粒子ビームの入射軸に沿って水平方向に入射凹部12が形成されている。
【0017】
ダンプターゲット11の周囲には、例えば鉄等の金属製の複数の板状部材13a,13b,13c,13dが外側四方向に向かって積層されて構成されており、各板状部材13a,13b,13c,13d同士はそれぞれ外周端部において締結具14(或いは、溶接接合等)により固定され、互いに面接触している。
【0018】
対向する板状部材13a,13b,13c,13dの接触面15にはそれぞれ、互いに嵌合可能な凹部16及凸部17がそれぞれ形成されている。この凸部17(又は凹部16)は、それぞれ、例えば、図4に示されているように、溝状及び突条を成して連続的に形成されていたり、或いは、図5に示されているように、直方体形状を成して不連続に形成されていたりして、接触面15に垂直な面18が形成されているのが好ましい。なお、この凹部16及び凸部17は、それぞれ、図6に示されているように、半球断面形状を成していてもよく、この場合には、接触面15に垂直な面18が形成されなくなるが、一定の効果は期待できる。
【0019】
このような構成を備えたビームダンプ10において、前記加速器で加速された高エネルギーの荷電粒子ビームは、図示を省略する粒子導入管に導かれてダンプターゲット11に照射され、入射凹部12に入射する。入射凹部12に入射した荷電粒子ビームは、ダンプターゲット11に衝突し、熱エネルギーに変換される。その後、この熱は、ダンプターゲット11内を三次元方向に拡散し、外側に向かって板状部材13a,13b,13c,13dに次々に熱伝導し、最も外側の板状部材13dの外表面から熱伝達及び輻射によって周囲の空気に放出される。
【0020】
この時、荷電粒子ビームの衝突時に発生する熱によってビームダンプ10の内側程、高熱となり、例えば図3に示すように互いに面接触している内側の板状部材13aと外側の板状部材13bの熱膨張の長さ(図3の上側の図面中の矢印参照)がそれぞれ異なってくるが、接触面15にそれぞれ凹部16及び凸部17が形成されており、さらに、この凹部16及び凸部17にそれぞれ接触面15に垂直な面18が形成されているため、両者間に空隙が生じ難くなる。その結果、内側の板状部材と外側の板状部材(例えば、3aと3b)との間の伝熱接触抵抗が増加し、内側の板状部材3aから外側の板状部材3bへ確実に熱を伝導させることができるため、ビームダンプ10から周囲の空気へ常に一定の熱流速で放熱することができ、熱的に安定状態が保たれるようになる。
【0021】
次に、図7により、本発明の第2の実施の形態に係るビームダンプの積層構造について説明する。なお、以下の説明において、上記した第1の実施の形態の場合と同様の構成については、説明の簡略化のため、詳細な説明は省略する。
【0022】
図7は本発明の第2の実施の形態に係るビームダンプ21の板状部材22a,22b,22c(最も外側の板状部材は図示省略)を示す断面図であり、このビームダンプ21では、板状部材22a,22b,22cの接触面23に形成される凹部24及び凸部25の形状が上記した第1の実施の形態の場合と異なる。
【0023】
すなわち、凹部24は開口幅が底部に向かって漸次広がる断面形状を成すよう形成されていると共に、凸部25は凹部24の形状に対応するように基端部26の幅が先端部27の幅より狭くなる断面形状を成すよう形成されている。そして、対向する板状部材22a,22b,22c同士はそれぞれの接触面23に沿って互いにスライドすることにより凸部25が凹部24に嵌合して結合される。
【0024】
このような構成を備えたビームダンプ21において、荷電粒子ビームがビームダンプ21に衝突した際に変換された熱は、外側に向かって板状部材22a,22b,22c(最も外側の板状部材は図示省略)に次々に熱伝導し、最も外側の板状部材の外表面から熱伝達及び輻射によって周囲の空気に放出される。
【0025】
この時、板状部材22a,22b,22c(最も外側の板状部材は図示省略)には接触面22に沿って互いにスライドすることにより嵌合する凹部24及び凸部25が形成されているため、両者間に空隙が生じ難くなる。その結果、内側の板状部材と外側の板状部材(例えば、22aと22b)との間の伝熱接触抵抗が増加し、内側の板状部材22aから外側の板状部材22bへ確実に熱を伝導させることができるため、ビームダンプ21から周囲の空気へ常に一定の熱流速で放熱することができ、熱的に安定状態が保たれるようになる。また、凸部25が凹部24に嵌合することにより板状部材22a,22b,22c(最も外側の板状部材は図示省略)同士が結合されるため、該板状部材同士を締結具や溶接接合等で固定する必要がなくなり、ビームダンプ21の組立て作業の簡素化を図ることができる。
【0026】
このように上記した第1及び第2の実施の形態に係るビームダンプ10,21の積層構造によれば、板状部材間の伝熱接触抵抗を増加させて伝熱量を確保することにより、ビームダンプ10,21から周囲の空気への放熱量を確保し、熱的に安定状態が保たれるようになる。したがって、荷電粒子ビームのエネルギーが増大しても、荷電粒子ビームが衝突した際に発生する熱によってダンプターゲットが溶解するおそれがなく、また、ビームダンプ10,21の小型化を図ることができ、ビームダンプの用途の拡大化を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【0027】
10 ビームダンプ
11 ダンプターゲット
13a,13b,13c,13d 板状部材
15 接触面
16 凹部
17 凸部
18 垂直な面
21 ビームダンプ
22a,22b,22c 板状部材
23 接触面
24 凹部
25 凸部
26 基端部
27 先端部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
荷電粒子ビームが照射されるダンプターゲットと、
該ダンプターゲットの周囲に外側に向かって積層される熱伝導性を有する複数の板状部材と、
を備え、該対向する板状部材の接触面には互いに嵌合可能な凹部及び凸部がそれぞれ形成されていることを特徴とするビームダンプの積層構造。
【請求項2】
前記凸部は前記接触面に垂直な面を備えている請求項1に記載のビームダンプの積層構造。
【請求項3】
前記凸部は基端部の幅が先端部の幅より狭くなるような断面形状を成しており、前記対向する板状部材同士は前記接触面に沿って互いにスライドすることにより前記凸部が前記凹部に嵌合して結合されるように構成されている請求項1又は2に記載のビームダンプの積層構造。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2010−232152(P2010−232152A)
【公開日】平成22年10月14日(2010.10.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−81576(P2009−81576)
【出願日】平成21年3月30日(2009.3.30)
【出願人】(000001317)株式会社熊谷組 (551)
【出願人】(505374783)独立行政法人 日本原子力研究開発機構 (727)
【出願人】(307029319)エーテック株式会社 (6)
【Fターム(参考)】