JPH09120000A - ビームターゲット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ビームターゲットに必要な冷却水量を低減さ
せ、冷却水供給設備を簡素化する。 【解決手段】複数の冷却管１…１を並べてターゲット部
を構成し、このターゲット部でビームを受けてビームの
熱を除去するビームターゲット。各冷却管１を支持する
とともに、冷却管１に冷却水を供給し、その冷却管１か
ら送られた冷却水を排出処理するヘッダー４を備え、各
冷却管１を、ヘッダー４から供給される冷却水を通す外
管２と、この外管２の内側に同軸状に配置され除熱後の
冷却水を通してヘッダー４に排出する内管３とから構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビーム等の高
温ビームを受けるための受熱機器であるビームターゲッ
トに関する。

【０００２】

【従来の技術】ビームターゲットは、例えば電子ビーム
や中性子ビーム等の高温ビームを受けてそのビームの熱
を除去するために用いられるものである。

【０００３】上記ビームターゲットとしては、冷却管
（冷却パイプ）を所定方向に沿って互いに平行に並べて
ビームを受ける構造のものがよく使われている。また、
冷却管に供給する冷媒としては、除熱能力の点から水を
用いるものが一般的である。

【０００４】ここで、水による強制冷却方式の受熱機器
（ビームターゲット）の構造を図５及び図６に示す。

【０００５】図５に示すビームターゲットにおいては、
ビームを受ける部分（以下、ターゲット部あるいは受熱
部という）に直管である冷却管３０…３０を２段に並べ
て配設し、その両側にその冷却管３０…３０を支持する
冷却水用ヘッダー３１，３２を設けている。ビーム発射
側から見て後方側の冷却管３０は、手前側の隣接する冷
却管３０の隙間に位置するように配設されている。つま
り、ターゲット部分の冷却管３０全体は、ビームが通過
する隙間を残さないように設計されている。

【０００６】冷却管３０とヘッダー３１，３２は溶接に
より連通状に接合されている。一方のヘッダー３１の一
端部には冷却水供給用の冷却水入口部３３が設けられ、
他方のヘッダー３２の一端部には、冷却水放出用の冷却
水出口部３４が設けられている。

【０００７】上記構造のビームターゲットでは、冷却水
は、冷却水ヘッダー３１の冷却水入口部３３から冷却管
３０に分岐して流入し、ターゲット部（各冷却管３０）
へ入射するビームの熱を除去してヘッダー３２の冷却水
出口部３４へと流出する。以下、順次上述した冷却水の
流入・流出が繰り変えされることにより、ターゲット部
分の冷却管３０…３０で受けるビームの熱を除去するよ
うになっている。

【０００８】なお、ビームの熱負荷が低い場合には、直
管での冷却が可能であるが、高い場合には、除熱能力を
増加する必要がある。この理由から、ビームの熱負荷が
高い場合には直管の代わりにスワール管を使用してい
る。図６にスワール管３５の構造を示す。スワール管３
５は、冷却管の内部に螺旋状のねじりテープ３６を挿入
配置したものであり、ねじりテープ３６により管内部を
流れる冷却水に旋回流が生じる。この結果、冷却水の熱
伝達率が増加し、高い除熱能力が得られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記ビームターゲット
は、ターゲット部に多数の冷却管を並べる構造のため
に、当該多数の冷却管に供給する冷却水量が非常に多く
必要になる。したがって、大量の冷却水供給に伴う設備
が増大化してしまった。

【００１０】また、ターゲット部の冷却管は熱を受ける
と線膨脹率により軸方向に伸びようとするが、冷却管の
両側がヘッダーで固定されているため、熱に伴う伸びが
制限され、冷却管の変形を招いてしまった。

【００１１】さらに、個々の冷却管は、いずれもヘッダ
ーに溶接されているため、例えばある冷却管に損傷等が
生じた場合、個々の冷却管毎に交換することができず、
ヘッダーを含めた１セットで交換せざるを得なかった。

【００１２】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
ので、その目的はビームターゲットに必要な冷却水量を
低減させ、冷却水供給設備を簡素化することにある。ま
た、本発明の他の目的は、ビームターゲットを、冷却管
の熱による伸びを吸収可能な構造とすることにより、冷
却管の変形を防止することにある。

【００１３】さらに、本発明の他の目的は、個々の冷却
管毎の交換を可能にすることにより、メンテナンス性を
大幅に向上させたビームターゲットを提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
請求項１に記載した発明は、複数の冷却管を並べてター
ゲット部を構成し、このターゲット部でビームを受けて
当該ビームの熱を除去するビームターゲットにおいて、
前記各冷却管を支持するとともに、同冷却管に冷却水を
供給し、その冷却管から送られた冷却水を排出処理する
ヘッダーを備え、前記各冷却管を、前記ヘッダーから供
給される冷却水を通す第１の配管と、この第１の配管の
内側に同軸状に配置され除熱後の冷却水を通して前記ヘ
ッダーに排出する第２の配管とから構成している。

【００１５】特に、請求項２に記載した発明では、前記
ヘッダーを、冷却水供給用配管と、この冷却水供給用配
管の内側に同軸状に配置された冷却水排出用配管とから
構成するとともに、前記第１の配管は、一端が前記冷却
水供給用配管に連通状に接合され他端が閉口の配管であ
り、前記第２の配管は、一端が前記冷却水排出用配管に
連通状に接合され他端が開口であり、その開口端は前記
第１の配管の閉口端に対して所定長さ離間して配置され
た配管である。

【００１６】請求項１及び２に記載した発明では、ヘッ
ダーの冷却水供給用配管から供給された冷却水は、第１
の配管の閉口端で折り返された後第２の配管の開口端か
ら当該第２の配管に流入し、その第２の配管を通ってヘ
ッダーに戻るようになっているため、冷却に必要な冷却
水量を低減することが可能になる。

【００１７】また特に、請求項３に記載した発明では、
前記第１の配管は、前記ビームを受けるターゲット部分
を含むターゲット用配管と、前記冷却水供給用配管に接
合された接合配管と、前記ターゲット用配管を前記接合
用配管に着脱自在に接合するジョイント部とを備えたた
め、ターゲット用配管を取り外して交換することが可能
になる。

【００１８】さらに、請求項４及び５に記載した発明で
は、前記第２の配管の外周壁に、当該第２の配管のふれ
及びたわみを防止させる複数のふれ止めを、例えば前記
第２の配管の外壁面に軸方向沿ってヘリカル状に配設し
たため、前記第１の配管を流れる冷却水はヘリカル状の
ふれ止めにより旋回し、その冷却水の熱伝達率が増大す
る。

【００１９】特に、請求項６に記載した発明では、前記
第１の配管を熱伝導率の良好な材料を用いて生成し、前
記第２の配管を熱伝導率の悪い材料を用いて生成したた
め、第１の配管を流れる冷却水と除熱により温度上昇し
た第２の配管を流れる冷却水との間には熱交換作用が発
生しない。

【００２０】また特に、請求項７に記載した発明では、
前記第１の配管を挿入可能な孔が設けられた当該第１の
配管サポート用のサポート板を有し、このサポート板を
前記第１の配管の閉口端が前記孔の途中まで挿入される
位置に配設したため、仮に第１の配管が熱膨張により軸
方向に伸びても、その伸びはサポート板の孔に吸収され
る。

【００２１】さらに、請求項８に記載した発明では、前
記第１の配管の外周壁の所要位置に前記ビームの受ける
面積を増大させるフィンを設けている。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面を参照して説明する。

【００２３】図１は、本実施例に係わるビームターゲッ
トの概略構成を示す斜視図であり、図２は、図１におけ
るＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。図１及び図２によれ
ば、ビームターゲットのターゲット部分に複数の冷却管
１…１が２段に並べて配設されている。ビーム発射側か
ら見て後方側の冷却管１…１は、手前側の隣接する冷却
管１の隙間に位置するように配設されている。

【００２４】各冷却管１は、二重管構造になっている。
すなわち、一端が閉口のＬ字型配管（外管）２と、この
外管２の内部に当該外管２より小口径であり一端が開口
のＬ字型配管（内管）３が同軸状に配設されている。こ
の内管３は、その開口端が外管２の閉口端から所定の長
さだけ離間して配置されている。

【００２５】また、外管２と内管３とは、異種材料で生
成されている。すなわち、外管２は、熱伝導の良好な材
料（例えば銅）で生成され、内管３は、熱伝導の悪い材
料（例えば、ＳＵＳ、ＦＲＰ等）で生成されている。

【００２６】さらに、ビームターゲットは、冷却水供給
用及び冷却水排出用のヘッダー４を備えている。このヘ
ッダー４も冷却管と同様に二重管構造になっており、外
側の冷却水供給用配管５と、この冷却水供給用配管５よ
り小口径の冷却水排出用配管６とから構成されている。

【００２７】冷却水供給用配管５には、冷却水を供給す
る入口となる入口用配管７が連通状に設けられている。
また、冷却水排出用配管６には、排出される冷却水の出
口となる出口用配管８が連通状に設けられ、出口用配管
８の端部は、冷却水供給用配管５の管壁を貫いて当該冷
却水供給用配管５の外側に位置している。

【００２８】上記外管２の他端と冷却水供給用配管５と
は例えば溶接により連通状に接合され、同じく上記内管
３の他端と冷却水排出用配管６は、例えば溶接により連
通状に接合されている。

【００２９】一方、外管２は、ターゲット部分及びＬ字
状の折曲部を含む配管１０と冷却水供給用配管５に接合
された配管１１とがジョイント部（菅継手部）１２によ
り着脱自在に接合されて構成されている。このジョイン
ト部１２は、例えばメカニカルジョイント等が用いら
れ、Ｏリング１３により管内部は密閉状態に保持されて
いる。

【００３０】また、外管２の閉口端はサポート板１４に
支持されている。すなわち、図２及び図３に示すよう
に、サポート板１４には、外管２が挿入されるため孔１
５が設けられており、外管２は、サポート板１４の孔１
５に、孔底から当該開口端までの間に所定の長さの隙間
ができる位置に挿入配置されている。

【００３１】さらに、内管３の管壁には、当該内管のふ
れ、たわみを防止するふれ止め１６…１６がヘリカル状
に設けられている。

【００３２】次に作用について説明する。

【００３３】入口用配管７からヘッダー４の冷却水供給
用配管５を介して供給された冷却水は各外管２へ流入す
る。各外管２へ流入した冷却水は、ターゲット部（外管
２）に入射するビームを除熱する。このとき、外管２を
流れる冷却水は、内管３の管壁にヘリカル状に設けられ
たふれ止め１６…１６により旋回流となるため、ふれ止
め１６…１６の無い場合と比べて熱伝達率が増加し、よ
り効果的にビームの除熱を行なうことができる。

【００３４】除熱を行なった冷却水は、外管２の閉口端
部で折り返し、開口端から内管３に流入する。そして、
その内管３を通ってヘッダー４の冷却水排出用配管６及
び出口用配管８を介して排出される。以上の冷却水供給
・排出を繰り返すことにより、ターゲット部に入射する
ビームを除熱する。

【００３５】すなわち、本発明によれば、冷却管１を外
管２及び内管３の二重構造とし、ヘッダー４から外管２
に供給された冷却水が外管２の閉口端で折り返し内管３
を通ってヘッダー４に戻ってくるため、冷却管１に供給
される冷却水量は、外管２と内管３との間の容積分とな
る。したがって、従来のビームターゲットと比べて必要
な冷却水量が低減し、冷却水供給に伴う設備が簡素化す
る。

【００３６】なお、上述したように、冷却水は、外管２
を流れる間にビームの除熱を行なうが、内管３を流れる
冷却水の温度は、除熱を行なった分外管３を流れる冷却
水の温度よりも高くなってしまうため、外管２を流れる
冷却水と内管３を流れる冷却水との間に温度差による熱
交換が生じ、外管２を流れる除熱用の冷却水の冷却水温
度を上昇させてしまう懸念がある。しかしながら、本実
施形態では、外管２を熱伝導の良好な金属材料で生成
し、内管３を熱伝導の悪い金属材料で生成しているた
め、外管２を流れる冷却水と内管３を流れる冷却水との
間の熱交換を防止し、除熱能力を維持することができ
る。

【００３７】また、本実施形態によれば、外管２をＬ字
状の折曲部を含む配管１０と冷却水供給用配管５に接合
された配管１１とをジョイント部１２により着脱自在に
接合して構成したため、例えば外管２の配管１０部分に
損傷が生じた場合でも、ジョイント部１２を介して配管
１０を外し、新たな配管１０′に交換することができ
る。

【００３８】さらに、このビームターゲットを長期間用
いてビームの除熱を繰り返すことにより、外管２を構成
する材料の熱膨張係数等に応じて、当該外管２には軸方
向に若干量ずつ伸びが生じてしまう。しかしながら、本
実施形態では、図２及び図３に示したように、外管２の
伸びをサポート板１４の孔１５により吸収するため、外
管２の熱伸びによる変形を防止することができる。

【００３９】一方、本実施形態の変形例を図４に示す。
図４は、図１における二重構造の冷却管１ａを示す図で
ある。図４によれば、各冷却管１ａの外管２ａの例えば
ビーム発射側から見て後方側の外周壁に、熱交換面積を
大きくするためのフィン２０が設けられている。例えば
熱負荷が１０ MW/mm² 以下であれば、受ける熱負荷を
ｑ、冷却管１ａ（外管２ａ）の直径をφ1 とすると、フ
ィン２０の長さｆは、「ｆ＝１０×φ1 ／ｑ」まで可能
である。

【００４０】この変形例では、各冷却管１ａにフィン２
０を設けたため、各冷却管１ａをフィン２０の分だけ離
間して配置することができ、冷却管１ａの本数を削減す
ることができる。

【００４１】なお、本実施形態では、冷却管１を構成す
る外管２及び内管３をＬ字型の配管としたが、本発明は
これに限定されるものではなく、冷却管は、外管と内管
の二重構造であり、その外管は、ヘッダーから供給され
る冷却水を通し、内管は、外管の内側に同軸状に配置さ
れ除熱後の冷却水を通してヘッダーに排出するようにな
っていれば、どんな形状であってもよい。

【００４２】また、本実施形態では、内管の内壁にヘリ
カル状のふれ止めを設けたが、本発明はこれに限定され
るものではなく、例えば外管の内壁にねじりテープをヘ
リカル状に挿入配置させて（つまり、外管をスワール管
として構成する）、外管を流れる冷却水に旋回を生じさ
せてもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、ビーム
ターゲットをビームの熱を除去するための各冷却管を、
各冷却管を支持するヘッダーから供給される冷却水を通
す第１の配管と、この第１の配管の内側に同軸状に配置
され除熱後の冷却水を通してヘッダーに排出する第２の
配管とから構成したため、ヘッダーの例えば冷却水供給
用配管から供給された冷却水は、第１の配管の例えば閉
口端で折り返された後第２の配管の例えば開口端から当
該第２の配管に流入し、その第２の配管を通ってヘッダ
ーに戻る。つまり、冷却に必要な冷却水量は第１の配管
と第２の配管との間の容積分となるため、従来のビーム
ターゲットと比べて必要な冷却水量が低減する。この結
果、冷却水供給に伴う設備を簡素化させ、設備コストの
削減等に寄与する。

【００４４】また、本発明によれば、各冷却管のビーム
を受ける部分であるターゲット用配管をジョイント部を
介して取り外し、交換することができるため、従来の交
換不可能なビームターゲットに比べてメンテナンス性を
大幅に向上させる。

【００４５】さらに、本発明によれば、第１の配管が熱
膨張により軸方向に伸びても、その伸びはサポート板の
孔に吸収されるようになっているため、第１の配管の熱
伸びによる変形を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係わるビームターゲッ
トの全体構成を示す斜視図。

【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ矢視断面拡大図。

【図３】冷却管の外管の閉口端とサポート板との位置関
係を示す断面図。

【図４】本発明の変形例における冷却管の一部を示す斜
視図（一部断面図）。

【図５】従来のビームターゲットの全体構成を示す斜視
図。

【図６】スワール管の構造を示す斜視図。

【符号の説明】

１ 冷却管 ２ 外管 ３ 内管 ４ ヘッダー ５ 冷却水供給用配管 ６ 冷却水排出用配管 ７ 入口用配管 ８ 出口用配管 １０ 配管 １１ 配管 １２ ジョイント部 １３ Ｏリング １４ サポート板 １５ 孔 １６ ふれ止め ２０ フィン

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の冷却管を並べてターゲット部を構
   成し、このターゲット部でビームを受けて当該ビームの
   熱を除去するビームターゲットにおいて、 前記各冷却管を支持するとともに、同冷却管に冷却水を
   供給し、その冷却管から送られた冷却水を排出処理する
   ヘッダーを備え、 前記各冷却管を、前記ヘッダーから供給される冷却水を
   通す第１の配管と、この第１の配管の内側に同軸状に配
   置され除熱後の冷却水を通して前記ヘッダーに排出する
   第２の配管とから構成したことを特徴とするビームター
   ゲット。
2. 【請求項２】 前記ヘッダーを、冷却水供給用配管と、
   この冷却水供給用配管の内側に同軸状に配置された冷却
   水排出用配管とから構成するとともに、 前記第１の配管は、一端が前記冷却水供給用配管に連通
   状に接合され他端が閉口の配管であり、前記第２の配管
   は、一端が前記冷却水排出用配管に連通状に接合され他
   端が開口であり、その開口端は前記第１の配管の閉口端
   に対して所定長さ離間して配置された配管である請求項
   １記載のビームターゲット。
3. 【請求項３】 前記第１の配管は、前記ビームを受ける
   ターゲット部分を含むターゲット用配管と、前記冷却水
   供給用配管に接合された接合配管と、前記ターゲット用
   配管を前記接合用配管に着脱自在に接合するジョイント
   部とを備えた請求項２記載のビームターゲット。
4. 【請求項４】 前記第２の配管の外周壁に、当該第２の
   配管のふれ及びたわみを防止させる複数のふれ止めを設
   けた請求項２記載のビームターゲット。
5. 【請求項５】 前記複数のふれ止めは、前記第２の配管
   の外壁面に軸方向沿ってヘリカル状に配設された請求項
   ４記載のビームターゲット。
6. 【請求項６】 前記第１の配管を熱伝導率の良好な材料
   を用いて生成し、前記第２の配管を熱伝導率の悪い材料
   を用いて生成した請求項２記載のビームターゲット。
7. 【請求項７】 前記第１の配管を挿入可能な孔が設けら
   れた当該第１の配管サポート用のサポート板を有し、こ
   のサポート板を前記第１の配管の閉口端が前記孔の途中
   まで挿入される位置に配設した請求項２記載のビームタ
   ーゲット。
8. 【請求項８】 前記第１の配管の外周壁の所要位置に前
   記ビームの受ける面積を増大させるフィンを設けた請求
   項２記載のビームターゲット。