中性子を発生させるための装置および方法

本発明は特に、中性子を発生させ及び/又は捕獲するための装置および方法に関する。

原子核核分裂反応によって中性子を発生させることは公知の実施である。この技術は、高エネルギー消費は云うまでもなく原子核核分裂反応が表すリスクを与える非常に大規模な枠組みを必要とするという欠点を有している。

中性子の発生のために用いられた別の技術は、破砕、すなわち、高加速エネルギー(MeVからGeVのオーダーの)光子、エネルギー粒子、又は軽原子核と、重原子核及び/又は中性子過剰原子核との相互作用である。入射エネルギービーム(陽子、電子、または光子)のこれら原子核への衝突は、原子核を分裂させることにより、または過剰中性子を円錐方向に引き剥がすことにより中性子を解放する。この技術は、例えば10¹⁵中性子/cm²sのオーダーの顕著な生成レベルを達成しうるためには、核反応のように重装備且つ多額の投資を要する。放射能の危険は低いが、産出量も低く、比較的短い寿命(2000時間未満)を有するターゲットの製作のために高コストと入射粒子(一般的には陽子)のビームによって消費される莫大なエネルギーを伴い、このことが何故この技術が非常に高コストなのかを説明する。

国際特許出願(WO 2009/052330)は、イオンビームと原子核との衝突の工程を有する中性子生成のための方法を記載する。原子核はイオンと同じスピン状態を有する。

国際特許出願(WO 99/05683)は、中性子を作るために陽子による電子捕獲のための電気化学的方法を記載する。

欧州特許出願(EP 2 360 997)は、原子核ビームと電子ビームとが衝突させられる中性子生成のための方法を記載する。したがって、先ず電子ビームと原子核ビームとを作ることが必要である。したがって、用いられる装置は、比較的複雑、大規模、かつ高コストでありうる。さらに、発生された中性子が装置の外部で使われなければならない(このことは大きな損失を生みうる)ので、収率は不十分でありうる。

米国特許出願(US 2014/0326711)は、ニッケルおよび水素が、シールされた封入部内で反応させられるところの熱の発生のための方法に関する。

経済的なコストおよびエネルギーコストを削減すること、並びに中性子の発生および捕獲を簡単化する必要性がある。

方法

その第1の局面によると、本発明の課題は、中性子を発生させ及び/又は捕獲するための方法であって、次の工程: a)陽子(水素原子核)、重陽子(重水素原子核)、及び/又は三重陽子(三重水素原子核)から選択された原子核を電場に曝して、前記原子核を抽出し且つ十分に抽出された原子核を、自由電子を含むターゲットの方へ向けること、 b)前記原子核の磁気モーメントに所定の配向を与えるように、特に該ターゲットの方への該原子核の加速の間に、該原子核を第1磁場の空間的及び/又は時間的な勾配に曝すこと、 c)該ターゲットの該自由電子の磁気モーメントに所定の配向を与えるように、該ターゲットを第2磁場に曝すこと、 を包含している。

該自由電子の磁気モーメントおよび該原子核の磁気モーメントは、同じ方向に整列され得る。それらは、該ターゲットの方への該原子核の移動方向に対して、これと同じ方向または反対方向において平行でありうる。このようにして、これらは、工程b)において抽出された原子核ビームの軸と共線的でありうる。そのような配列を得るために、用いられる磁場は、軸方向でありえ、原子核のビームの軸と一致する軸を有する。

このようにして、衝突による中性子の生成を引き起こすことは可能である。このようにして発生された中性子は、次に、ターゲットの構成原子核によって捕獲され得、これは、中性子捕獲によるこれら同じ原子核の変換を含んでいる。

「自由電子」は、ターゲットの伝導層の電子であると理解されるべきである。該電子は、ターゲットの原子に弱く結合しており、そしてそれによって電気の流れに参加しうる。これら自由電子を含む層は、少なくとも原子核ビームの側の数ナノメートルから数マイクロメートルまでの厚さに亘ってターゲットを被覆しうる。

「磁気モーメント」は、粒子(即ち、原子核または電子)の固有の磁気モーメントを意味すると理解されるべきである。これら粒子は、電荷および磁気モーメントを備えている。

磁場、外部磁場、またはターゲット自体の超常磁性物質によって生成された磁場によって配向された電子は、ターゲットの構成原子、即ち例えば、それ自身変換されるべき原子、または変形実施態様においてこの目的のためにターゲット上に又は内部に添加された特定の原子(例えば電子ドナー)に起源を有しうる。これら電子ドナーはまた、磁場増幅器として局所的に働きうる。実際、好ましくはそのキュリー温度を超えて加熱されたいくつかのターゲット物質は、それら自身の磁気と加えられた外部磁場との組み合わせの効果の下で、磁場の勾配を局所的に増強することに参加しうる。このようにして、電子の磁気モーメントは、入射原子核の磁気モーメントと組み合わされた磁場の勾配の影響のもとで少なくとも局所的に整列されることができ、それは次の電子捕獲による中性子の生成を可能にする。

ターゲットは、超常磁性特性を有しうる。

「超常磁性特性」は、ターゲットが1以上の超常磁性物質を含んでいること意味すると理解されるべきである。超常磁性は、強磁性物質またはフェリ磁性物質の振舞いであり、それは、それらが小粒子またはナノ粒子の形状であるときに現れる。十分に小さなサイズの粒子において、磁気は、温度の影響下で自発的に反転させられうる。2つの反転の間の平均時間は、ネール(Neel)緩和時間と呼ばれている。印加された磁場が存在しない場合に、もしこれら粒子の磁化を測定するのに用いられた時間が、ネール緩和時間よりもかなり長いときは、それらの磁化は現れず、それらは、超常磁性状態であると云われる。この状態においては、外部場は、常磁性物質におけるように粒子を磁化しうる。それにもかかわらず、超常磁性粒子の磁化率は、常磁性物質のそれよりもはるかに大きい。

ターゲットが超常磁性特性を有する場合に、ターゲットは、超常磁性のその特性を引き出すために十分な温度にさらされうる。ターゲットが超常磁性の特性を有する場合に、ターゲットの加熱は、超常磁性のその特性を引き出すことを可能にする。

ターゲットが超常磁性特性を有する場合に、ターゲットの自由電子の磁気モーメントに配向を与えるように、ターゲットを第2磁場に曝すことはまた可能である。第2磁場へそのように曝すことは、磁化されたナノ粒子の配向に所定の方向を与えることを可能にする。この好まれた方向は、例えば入射陽子ビームの方向または陽子ビームの反対方向でありうる。

このようにして発生された中性子は、次いで、金属又は非金属でありえ、且つ金属又は伝導性でありかつ(好ましくは、強磁性の、超常磁性の)層により被覆されうるところのターゲットと相互作用する。非金属ターゲットの場合に、金属のまたは伝導性の層の存在は必要な電子を与え、かつ、もしこの層が強磁性、又は超常磁性であれば、結合された電子の磁気モーメントをより効果的に配向させるために、局所磁場の勾配の増加とを提供する。

入射原子核による電子の捕獲は、相互作用する粒子の磁気モーメントの配向によって引き起こされる。これは次いで、入射原子核を抽出しかつ加速するために印加された電位の強さに依存して、冷中性子、熱中性子、低速中性子または高速中性子を生成することを可能にする。

このようにして、本発明に従う方法において、入射原子核によって誘起された電子の電子捕獲とその直後のターゲット自身の原子核によって発生された中性子の捕獲による、ターゲット内での中性子の発生を得ることが可能である。この方法は、エネルギーを生成するために、同位体を生成するために、または核ゴミの変換のために用いられうる。

従って本発明の1つの利点は、中性子の発生が、ターゲット外の中性子源の場合のように中性子のかなりの割合が失われることなしに、ターゲット内のその場で起こりうることである。別の利点は、粒子の磁気モーメントを、特に原子核ビームの軸に平行に整列させるための方法の恩恵による、低エネルギーコストでのこれら中性子の生成である。

さらに入射原子核のエネルギーは、変更可能でありうる。それは、調節可能、特に1μeV〜25MeVの間の区間内で、より良くは0.025eV〜10keVの間で、さらに良くは0.01eV〜0.4eVの間で調節可能である。

表現「磁気モーメントに所定の配向を与える」は、また「分極」と呼ばれ、磁場の勾配が、粒子(原子核および電子、好ましくは電子)の固有の磁気モーメントを該場のおよび原子核ビームの変化の方向に配向させることを意味する。この配向は、1のまたは複数の磁場のもとで相互作用に入る粒子の少なくとも0.01%に、少なくとも1%にさえ、少なくとも10%にさえ、少なくとも50%にさえ、または実質的に全てにさえ影響を及ぼしうる。

原子核のおよび電子の磁気モーメントは、第1磁場の勾配の方向に配向されうる。第1磁場の勾配は、原子核ビームの軸に従ってそれ自体配向されうる。

生成された中性子のエネルギーは、1μeV〜25MeVの間、好ましくは0.025eV〜10keVの間、およびより良くは0.01eV〜0.4eVの間にさえ存在しうる。このエネルギーは、入射原子核と連絡されたパルスに、および特に電子捕獲反応に参与した原子核を抽出するために印加された電位に依存しうる。

別の局面によると、本発明の別の主題は、中性子の発生及び/又は捕獲のための方法であって、以下の工程; a)陽子(水素原子核)、重陽子(重水素原子核)、及び/又は三重陽子(三重水素原子核)から選択された原子核を電場に曝して、前記原子核を抽出し且つ十分に抽出された原子核を、自由電子を含んでいるターゲットの方へ向けること、 b)前記原子核の磁気モーメントに所定の配向を与えるように、特に該ターゲットの方へのそれらの加速の間、該原子核を第1磁場の空間的及び/又は時間的な勾配に曝すこと、 c)超常磁性の特性を引き出すために十分な温度に該ターゲットを曝すこと、該ターゲットは超常磁性特性を有する、 を包含している。

ターゲットが超常磁性特性を有する場合に、ターゲットの加熱は、その超常磁性特性を引き出すことを可能にする。

ターゲットが超常磁性特性を有する場合に、ターゲットの自由電子の磁気モーメントに所定の配向を与えるように、ターゲットを第2磁場に曝すことはまた可能である。そのような第2磁場へ曝すことは、磁化されたナノ粒子の配向に好ましい方向を与えることを可能にする。この好ましい方向は、例えば入射陽子ビームの方向、または陽子ビームの反対方向でありうる。 入射原子核

原子核は、無線周波を印加(以下で記載されよう)、または高電圧を印加することによって、水素の、及び/又は重水素の、及び/又は三重水素のプラズマを生成することによって得られうる。無線周波の存在における強い磁場の存在は、マグネトロン型式の電子サイクロトロン共鳴(ECR)でのプラズマの励起の工程へ導き、このことはプラズマの閉じ込めと維持を実質的に改良することを可能にする。

「プラズマ」は、空間の或る領域に閉じ込められているところの陽イオンと電子との集合であると理解されるべきである。好ましくは、水素、及び/又は重水素、及び/又は三重水素の中性ガスが、制御された圧力に維持された封入部内に導入される。この封入部は、真空ポンプによって強烈な低圧に、特に真空圧に維持されうる。封入部内の圧力は、例えば10⁻⁹ミリバール〜100ミリバールの間、より良くは10⁻⁷ミリバール〜10⁻³ミリバールの間に存在している。

変形実施態様として、プラズマは、電気放電によって得ることができる。水素、及び/又は重水素、及び/又は三重水素の原子核は、ガスへの高電圧の印加によって得ることができる。

別の変形実施態様として、原子核は、例えば市場において例えば商標Monogan-M100、ECRイオン源又はProton源として入手可能であるところの原子核源または陽子源により得ることができる。

例示的な実施態様において、水素、及び/又は重水素、及び/又は三重水素のガスは、この又はこれらのガスのプラズマを生成するように、特に勾配を有するまたは勾配のない磁場の影響の下で、無線周波数の場に曝される。該周波数は、10MHz〜400MHzの間にありうる。 原子核の源の性質

本発明に従う方法は、工程a)の前に、原子核のビームの生成の工程を備えうる。

本発明の文脈において用いられうるところの原子核の源として、公表物:MILEY達による「Ion Gun Injection In Support Of Fusion Ship II Research And Development」、またはKiss達による「Modified extraction geometry in a radio-frequency ion source」に教示された源を引用することが可能である。

原子核の源は、用いられうる原子核の加速器の任意のタイプ、例えば、直線的すなわち線形加速器、シンクロトロン又はサイクロトロンのような円形加速器を、その源内に備えうる。 原子核ビームの特徴

原子核ビームは、その生成の瞬間に、10⁻⁸〜10⁻¹mの間、例えば10⁻⁶〜10⁻¹mの間、例えば5*10⁻⁴〜5*10⁻²mの間に存在する或る直径を有しうる。「ビームの直径」は、上記ビームの横断面における最大直径を意味すると理解されるべきである。

原子核ビームは、10⁹〜10²³原子核/秒の間に存在する或るフラックスを有しうる。

原子核ビームを構成しているところの原子核の少なくとも50%、例えば少なくとも75%、例えば実質的に全てが、1μeV〜25MeVの間、例えば0.025eV〜10keVの間、例えば0.01eV〜100eVの間に存在するエネルギーを有しうる。

原子核ビームは、連続的に放射されうる。変形実施態様として、原子核ビームはパルス化されうる。「パルス化されたビーム」は、ビームが、ある継続時間(例えば1s以下、1ms以下、例えば1μs以下、例えば1ns以下、10ps以下、1ps未満)のパルスの形において放射されることを意味すると理解されるべきである。パルスは、例えば1ps〜1msの間に存在する或る継続時間を有する。2つの続くパルスを分離している時間は、例えば1ms以下、例えば1μs以下、例えば1ps以下である。

パルス化された抽出は、特に、ビームの原子核を有する真空中の封入部内の原子及び/又は分子から形成された過剰な粒子間の妨害的な相互作用を制限することを可能にする。

原子核のビームがパルス化されている場合に、パルス毎に生成された中性子の数は、例えばパルス当り1〜10¹⁹中性子/cm²の間、10⁶〜10¹⁷中性子/cm²の間、より良くは10¹²〜10¹⁵中性子/cm²の間でありうる。

中性子の生成は、連続形態またはパルス形態において実施しうる。

ターゲットが強磁性及び/又は超常磁性物質を含む場合に、ターゲットの自由電子の磁気モーメントに所定の配向を与えるように、ターゲットを磁場に曝すことが可能である。 無線周波

上記原子核は、原子核の磁気モーメントに所定の配向を与えるように、無線周波に曝されうる。これら無線周波の印加は、特に悪く配向された原子核の磁気モーメントに所望の方向に配向を与えることを可能にする。これらの無線周波は、例えば40MHzのオーダーでありうる。

ターゲットは、ターゲットの自由電子の磁気モーメントに所定の配向を与えるように無線周波に曝されうる。これらの無線周波の印加は特に悪く、配向されているターゲット自由電子の磁気モーメントに所望の方向に配向を与えることを可能にしうる。これらの無線周波は、例えば25GHzのオーダーでありうる。

表現「無線周波に曝される」は、「1の或る無線周波放射に曝される」を意味すると理解されるべきである。

無線周波の周波数は特に、関連する磁場の強さおよびビームのタイプ(電子、陽子、重陽子、または三重陽子)に依存する。無線周波は、無線周波発生器を用いて、10kHz〜50GHzの間、50kHz〜50GHzの間にある周波数で印加されうる。発生された無線周波は、10MHz〜25GHzの間、100MHz〜2.5GHzの間にさえも存在し、例えば45MHzのオーダーでありうる。無線周波は、封入部を囲む無線周波発生器の、原子核及び/又は電子の夫々のビームためのアンテナまたは封入部の内部に置かれているアンテナによって印加されうる。無線周波の放射の方向は、原子核ビームの軸に直角または平行でありうる。

プラズマを生成するために用いられる無線周波は、1MHz〜10GHzの間、10MHz〜1GHzの間にさえ、より良くは100MHz〜700MHzの間に存在し得、例えば200MHzのオーダーでありうる。 磁場

印加された第1磁場は0.005テスラ〜25テスラの間に存在している強さ、0.1テスラ〜1テスラの間に存在している強ささえをも、且つ上記原子核を容れる封入部の容積に亘って0.001テスラ/m〜1000テスラ/mの間、0.01テスラ/m〜100テスラ/mの間にすら存在している空間的勾配(例えば、封入部の容積に亘って10テスラ/mのオーダーの変動を伴う)を有しうる。

変形実施態様として、第1磁場は、周波数及び/又は信号の形状によって時間的に変動する。発生された第1磁場の最大強さは、0.005テスラ〜25テスラの間に存在しうる。封入部内において、勾配は例えば0.1テスラ/m〜1000テスラ/mの間に存在する。

粒子の磁気モーメントの配向は、ターゲットの全てに亘る磁場の勾配に依存するので、ターゲット全体に亘るこの勾配を制御するために、もし同じ軸上に置かれた1または2のコイルによって得られうる勾配を直すことが必要であれば、追加のコイルを有することは恐らく有用である。このようにして磁場の勾配の形状は、ターゲットのサイズおよび形状に従って変更されうるであろう。

発生された第1磁場は、1以上の永久磁石または1以上の電磁石によって発生されうる。第1磁場は例えば、正弦波形状または先の尖った形状を有する可変電流によって生成されうる。電磁石を有する発電機は、例えば連続電圧及び/又は1Hz〜25MHzの間に存在する周波数を有する可変電圧を発生させうる。この第1磁場の印加は、原子核の磁気モーメントの配向を可能にする。

ターゲットの自由電子は、第2磁場の空間的及び/又は時間的な勾配に曝されうる。このようにして第2磁場は、空間的及び/又は時間的な勾配を有しうる。変形実施態様として、この第2磁場は、時間的に及び/又は空間的に一定でありうる。第2磁場は、上記電子を含んでいるターゲットの容積内において0.01T/m〜1000T/mの間に存在する空間的勾配、例えばターゲットの容積内において10T/mのオーダーの空間的勾配を有しうる。変形実施態様として、第2磁場は、信号の周波数及び/又は形状について時間的に可変である。生成された第2磁場の強さは、0.005T〜25Tの間に存在しうる。

生成された第2磁場は、1以上の永久磁石若しくは1以上の電磁石によって、または無線周波発生器によってさえ、またはこれらの組み合わせによってさえ生成されうる。第2磁場は例えば、正弦波形状および先の尖った形状を有する可変電流によって生成されうる。電磁石を有する発電機は、例えば連続電圧及び/又は1Hz〜25MHzの間に存在する周波数を有する可変電圧を発生させうる。この第1磁場の印加は、電子の磁気モーメントの配向を可能にする。

第1磁場及び/又は第2磁場は、信号発生器により制御された電源を伴う電磁石によって生成されうる。信号は、例えばサイリスタ(例えばGraetz ブリッジを有する)によって作られた、正方形、正弦波、または整流された信号でありうる。例えば、ウエブのページ:https://fr.wikipedia.org/wiki/Thyristor に示されたように、電圧およびGraetz ブリッジから出る電流(20°に等しいサイリスタの遅れ角を有する)を用いることは可能である。このタイプの電流は、時間的磁場変動を生成しうる。

1又は複数の電磁石は、強磁性のコアを有し又は有さないこともありうる、例えば、コアを有する1の電磁石およびコアを有しない別の電磁石でありうる。そのことが、磁場の空間的勾配を得ることに好都合であることを可能ならしめうる。

別の実施態様において、電磁石のコアは、ガスを有するプラズマを供給するために貫通されうる。別の実施態様において、ガスの取り込みは封入部の壁を通して生じうる。

第1磁場及び/又は第2磁場は、例えば1Hz〜25MHzの間に存在する周波数の生成を伴いうる。無線周波の一または複数の印加は、電子および原子核の磁気モーメントの配向に対して追加的な助けを提供し得て、ひいては本発明の方法の収率における増加を可能にする。無線周波数は、1MHz〜50GHzの間、例えば、約1テスラの磁場の下で、原子核に対しては42MHzそして電子に対しては25GHzでありうる。この周波数は印加された磁場に依存する。

本発明の別の変更実施態様によると、1つの信号コイルは、2つの磁場を置き換えるところの1つの磁場を生成しうる。このコイルは、コアを有するまたはコアを有さないコイルでありうる。 電場および電位差

特にプラズマへ印加された電場は、原子核を電位差に曝すために、1以上の電極、特に1対の陽極/グラウンドまたは1対のグラウンド/陰極によって得られうる。

1対の電極は、電極ホールダによって支えられうる。電極およびグラウンドは、その極性以外において同一の形状でありうる。電極ホールダは、電極とグラウンド(それらは同一形状でありうる)とのために2つのハウジングを備えるリング形状を有しうる。

さらに、電極ホールダは、半径方向開口部(例えば直径方向に向き合いうるそれらの2つ)によって貫通されうる。これら半径方向開口部は、電極ホールダを封入部内に固定するために用いられうる。

電極ホールダはまた、横開口部を備えうる。横開口部は、封入部の中心軸から最も離れて存在する、封入部の両側における電気接続の通過のために用いられうる。これら横開口部また、より小さな直径でありうる。横開口部の6つが存在し、これらは封入部の中心軸の周りに対称的に配置されている。

横開口部はまた、電極およびターゲットの支持部の保持を可能にするところのスペーサの通過のために用いられうる。これらスペーサは、1以上の熱転送流体の循環、および装置内で生じた熱の抽出のために用いられうる。スペーサと同様に、それらの4個が存在し得、そしてそれらは封入部の中心軸の周りに対称的に配置されうる。

最後に、別の横開口部が、自由のままであり得、装置内の圧力を平衡させるために及びガスの循環のために用いられうる。6個の該横開口部が存在し得て、封入部の中心軸の周りに対称的に配置されうる。

電極のこの対は、プラズマから所定の距離で、好ましくはその直近に及び/又はターゲットからの所定の距離で配置されうる。ターゲットへの距離は、1mm〜1mの間に、例えば60mmのオーダーで存在しうる。

プラズマの陽電極は、0V〜10000Vの間に存在する、例えば6kVのオーダーでありうる電位にされ得る。電場は、100V/m〜10MV/mの間に、例えばMV/mのオーダーでありうる。電極の幾つかの対は、ターゲット上で原子核のパルス化を増加させるために用いられうる。

変形実施態様として、プラズマに対して陰極とグラウンドを用いることが可能である。陰極は次いで、0V〜−10000Vの間の、例えば−6kVのオーダーンの電位にされうる。

陽極または陰極の電圧は、原子核に、意図された応用によって望まれたパルスを割り当てることを可能にする。

印加された電場(特にターゲット上の)は、ターゲットの電子を電位差に曝すために、1以上の電極(特に1対のグラウンド/陰極、または陽極/グラウンド)によって得られうる。

電極の少なくとも1つは、上に記載されたようでありうる、電極ホールダによって支えられうる。別の電極は、全体的に先細の形状でありうる。

電子のこの対は、ターゲットから所定の距離に、好ましくはこの直近に配置されうる。

変更の実施態様において、ターゲットそれ自体が、グラウンドに接続されうる。

変更態様として、ターゲットは、陰極へ接続されうる。陰極は、次いで0V〜−10000Vの間、より良くは−5V〜−500Vの間に存在する、例えば−300Vのオーダーでありうる電位にされうる。この場合、上述の電極ホールダはグラウンドを支えている。

ターゲットまたはその封入部は、その表面に少なくとも1つの電気接続部を備えうる。 ターゲット

ターゲットは、金属製で、全てが金属でさえあり得、それは、特に方法がエネルギーを生成するために使われる場合でありうる。

変形実施態様として、ターゲットは、非金属であり得、それは特に方法が例えば変換の目的のために用いられる場合でありうる。この場合に、それは、強磁性のまたは超常磁性の金属ジャケットを備えうる。例えばそれは、Fe、Ni、Mo、Co、FeOFe₂O₃、MnBi、Ni、MnSb、MnOFe₂O₃、CrO₂,MnAs、Gd、Dy、EuO、U、Wの内の少なくとも1つを含み得、このリストは限定的なものではない。この場合に、ターゲットまたはその金属ジャケットは、上で説明されたように陰極へまたはグラウンドへ結合されうる。

ターゲットは固体、液体または気体でありうる。それは例えば、少なくともナノ粒子(特に、超常磁性物質の場合に)、粉末、泡、多孔性物質、複合材料、及び/又はゾル‐ゲル状の物質を備えうる。それはまた、勾配を有する又は有しない磁場に曝される金属及び/又は電気伝導材料を含むことができ、このリストは非限定的である。

ターゲットが流体であるとき、流体は循環されることができ、または循環用溶媒内に含められうる。装置は、ターゲットの流体を循環させるための手段を備えうる。これら手段は例えば、ポンプ、ミクサー、またはウォームスクリューを包含しうる。流体及び/又は溶媒は、次の非限定的なリスト:水銀、ナトリウム Na、水から選択されうる。可能な溶媒は、例えば、粉末(例えばNiまたはMoの粉末)を運搬することを可能にする。

変形の実施態様において、特にエネルギーの生産のために、ターゲットは水を容れている金属の封入部でありうる。

ターゲットは、100℃〜4000℃の間、200℃〜2000℃の間にさえ、より良くは200℃〜1700℃の間、300℃〜1500℃の間にさえありうる温度まで加熱されうる。例えば、ターゲットを加熱するために電気抵抗または別の熱源を用いることが可能である。そのような加熱は、特にターゲットが、強磁性及び/又は超常磁性物質、ターゲットの金属部分またはその金属ジャケットの伝導電子を含む場合において、磁気モーメントの配向を改良することを可能にすることができる。

ターゲットの加熱は、その自由電子が、物質媒体の影響下でより少なく、そして外部場の影響の下ではより多く存在することを許容しうる。配向された電子の数を増やすために、ブロッホ層の「自由」電子がより少なく相互作用するように且つ外部場の影響にもっと曝されるように、ターゲットの温度を上昇させることが好ましい。

本発明に従う方法は、10⁻⁷を超える中性子生成率を有しうる。「中性子生成率」は、変換の数/ターゲットにリンクされた陰極から抽出された電子の数、と定義される。

誘起された電子捕獲が、それ自身で中性子を有する原子核によってなされる場合に、自由にされた中性子の量は、誘起された電子捕獲により生成された中性子の数よりも、単に既存の中性子の自由化によって多くありうる。

生成された中性子の数は、10³中性子/cm²秒を超え、例えば10¹³中性子/cm²秒を超えさえ、より良くは10¹⁹中性子/cm²秒を超えさえしうる。

本発明に従う方法は、中性子のビームの生成を可能にしうる。「ビーム」は、源によって1またはそれ以上の与えられた空間方向に発生され、或る速度で駆動された粒子の集合であると理解されるべきである。この場合に、ターゲットは電子ビームによって置き換えられる。

本発明の別の課題は、上記と独立にまたは上記との組合せにおいて、発生された中性子のパルスを制御するための方法であり、そこでは中性子を抽出するために印加された電位の強さが制御される。要するに、抽出電場の強さは、原子核に対してそして従って生成された中性子に対してより大きなまたはより小さいパルスを与える。このような仕方で、生成された中性子のパルスを、ターゲット物質の最適有効中性子捕獲断面に適応させるように該パルスを変調することは可能である。

磁場勾配は、磁場生成装置と、ナノメートルの、原子の、および原子核のスケールに対するターゲットの物質の磁気的振舞いとの組合せによって局所的に生成されうる。 装置

本発明の課題はまた、上記と独立に又は上記の課題との組合せにおいて、上で規定されたような方法を実装するための装置である。

その局面の別の面によると、本発明の別の目的は、中性子を発生させ及び/又は捕獲するための装置、例えば上で記載されたような方法を実装するための装置において、 a)陽子(水素原子核)、重陽子(重水素原子核)、及び/又は三重陽子(三重水素原子核)の中から選択された原子核を、例えば真空ポンプによって制御された圧力下で、例えば中性の水素又は重水素及び/又は三重水素ガスを導入することによって封入部内に置くことが可能である封入部、 b)該封入部内に存在する該原子核の磁気モーメントに所定の配向を与えるように、第1磁場の空間的及び/又は時間的な勾配を印加するための手段、 c)上記原子核を抽出し且つ十分抽出された原子核を電子の方へ向けるために電場を印加するための手段、および d)上記電子の磁気モーメントに所定の配向を与えるように該電子へ第2磁場を印加するための手段、 を備えている上記装置である。

装置はまた、ターゲットが超常磁性特性を有する場合に、ターゲットの超常磁性特性を活性化させるために、電子を含んでいるターゲットを加熱するための手段を備えうる。

原子核の磁気モーメントおよび自由電子の磁気モーメントは、同じ方向に、特に封入部内の原子核の移動の方向に整列させられうる。該原子核および該自由電子のこれら磁気モーメントは、封入部内の原子核の移動の方向に、同一方向または反対方向で平行でありうる。このようにして、それらは、工程c)において抽出された原子核のビームの軸と共線的でありうる。

電子および原子核の電子の磁気モーメントは、次いで同じ方向に整列されることができ、これは、それらの衝突の際に電子の捕獲を有利にするを可能にする。第2磁場は空間的及び/又は時間的勾配を有しうる。変形実施態様として、第2磁場は時間的に及び/又は空間的に一定でありうる。

装置は、例えばプラズマの生成により、及び電場を印加するための手段(したがって電位差)を用いて原子核をこのプラズマから抽出することによる、ガスから中性子を生成するための手段を備えうる。装置は特に、上で説明したように封入部内で水素、重水素、及び/又は三重水素のプラズマを生成することを可能にするために、封入部を囲む又は封入部内に組み込まれた無線周波発生器を備えうる。

電場を印加するための手段は、上で説明されたように1以上の電極および1以上のグラウンドを備えうる。電場を印加するためのこれらの手段は特に、第1の典型的な実施態様において、原子核がそこから来るところの封入部の側面に陽極、及び反対側、即ち電子を含むターゲットの側にグラウンドへの接続部を備えうる。第2の典型的な実施態様において、電場を印加するためのこれらの手段は、原子核がそこから来る、及び/又はプラズマがそこで生成されるところの封入部の側にグラウンドへの接続部、及び反対側に、すなわち電子を含むターゲットの側に陰極への接続部を備えうる。

装置は特に、陽極/グラウンドまたはグラウンド/陰極の1以上の対を備え得、各電極または電極の対は電極ホールダによって支えられている。

電極ホールダは、電極およびグラウンド(それらは同一形状でありうる)のための2つのハウジングを備えるリングの形状を有しうる。電極ホールダは、電気接続のための通路、スペーサのための通路の中の少なくとも1つのための、及び/又は装置内の圧力を平衡させるための及びガスの循環のための横開口部を備えうる。

装置はまた、上に記載されたように、抽出電極および集束電極(これは上述の電極ホールダによって支持されないであろう)を支える絶縁用電極ホールダを備えうる。集束電極は、全体的に先細の形状を有しうる。それは別の電極ホールダによって支えられうる。それは、装置内の圧力を平衡させるために及びガスの循環のために開口部により貫通されうる。

電子抽出電極と原子核加速電極とターゲットとの間に、装置は、無線周波アンテナを備えうる。上述された電極はまた、無線周波アンテナとして働きうる。 ビーム

装置は、電子ビームを発生することを可能にする電子の源を備えうる。それは、例えば電極、例えば陰極、およびターゲットから電子を抽出することを可能にするグラウンド電極でありうる。電極は、ターゲットそれ自身でありうる。それは、例えば100℃〜4000℃の間、より良くは200℃〜1700℃の間にある温度にされうる。別の変形実施態様において、陰極は電界効果陰極でありうる。

第2磁場の印加は、電子の磁気モーメントの配向を可能にする。このようにして、例えば、上記のビームを形成する粒子の少なくとも50%、例えば少なくとも75%、例えば実質的に全てが、配向された磁気モーメントを有することを許容することが可能である。

このようにして原子核のビームおよび電子のビームは、相互作用させられ、2つのビームの粒子は、磁場の空間的及び/又は時間的勾配を有する又は有しない磁場の下で2つの電極対の間に含まれた空間内で、整列されたそれらの磁気モーメントを有している。

1の又は複数の抽出電極は、例えば、次のリスト(これは非限定的である):タングステン、チタン、タンタル、金、プラチナ、ニッケル、鉄からの1以上の物質における金属格子の形状に作られうる。電極は、相互の接続部の絶縁を可能にするセラミックまたはプラスチック材料の輪郭を有しうる。1の実施態様において、これらプラスチックまたはセラミックの輪郭は、装置の封入部内のガスの真空ポンプへの循環を促進するために孔を開けられうる。 ターゲット

装置は、原子核を受けることを意図された、伝導電子を含むターゲットを備えうる。電子及び原子核の磁気モーメントは、次いで入射原子核の速度の方向と同じ方向に整列されうる。このことは、ターゲット、特にターゲットの金属部分の表面(ここでは金属の電子の海の自由電子、換言すれば伝導層の電子が存在する)上に衝突の際、ビームの原子核によって、十分に配向された電子の捕獲を促進すること可能にする。

ターゲットは、強磁性及び/又は超常磁性物質を含みうる。ターゲットは、強磁性及び/又は超常磁性物質で部分的に又は全体的に構成され得、それらは(磁場と組み合わされて)電子および原子核の衝突の瞬間での電子および原子核の磁気モーメントの配向および維持を促進しうる。

ターゲットの変換されるべき元素は、金属部分自身の元素または該金属部分の直ぐ背後に含まれた別の元素でありうる。

この金属部分は薄くあり得、例えば、所望の応用に依存して1μm〜数m(例えば10m)のオーダーの厚さを有する。応用は、放射性元素の作成、アクチニドおよび放射性物質の変換、中性子捕獲による熱エネルギーの生成でありうる。

ターゲットの金属部分はまた、グラウンド又はカソード電極へリンクされうる。

装置はまた、上で説明したように電子を含むターゲットを加熱するための手段を備えうる。装置はまた、上で説明したようにターゲットから熱を抽出するための手段を備えうる。 封入部

封入部は、1mm³〜100m³の間、より良くは1cm³〜1m³の間、10cm³〜1dm³の間にすらある内部容積を有しうる。封入部は、求められる応用および生成されるべき中性子の数に依存して小さくも大きくもありうる。 真空及び温度

封入部は、例えば1パスカル以下、例えば10⁻⁵パスカル(10⁻⁷ミリバール)以下の圧力にされうる。低圧を有する封入部は、粒子の密度を制限することを可能にし、従ってビームの潜在的な乱れの源を限定することを可能にしうる。

そのような圧力は、例えば、イオン真空ポンプの使用によってまたは本発明に適する何らかの手段によって得られうる。

本発明に従う方法は、衝突に入ることを意図された粒子以外に実質的に何の物質も容れていない封入部内において生じうる。 封入部の壁

封入部の壁を形成する材料の厚さおよび性質は、電子捕獲及び/又は衝突工程の後に発生された放射及び粒子、および衝突させられることを意図されたビームを閉じ込めるように選択されうるであろう。封入部の少なくとも1つの材料は、以下のリスト(これは非限定的である):水晶、ステインレス鋼、チタン、ジルコンから選択されうる。 出力ダイアフラム

本発明に従う装置は、特に自由中性子を発生させることを意図されている場合に、出力ダイアフラムを備えうる。例えば、本発明に従う装置が真空下の別の封入部に結合されている場合に、出力ダイアフラムは、中性子のビームが通過することを可能にするように、中性子とほとんど相互作用しない材料で作られたディスクでありうる。出力ダイアフラムは、例えば中性子の弱い吸収材である1以上の材料から構成されうる。出力ダイアフラムは、例えば、炭素、マグネシウム、鉛、シリカ、ジルコニウム、またはアルミニウムを含みうる。出力ダイアフラムは、任意の形状、例えば円形、卵形、楕円、多角形でありうる。 冷却及び/又はエネルギー収集

装置は、冷却手段、及び/又はエネルギーの(より特には一次熱エネルギーの)発生のためのエネルギー収集手段(特に熱交換器による)を備えうる。この一次熱エネルギーは、次にニーズと応用に依存して機械的または電気的エネルギーに変換されうる。

冷却の場合に、熱交換器は、1以上の熱転送流体の閉回路を備えうる。熱交換器は、これら熱転送流体を回収するための手段を備えうる。熱転送流体は例えば、以下のリスト(これは非限定的である):空気、水、油、および意図された応用に適切であるいずれかの熱転送流体から選択されうる。

エネルギー収集の場合において、単一の回路、または変形実施態様としていくつかの回路を用いることが可能である。

単一の回路を用いる場合において、エネルギー収集のために用いられた流体は、状態を変化、例えば液体状態から気体状態へ変化しうる。この場合に、それは、一定であるところの、または技術的発生モードに従って選択された圧力下で状態を変化するか、または容積を変化させることによって、環境の圧力で状態を変えことさえできる。したがってそれは、最も適切な実施態様に従って、例えばタービンを回すこと、ピストンエンジン、または例えば推進手段として用いられるものでさえも、圧力および容積を変えうる。

変形実施態様として、第1回路の放射性汚染が中性子炉の直近環境に影響することを回避するために、いくつかの回路を用いることは可能である。このようにして、第2回路、第3回路でさえも用いることは可能である。最後の回路は、単一回路の場合に上に記載されているように動作して、異なる回路間の一連の熱交換器を通して発生された熱エネルギーを収集することを可能にする。

このエネルギーを、熱エネルギーの形態において、及び/又はタービン、ピストン、スターリングエンジン、または何らかの適切なシステムを通して機械的エネルギーの形態において、または上述の機械的エネルギー変換システムへ公知の装置、例えば交流発電機の追加によりそれを電気エネルギーに変換することによってさえ、使用または変換することは可能である。

収集および熱交換回路において用いられる熱転送流体は、水、油、溶融塩、または高温で流体になる物質の何れかのタイプ(例えばナトリウム、鉛、塩)から選択されうる。各回路は、必要に応じて異なる流体を含みうる。 磁場

第1および第2磁場は、装置の軸方向にまたは該軸に対して直角に配向されうる。好ましくは、第1および第2磁場は、原子核及び/又は電子のビームの軸に平行である。

「磁場の勾配」は、空間的にまたは時間的に非一様であるところの磁場の強さを意味すると理解されるべきである。空間的または時間的な変化は、例えば1μT〜100Tの間、より良くは1mT〜50Tの間、1T〜10Tの間でさえありうる。磁場が印加される空間のサイズは、1nm³〜100m³の間、より良くは1μm³〜1m³の間、1mm³〜1dm³の間でさえありうる。磁場は、時間的に変化しうる。それは、長い又は短い時間期間に亘って、例えば1ps〜10sの間、より良くは1ns〜1sの間、1μs〜10msの間でさえ、10μs〜1msの間でさえある期間に亘ってゆっくりとまたは急速に変化しうる。

第1磁場の勾配を印加するための手段は、上で説明されたように第1磁場を発生するための第1電磁石を備えうる。変形実施態様または追加の実施態様として、これら手段は、無線周波発生器を備えうる。

第2磁場を上記電子へ印加するための手段は、上で説明されたように第2磁場を発生するための第2電磁石を備えうる。変形実施態様または追加の実施態様として、これら手段は、無線周波発生器を備えうる。無線周波数は、1MHz〜1000GHzの間、より良くは5MHz〜100GHzの間に存在しうる。この第2磁場の印加は、電子の磁気モーメントの配向を可能にする。1の実施態様において、無線周波数は、1テスラ(T)の第2磁場の場合に25GHzでありうる。

電子捕獲を生成するための、原子核と、結合された又は自由な電子との間の相互作用は、第2電磁石の場内において生じうる。

本発明に従う方法または装置において実装された1以上の磁場を生成することを可能にする手段は、超電導コイル、抵抗性コイル、または抵抗性コイルと超電導コイルを含む「ハイブリッド」コイルから選択されうる。少なくとも1つの共振コイルを備える共振回路(例えばRLCタイプの)を用いることは、また可能である。 磁気モーメントに所定の配向を与えるために用いられる磁場

本発明に従う方法は、少なくとも: i.原子核の磁気モーメントを所定の状態に置くよう構成され、1μT〜100Tの間にある強さの時間的に静的である成分、及び/又は衝突の軸上においてのみゼロではない勾配を有する第1磁場、および ii.電子の磁気モーメントを所定の状態に置くよう構成され、1μT〜100Tの間にある強さの時間的に静的である成分、及び/又は衝突の軸上においてのみゼロではない勾配を有する第2磁場、 の印加の少なくとも1つの工程を包含しうる。

第1磁場および第2磁場は、同一または異なりうる。第1磁場および第2磁場は、同一源によってまたは異なる源によって生成されうる。

第1磁場および第2磁場の少なくとも1つ、例えば各々は、静的でありうる。

変形実施態様として、第1磁場および第2磁場の少なくとも1つ、例えば各々は、静的成分およびゼロでない変動成分を含みうる。

これ以降、所定の磁場B(x,y,z,t)について、その静的成分はB_stat(x,y,z)およびその変動成分B_t(x,y,z,t)は、式B(x,y,z,t) =B_stat(x,y,z)+ B_t(x,y,z,t)を満たすとして定義される。ここでB_stat(x,y,z)は、時間に依存しない量であり、B_t(x,y,z,t)は、期間のない時間依存の量である。換言すれば、B_t(x,y,z,t)の周波数スペクトルは、ゼロ周波数に中心のあるピークを持たない。なお、上記記号「B」及び「B」はベクトルを表す。 静的成分

以下に記載された静的成分に関する特徴はまた、変動成分を有さない静的磁場に妥当する。第1磁場の静的成分は、例えば1μT〜100Tの間の強さを有しうる。第2磁場の静的成分は、例えば1μT〜100Tの間の強さを有しうる。本発明に適する静的成分は、超電導コイル、抵抗性コイル、または抵抗性コイルと超電導コイルを備えている「ハイブリッド」コイルにより生成されうる。

第1および第2磁場は、異なる変動成分を有しうる。第1磁場及び/又は第2磁場の変動成分は、例えば少なくとも1つの、光子ビームの形において印加されうる。変動成分の印加は、関係する粒子に関して、衝突時の中性子又は原子核の生成の確率を増加させるために、静的成分の方向に配向された磁気モーメントの比率を増加させることを可能にしうる。

要するに、量子理論は、例えば、磁気モーメントの共鳴周波数に等しい周波数に中心を置く少なくとも1つのピークを備えている周波数スペクトルを有する少なくとも1つの変動成分の印加は、例えば異なるエネルギー準位間の遷移を誘発することを可能にすることを述べている。この共鳴周波数は、印加された磁場の静的成分の周りの磁気モーメントの歳差周波数(ラーモア歳差と呼ばれる)に対応する。すると、磁気モーメント(例えば配向された)が、静的成分の印加の方向の反対方向に、変動成分の印加前に、印加された変動成分のエネルギーの少なくとも一部分を吸収すること、および配向された状態(その状態において上記磁気モーメントが静的成分と同じ方向に整列されている)に遷移することが可能になる。

例えば、静的成分と同時に変動成分を印加することが可能である。

発生された中性子の、偏向された光子の、または衝突を受けてはいない光子によって作られた電位の量の測定は、例えば、操作者が、第1及び/又は第2磁場の変動成分を印加するのに必要なインジケータを有することを可能にすることができる。

変動成分の場の線(磁力線)は、粒子ビームと共線的でありうる。変形実施態様として、それらは静的成分の磁力線と共線的でないこともありうる。それらは例えば、10°を超える、例えば45°を超える角度にそれらを形成しうる。特に変動成分の磁力線は、静的成分の磁力線と85°〜95°の間の角度を形成しうる。

第1磁場の変動成分は、公知の様式で印加されうる。1の変形実施態様として、第1磁場の変動成分は、当業者が決定しうる継続時間を有するところのパルスの形態において印加されうる。1例としてパルスの継続時間は、例えば、0.01μs〜1sの間、例えば1μs〜20msの間に存在しうる。

第2磁場の変動成分は、連続様式で印加されうる。1の変形実施態様として、第2磁場の変動成分は、当業者が決定しうる継続時間を有するところのパルスの形態において印加されうる。1例としてパルスの継続時間は、例えば、0.01μs〜1sの間、例えば1μs〜20msの間に存在しうる。

第1磁場の変動成分は、例えば1Hz〜50MHzの間、例えば50Hz〜50kHzの間、例えば100Hz〜1kHzの間に存在する周波数に中心を置かれた少なくとも1つのピークを含む周波数スペクトルを有しうる。

本発明に従う方法の文脈において、第2磁場の変動成分は、例えば1Hz〜50MHzの間、例えば50Hz〜50kHzの間、例えば100Hz〜1kHzの間に存在する周波数に中心を置かれた少なくとも1つのピークを含む周波数スペクトルを有しうる。

第1磁場および第2磁場の変動成分は、少なくとも1つの共振コイルを備える共振回路(例えばRLCタイプの)によって発生されうる。 衝突軸上の勾配

上述されたように、第1磁場及び/又は第2磁場は、衝突軸上で非ゼロの勾配を有しうる。

量子理論によれば、ゼロでない勾配を有する磁場の印加は、磁気モーメントを所定の状態に置き、かつ磁気モーメントを磁場と共線的に整列させることを可能にしうる。また、粒子の速度、衝突軸および磁気モーメントの間の角度が小さい、例えば10°未満、5°未満、好ましくは0°に近い、ことが重要である。

勾配の方向は、衝突軸と実質的にゼロの角度を形成しうる。後者の場合、第1磁場及び/又は第2磁場が、追加的に静的成分および非ゼロの変動成分を備えることは可能である。上記夫々静的成分および変動成分は、上で記載されたようでありうる。両方の場合に、それらの磁気モーメントの方向に従う粒子を分離することは可能である。すると、粒子の同一のビームから、印加された勾配と同一方向におよび反対方向に配向された磁気モーメントを有する粒子を含む1のビーム、または同一の方向に配向された磁気モーメントを有する粒子を有する複数のビームを得ることは可能である。

さらに第1磁場及び/又は第2磁場は、衝突軸上に、ゼロでない強さの且つ例えば1000T/m未満の勾配を有しうる。衝突軸上にゼロでない勾配を有する第1磁場及び/又は第2磁場は、連続的に印加されうる。

変形実施態様として、衝突軸上にゼロでない勾配を有する第1磁場及び/又は第2磁場は、パルスの形で印加されうる。

本発明に適する磁場勾配は例えば、シュテルン‐ゲルラッハの実験において実装されたのと同様の2つの空隙によって、または異なるループ数及び/又は異なる直径及び/又は電流を有する複数の巻線によって作られうる。 エネルギー生成および収集

捕獲工程及び/又は衝突工程は、エネルギーの解放(例えば熱の形態での)をなしうる。この工程において発生された熱は例えば、上で記載されたように、1又は2以上の熱転送流体がその内部で循環しているところの熱交換器によって収集されうる。

その別の局面に従うと、本発明は、上で記載されたような方法及び/又は装置の1つによってエネルギーを生成するための方法に関しており、ここで、発生されたエネルギーが収集される。

さらに別の局面に従うと、本発明は、エネルギーを発生するために、上に記載された方法及び/又は装置によって生成された中性子の使用に関する。発生された中性子は低速且つ高い収率であるので。発生された中性子が、中性子捕獲によってエネルギーを発生することを可能にしうる。要するに、中性子捕獲による原子核の変換はエネルギーを生成することが確立される。このエネルギーの源は、例外的、経済的な効率性を達成し得、そして次々に別のエネルギーの源に置け変えうる。そのようなシステムの効率性は、200%を、1000%(消費されたエネルギーの10倍の発生)さえも、さらにそれ以上を超えうる。

中性子捕獲の幾つかの例は、得られるエネルギーと共に、ウエブサイト: http://www.nndc.bnl.gov/capgam/byn/page001.html によって、以下のように与えられる。 n + p → D + 2223.25±0.00 keV 2n + ⁵⁸Ni → ⁶⁰Ni + 8998.63±0.07 keV + 1332.54±0.05 keV n + ⁶⁰Ni → ⁶¹Ni + 7819.56±0.06 keV n + ⁶¹Ni → ⁶²Ni + 1172.80±0.10 keV 使用

中性子は、多くの用途、特にイメージングの分野、医療産業及び核エネルギー(中性子がエネルギー発生の源である)のための同位元素生産の分野、核反応最適化の分野、電力施設の運用の安全の分野、およびマイナーアクチニドのような放射性ゴミの処理の分野において有用でありうる。

その局面の1つによると、本発明は、医療装置(例えば、人及び動物の癌細胞を破壊するための)であって、少なくとも、 ‐処置されるべき患者の位置調整をするための手段、 ‐上に規定されたような装置 を備えるものに関する。

このようにして、本発明に従って生成された中性子は、例えばハドロンセラピーまたは例えば中性子医療のために用いられうる。

さらに別のその局面によると、本発明は、放射性同位体を生成することを可能にする。医療分野において、放射性同位体の2つの主たる使用:生理的代謝の正確なイメージを作ることを可能にする放射性調剤(トレーサー)の注入によるイメージング、または或る医療行為およびガンマ放射による医療機器の殺菌のために実行すること、がある。発生された中性子は、例えば手術器具の殺菌において用いられるガンマ線を生成することを可能にする。

さらに別のその局面によると、本発明は、中性子変換のために、又はより一般的には実験物理において原子核を得ることのために、中性子捕獲による放射性同位体の生成のために、上に記載されたような方法及び/又は装置によって生成された中性子の使用に関する。

さらに別のその局面によると、本発明は、変換による原子核ゴミの処理のために、上に記載されたような方法及び/又は装置によって生成された中性子の使用に関する。発生された中性子(高速でありうる)は、より軽く且つより短寿命のひいてはより危険の少ない放射性元素を得るために、原子核反応炉からのゴミへ送られうる。

さらに別のその局面によると、本発明は、イメージングおよび中性子分析のために、上に記載されたような方法及び/又は装置によって生成された中性子の使用に関する。中性子のビームを発生することを可能にする装置は、特にこの場合に用いられる。発生された中性子は、任意の対象の構造を元素を通して写真に撮ることを可能にしうる。この方法は、産業部品の精密な解析を可能にする。同様に、発生された中性子は、土壌の分析および地質学的な探査、例えば或る調査のドリル孔を可能にしうる。最後に中性子解析は、他の使用と同じ条件において、中性子の源が、爆発物(その性質が何であれ)を検出することを可能にするので、軍事および防衛目的のために用いられる。

さらに別のその局面によると、本発明は、物理化学システムにおけるデフェクトの生成のために、上に記載されたような方法及び/又は装置によって生成された中性子の使用に関する。中性子のビームを発生することを可能にする装置は、特にこの場合に用いられる。発生された中性子は、核ストレスを受ける埋め込まれた装置および機器の放射線耐性を試験することを可能にしうる。

さらに別のその局面によると、本発明は、原子力発電所における上に記載されたような方法及び/又は装置によって生成された中性子の使用に関する。発生された中性子は、核分裂発電所の臨界前運転の高価でない設計を可能にすることができ、それは核暴走のリスクおよびウラン濃縮の必要性を除くことを可能にする。このようにして核のリスクは、より低いエネルギー発生コストでかなり低減されうる。これはまた化石エネルギー消費を限定することを可能にする。

本発明は、以下の詳細な、実装された非限定的な実施例の記載を読むこと、および添付された図面を検討することでより良く理解されるであろう。

本発明に従う中性子発生及び/又は捕獲装置の1例の概略の部分斜視図である。

図1の矢印IIの方向から見られた該装置の図である。

図1および2の該装置の矢印III−IIIに従う長手方向断面図である。

図1〜3の装置の詳細の概略部分斜視図である。

図4の矢印Vの方向から見られた装置の詳細の概略部分斜視図である。

図4および5の該装置の矢印VI−VIに従う長手方向断面図である。

電極ホールダアセンブリおよびその電極の概略の部分斜視図である。

図7の該アセンブリの概略の部分切欠き斜視図である。

図7および7aの電極ホールダの概略の部分斜視図である。

図7、7a、および7bの電極ホールダの矢印Cの方向から見られた図である。

図7、7a、および7bの電極ホールダの矢印Dの方向から見られた図である。

図7、7a、および7bの電極ホールダの矢印CおよびDに直交する方向から見られた図である。

関連する電極によって囲まれたターゲットの概略の部分斜視図である。

図8のカソードの矢印Aの方向から見られた図である。

図8のカソードの矢印Bの方向から見られた図である。

本発明の該装置の変形実施態様の図3に類似の長手方向断面図である。

本発明の該装置の別の変形実施態様の図3に類似の長手方向断面図である。

図1〜3は、本発明に従う装置1を概略的に示し、該装置1は、真空ゲージ5によって制御された圧力で原子核がその中に置かれうるところの封入部2を備えている。封入部2は、全体的に円筒の形状を有し、その出力端部2cの方に向けて2つの側部分岐部2aおよび2bを備え、その1つ2aは電気的接続部7の通過を可能にし、そして他の1つ2bは真空ポンプ(図示されていない)へのガスの放出部である。出力端部2cは、生成された中性子のための出口として役立つことができ、及び/又は、1若しくは複数の熱交換器におけるエネルギーを冷却のために及び/又は取り入れるために用いられる熱転送流体のための入口および出口である。

原子核は、陽子(水素の原子核)、重陽子(重水素の原子核)、及び/又は三重陽子(三重水素の原子核)から選択され得、かつ、例えば、封入部内にガス入口部6を通して中性水素ガス又は重水素ガス及び/又は三重水素ガスを導入することによって得られうる。該ガスは、封入部2を囲むアンテナ9を備える無線周波発生器8によってプラズマに変換されうる。

装置1はさらに、封入部2内に存在する原子核の磁気モーメントに所定の配向を与えるために、第1磁場の空間的及び/又は時間的な勾配を与える手段を備えている。これは、記載された本例において、コア10aを有する電磁石10である。コア10aは、ガスの投入を可能にするチャネル10bを備えている。

装置1はまた、上記原子核を抽出し且つ概正常に抽出された原子核を電子の方に向かわせるために電場を与える手段を備えている。記載された本例において、これらの手段は、電極12であり、該電極12は記載された本例においては陽極であり、図7及び7a〜7eにより詳細に図示されているように、絶縁性電極ホールダ24の他方の側に置かれたグラウンド(接地部)13と結びついている。

これらの図面から分かるように、電極12とグラウンド13とは、それらの極性を除いて同一であり、そして電極ホールダ24は、電極12とグラウンド13(それらは同一の形状である)とのための2つのハウジング40を備えるリングの形状を取る。

さらに、電極ホールダ24は、半径方向開口部41(例として2つが図示されている)で貫通され、そして該複数の開口部は直径方向に向き合っている。これら半径方向開口部41は、電極ホールダを装置内に固定するために用いられうる。

電極ホールダ24はまた、横開口部42、43及び44を備えている。該開口部42は、電気的接続部7の通過のために用いられ得、封入部2の複数の側に、封入部の中心軸から最も離れて存在している。これら開口部42はまた、より小さな直径の方である。記載された本例において、6個が存在し、封入部の中心軸の周りに対称的に配置されている。

横開口部43は、電極の維持およびターゲットの支持を可能にするところのスペーサ30の通過のために用いられうる。これらスペーサは、1以上の熱転送流体の循環と装置内で生じた熱の抽出とのために用いられうる。この例においては、スペーサ30のような4個のスペーサが存在し、そしてそれらは封入部の中心軸の周りに対称的に配置されている。

最後に、別の横開口部44は、自由のままであり得、装置内の圧力を平衡させるように及びガスの循環のために用いられうる。記載された本例においては、6個が存在し封入部の中心軸の周りに対称的に配置されている。

上述の電子は、記載された本例において、抽出電極25と集束電極21の背後の、絶縁性電極ホールダ23により保持されたターゲット20から抽出された電子ビームに由来する。集束電極21は、図8aおよび8bに示されたように、全体的に先細の形状を有している。抽出電極25は、以前に詳細に記載された電極ホールダ24と同一である電極ホールダ26に保持され、そしてターゲットと集束電極21は、電極ホールダ24および25に同一の電極ホールダ23に保持されている。半径方向開口部41は、図8、9、及び10に示されたように、ターゲット20を電極ホールダ23内に固定するのに一般に用いられうる。

集束電極21は、記載された本例において、例えば−300Vの電位にされた陰極(カソード)であり得、すると抽出電極25はグラウンドでありうる。変形例においては勿論別であって、集束電極21はグラウンドにされ、そして抽出電極25は、例えば約+300Vの電位にされた陽極(アノード)でありうる。このようにして抽出電極25は、使用モードに依存して異なる電位:グラウンドまたは陽にされうる。図8に詳細に示された集束電極21は、陰極またはグラウンドである。

ターゲット20からの電子は、グラウンドにリンクされるかまたは正電位にされ且つ集束電極21(これは本例の場合、陰極またはグラウンドである)によって原子核へ焦点を当てられところの抽出電極25の動作によってターゲットから抽出される。

装置は、本発明の範囲から逸脱せずに、抽出電極と集束電極の内の唯1つの電極を備えうる。

電極の各々は、金属格子の形状に制作され得、相互の接続の絶縁を可能にするセラミックまたはプラスチック材の輪郭を有する対応する電極ホールダにより支えられている。

電子がビームの形で放出される場合に、衝突は、両者ともグラウンドと結合された電極13と25との間の中間空間28で生じる。

装置は、電子の磁気モーメントに所定の配向を与えるように、コア10と電極12と13とを有する電磁石の後ろに、第2の磁場を上記電子に印加するための手段を備えている。これは、記載された本例においてはコアレス電磁石14である。この電磁石14の中心部に、図示されたように、電極13(グラウンド)、電極25(グラウンド)、電極21(陰極)および支持部23上のターゲット20が存在する。このようにして、電子は、プラズマからの原子核との衝突の前に第2磁場に曝される。

出力部で、中性子ビームが次に得られ、封入部2の端部2cで捕獲されうる。

図9に示された変形の実施態様において、装置は、第2磁場を変調するための特定の無線周波アンテナ50を備え得て、電子は、電磁石14の第2磁場とアンテナ50によって放射された無線周波との組合せに曝される。このアンテナ50は、封入部の周りで該磁石14の内側に置かれている。

直前に記載された例において、中性子のビームの発生は、ビームの原子核によってターゲット20から抽出された電子の捕獲によって得られる。

電子は、1変形実施態様として、ターゲット内に封じ込められ得、ターゲットはこの場合、原子核を受け取ることを意図されている。この場合、電子/原子核の衝突は、その磁気モーメントの整列のお陰で、中性子を生成するようにターゲット20上又は内で直接に生じうる。そして発生された中性子の捕獲によってターゲットの原子(原子核)の変換を得ることが可能である。中性子の発生およびターゲット内での直接の捕獲のこの例示的な実施態様において、電極及び/又はグラウンド12、13、および25は、ターゲットの原子核及び/又は電子の磁気モーメントの整列の速度を改良するために無線周波アンテナとして用いられ得、ひいては生成された中性子の数を増加させる。この目的のために、図10において示された変形実施態様において、それらは適切な無線周波発生器へ接続されうる。

1例として図10は、電極21を有さないターゲット20が存在することにより以前に記載されたものとは異なる装置を示しており、そして該装置はグラウンドに接続されている。さらに、電極25は、無線周波発生のためにのみ用いられ、そして固定電圧へ曝されない。図示されていない変形実施態様において、この電極25は除去すらされうる。

ターゲット20は、原子の最多可能な数の変換を容易にするように、特に出力2cの方向において細長い形状を有しうる。ターゲット20は、固体、または流体(液体であり又は粉末を包含する)でありうる。

表現「(1つの)〜を備える」は、「少なくとも1つの〜を備える」ことを意味していると理解されるべきである。

1 装置 2 封入部 2a、2b 側部分岐部 2c 出力端部 5 真空ゲージ 6 ガス入力部 7 電気的接続部 8 無線周波発生器 9 アンテナ 10 電磁石 10a コア 10b チャネル 12 電極 13 グラウンド 14 コアレス電磁石 20 ターゲット 21 集束電極 23 絶縁性電極ホールダ 24 電極ホールダ 25 抽出電極 26 電極ホールダ 28 中間空間 30 スペーサ 40 ハウジング 41 半径方向開口部 42,43,44 横開口部 50 無線周波アンテナ