中性子発生用電極対、中性子発生装置並びにこれらを用いた中性子発生方法及び荷物検査装置
【課題】効率、制御性及び再現性よく中性子を発生させることができる中性子発生用電極並びに中性子発生装置を提供すること、更に、これら中性子発生用電極及び中性子発生装置を用いることにより、中性子発生の効率が高いことから装置規模を抑制することができ、中性子発生の制御性及び再現性に優れる荷物検査装置を提供すること。
【解決手段】導電体及び前記導電体に螺旋状に捲回された水素吸蔵合金線を含む第一の電極と、前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極と、を含む中性子発生用電極対を用いる。
【解決手段】導電体及び前記導電体に螺旋状に捲回された水素吸蔵合金線を含む第一の電極と、前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極と、を含む中性子発生用電極対を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子発生用電極対、中性子発生装置並びにこれらを用いた中性子発生方法及び荷物検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２００１年９月１１日の同時多発テロ以降、米国では民間航空保安を担当する専門機関として国土安全保障省にＴＳＡ（運輸保安庁）が設置されるとともに、全空港の保安検査員を連邦職員（国家公務員）とし、保安検査の責任が国にあることを明確にしている。また、米国以外の国においても、米国同時多発テロ事件以降新たな航空保安対策が進められている。
【０００３】
我が国においては、国際民間航空条約第１７付属書への対応もあって、２００５年４月から「国家民間航空保安プログラム」が実施されており、このプログラムでは、フェーズＥの常態化、コックピットドアの強化，インライン検査システムや液体物検査装置の導入等が実施され、２００６年１月からは空港関係者や乗務員に対する保安検査が実施され、航空保安体制の強化が図られている。
【０００４】
このような保安体制の強化は喫緊の課題であり、「航空保安法」の制定に向けた取り組みと同時に、現在行われている保安体制の点検・強化も並行して求められており、特に危険物が含まれているか否か、航空利用者の荷物の検査が重要な位置を占めている。
【０００５】
ここで、従来、荷物検査装置にはエックス線検査法が主として用いられており、当該エックス線検査法は金属の探知には優れているものの、それ以外の有機物や化学物質等の探知にはあまり優れていないという問題があり、今後懸念される核テロを考慮して、金属以外の有機物や化学物質を更に正確かつ効率的に探知することのできる荷物検査装置が望まれているところである。
【０００６】
かかる荷物検査装置としては、例えば特許文献１において、Ｘ線撮像装置と中性子撮像装置とを含む荷物検査装置が提案されており、また、特許文献２及び３においては、それぞれ中性子を発生させ得る低温プラズマ核融合方法及び核融合装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１０８９９４号公報
【特許文献２】特開平３−４１３９１号公報
【特許文献３】特開平３−１０５２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１における荷物検査装置における中性子発生装置は、中性子発生の効率が必ずしも高くはなく、装置構成が大規模になる等の問題があり、未だ改善の余地があった。
【０００９】
また、上記特許文献２記載の低温プラズマ核融合方法においては、平行平板型の電極を用い、直流バイアスを−１００Ｖ〜−１０００Ｖまで変化させ、プラズマ発生圧力を０．００１〜１０Ｔｏｒｒにして中性子を発生させるとの記載があるが、その他の具体的な条件が明確には記載されておらず中性子発生の効率、制御性及び再現性にも劣る。
【００１０】
さらに、上記特許文献３に記載の核融合装置においては、平行平板型の電極を用い、排気して１０−４Ｔｏｒｒ以下にし、重水素含有ガス供給口から重水素ガスを流入して７６０Ｔｏｒｒ（１気圧）の圧力で１０時間放置し、その後ガス流量１００ｓｃｃｍ及び高周波周波数１３．５６ＭＨｚとして重水素プラズマを発生させたとの記載があるが、ここでも中性子発生の効率、制御性及び再現性にも劣るという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、効率、制御性及び再現性よく中性子を発生させることができる中性子発生用電極並びに中性子発生装置を提供すること、更に、これら中性子発生用電極及び中性子発生装置を用いることにより、中性子発生の効率が高いことから装置規模を抑制することができ、中性子発生の制御性及び再現性に優れる荷物検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決すべく、膨大な実験を重ねて電極の構成や前記電極対間で放電させる条件について鋭意検討をした結果、本発明者は、導電体及び前記導電体に螺旋状に捲回された水素吸蔵合金線を含む第一の電極と、前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極と、を含む電極対を用いれば、効率、制御性及び再現性よく中性子を発生させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明は、第一に、
導電体及び前記導電体に螺旋状に捲回された水素吸蔵合金線を含む第一の電極と、
前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極と、
を含む中性子発生用電極対を提供する。
重水素ガス雰囲気下においてこのような構成を有する電極対間に放電を起こさせれば、効率、制御性及び再現性よく中性子を発生させることができる。
【００１４】
また、本発明は、第二に、
真空チャンバ、
前記真空チャンバ内を排気するための排気装置、
前記真空チャンバ内に重水素ガスを供給するための重水素ガス供給装置、
前記真空チャンバ内に配置され、導電体と、前記導電体に螺旋状に巻回された水素吸蔵合金線と、を含む第一の電極、及び前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極を含む中性子発生用電極対、
前記電極対間に電圧を印加するための電源装置、
を含む中性子発生装置を提供する。
【００１５】
また、本発明は、第三に、
（１）真空チャンバ内を真空に排気する工程、
（２）前記真空チャンバ内において、導電体と、前記導電体に螺旋状に巻回された水素吸蔵合金線と、を含む第一の電極、及び前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極を含む中性子発生用電極対間に電圧を印加して放電させる工程、
（３）前記中性子発生用電極対間への電圧印加を維持して放電をさせながら前記真空チャンバ内に重水素ガスを一定時間供給する工程、
を含む中性子発生方法を提供する。
【００１６】
また、本発明は、第四に、
真空チャンバ、
前記真空チャンバ内を排気するための排気装置、
前記真空チャンバ内に重水素ガスを供給するための重水素ガス供給装置、
前記真空チャンバ内に配置され、導電体と、前記導電体に螺旋状に巻回された水素吸蔵合金線と、を含む第一の電極、及び前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極を含む中性子発生用電極対、
前記電極対間に電圧を印加するための電源装置、を含む中性子発生装置と、
中性子検出装置と、
を含む荷物検査装置を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、効率、制御性及び再現性よく中性子を発生させることができる中性子発生用電極対及び中性子発生装置を提供すること、更に、これら中性子発生用電極及び中性子発生装置を用いることにより、中性子発生の効率が高いことから装置規模を抑制することができ、中性子発生の制御性及び再現性に優れる荷物検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の中性子発生用電極対の一実施形態を示す上面図である。
【図２】図２は、図１に示す実施形態における第一の電極（陰極）の側面図である。
【図３】図３は、本発明の中性子発生装置の一実施形態の主要部を示す図である。
【図４】図４は、図３に示す実施形態の中性子発生装置の全体構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明の荷物検査装置の一実施形態を示す上面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例における中性子測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の中性子発生用電極対、中性子発生装置並びにこれらを用いた中性子発生方法及び荷物検査装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２０】
なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、以下の説明では、図面においては、本発明を概念的に説明するためのものであるから、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。
【００２１】
図１は、本発明の中性子発生用電極対１０の一実施形態を示す上面図（即ち、後述する真空チャンバ内に設置される中性子発生電極対の第一の電極（陰極）と第二の電極（陽極）との位置関係を略鉛直方向上側からみた図）であり、図２は、図１に示す実施形態における第一の電極１の側面図（即ち、後述する真空チャンバ内に設置される中性子発生電極対のうちの第一の電極を略水平方向からみた図）である。
【００２２】
図３は、本発明の中性子発生装置２０の一実施形態の主要部２０ａを示す図であり、図４は、図３に示す実施形態の中性子発生装置２０の全体構成を示す図である。また、図５は、本発明の荷物検査装置の一実施形態を示す上面図であり、図６は、本発明の実施例における中性子測定結果を示すグラフである。
【００２３】
［中性子発生用電極対］
図１に示すように、本実施形態の中性子発生用電極対１０は、第一の電極１と第二の電極２との組合せで構成されている。第一の電極１は、図２に示すように、導電体である銅棒１ａ及び銅棒１ａに螺旋状にほぼ隙間無く密に捲回された水素吸蔵合金線であるパラジウム（Ｐｄ）線１ｂで構成されており、第二の電極２は、図１に示すように、第一の電極１の周囲に配置されており、上部及び下部が開口している円筒状の白金（Ｐｔ）網（２）で構成されている。放電の電界を均一にでき、下側の金属とイオンの反応を起こさないようにするという観点から、パラジウム線１ｂは銅棒１ａに螺旋状に隙間無く密に捲回するのが好ましいが、少し隙間があっても構わない。
【００２４】
即ち、図２に示すように、中性子発生用電極対１においては、中性子を発生させる真空チャンバ内に設置された状態において略鉛直方向上側からみて、同心円状に内側から銅棒1ａ、パラジウム線1ｂ及び白金網（２）の順に位置しており、中性子発生用電極対１はこの位置関係を維持した状態で、後述する中性子発生装置、中性子発生方法及び荷物検査装置に用いられる。
【００２５】
より具体的には、第一の電極１における銅棒１ａの長さ方向と、銅棒１ａに対するパラジウム線１ｂの捲回方向に垂直な方向と、第二の電極２を構成する円筒状のＰｔ網の円筒中心軸の方向と、が、図２中矢印Ｘで示される方向において略一致している。
【００２６】
ここで、本実施形態の第一の電極１を構成する銅棒としては、種々の寸法を有する銅棒を用いることができるが、例えば直径３ｍｍ、長さ５０ｍｍのものを用いるのが好ましい。銅の組成としては、特に制限はないが、不純物ガスの放出を最小限にするという観点から、例えば高純度の無酸素銅を用いるのが好ましい。
【００２７】
また、本実施形態の第一の電極１を構成するパラジウム線としても、種々の寸法を有するパラジウム線を用いることができるが、例えば太さ１．０〜１．５ｍｍのものを用いるのが好ましい。パラジウム線の組成としては、特に制限はないが、中性子を発生させる真空チャンバ内のガス中不純物（例えば酸素、H２O、ＣＯ、Ｓ化合物等）をできるだけ少なくするのが好ましいという観点から、高純度の９９．９９重量%以上のものを用いるのが好ましい。
【００２８】
本実施形態の中性子発生用電極対１０において、第一の電極１と第二の電極２との距離（電極間距離）は、後述する中性子発生装置を用いた中性子発生方法の各種条件によって適宜調整すればよい。後述する中性子発生装置における重水素ガス雰囲気の圧力が、例えば１０−４〜１０−２気圧の場合、電極間距離は５０〜６０ｍｍとすればよい。なお、前記圧力及び電極間距離は放電に使用する電圧によっても変化し得る。また、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１又は第二の電極２には、それぞれ、電源装置に接続するためのリード部が設けられていてもよい。
【００２９】
詳細は後述するが、このような構成を有する中性子発生用電極対１０を重水素ガス雰囲気下におき、第一の電極１と第二の電極２との間で放電を起こさせれば、第一の電極１のうちのパラジウム線１ｂの表面付近から中性子を効率的に発生させることができる。特に、上記のような構成を有する中性子発生用電極対１０を真空雰囲気下におき、第一の電極１と第二の電極２との間で放電を起こさせ、当該真空雰囲気に重水素ガスを供給すれば、第一の電極１のうちのパラジウム線１ｂの表面付近から中性子を効率的に発生させることができる。
【００３０】
［中性子発生装置］
本実施形態の中性子発生装置２０は、中性子発生用電極対として本実施形態の中性子発生用電極対１０を用いる以外は、従来公知の構成を採用することができる。図３に示すように、本実施形態の中性子発生装置２０は、本実施形態の中性子発生用電極対１０と、中性子発生用電極対１０を収容する、例えばステンレス鋼製の真空チャンバ２２と、で構成されている。
【００３１】
この真空チャンバ２２は、中性子発生用電極対１０を覆って収容する有底円筒状のシリンダー２２ａと、シリンダー２２ａに一体的に設けられたフランジ部２２ｂに例えば銅製のガスケット（図示せず）を介して配置され、シリンダー２２ａの上部開口部をボルト２４及びナット２６で気密的に閉じる蓋体２２ｂと、で構成されている。
【００３２】
真空チャンバ２２の容積は、中性子発生用電極対１０の第一の電極１と第二の電極２との距離（電極間距離）や圧力等の中性子反応方法の各種条件に応じて本発明の効果を損なわない範囲で適宜選択すればよい。
【００３３】
また、図３に示すように、真空チャンバ２２には、排気装置及び重水素ガス供給装置（図４参照）に接続するためのガス出入口２８、それぞれ中性子反応用電極対１０の第一の電極１及び第二の電極２を電源に接続するためのリード部３０ａ及び３０ｂ（リード部３０ａが高圧電圧供給側であり、リード部３０ｂが高圧電源の接地電位側である。）が設けられ、真空チャンバ２２の外周面には、冷却水を供給及び排出するための冷却水入口３２及び冷却水出口３４と、冷却水入口３２及び冷却水出口３４に接続され螺旋状に隙間を介して捲回された冷却パイプ３６が設けられている。
【００３４】
そして、図４に示すように、ガス出入口２８には、真空チャンバ２２内を排気する排気装置４０、真空チャンバ２２内に重水素ガスを供給するためのガスボンベからなる重水素ガス供給装置（例えば３０ａｔｍ）４２、中性子発生用電極対１０の第一の電極１と第二の電極との間に電圧を印加するための電源装置４４が接続されており、第一の電極１はリード部３０ａを介して電源装置４４の高圧電圧供給側に接続され、第二の電極２はリード部３０ｂを介して電源装置４４の接地電位側に接続されている。排気装置４０及び電源装置４４等としても従来公知のものを使用することができる。なお、ガス出入口２８の一方は予備的に使用すればよく、場合によっては省略してもよい。
【００３５】
また、図４に示すように、真空チャンバ２２のガス出入口２８から延びる流路には、調整弁４６ａが設けられ、その後２つに分岐され、一方の分岐流路には、調整弁４６ｂを介して排気装置４０が接続され、他方の分岐流路には、圧力変換機としての圧力ゲージ４８、予備タンクとしてのガスリザーバ５０及び調整弁４６ｃを介して重水素ガスタンクからなる重水素ガス供給装置４２が接続されている。ガスボンベからなる重水素ガス供給装置４２は高圧で調整が難しいため、図４に示すような構成を採用し、いったん予備タンクとしてのガスリザーバ５０に重水素ガスを1気圧くらいで貯め、その後、調整弁４６Ｃのバルブを閉めて、圧力ゲージ４８の圧力変換機で圧力を連続測定し、反応系を一定圧力に保つのが好ましい。
【００３６】
本実施形態の中性子発生装置２０においては、中性子発生用電極対１０について上述したのと同様に、第一の電極１と第二の電極２との距離（電極間距離）は、中性子発生装置２０を用いた後述する中性子発生方法の各種条件によって適宜調整すればよい。重水素ガス雰囲気の圧力が、例えば１０−４〜１０−２気圧の場合、電極間距離は５０〜６０ｍｍとすればよい。なお、前記圧力及び電極間距離は放電に使用する電圧によっても変化し得る。
【００３７】
詳細は後述するが、このような構成を有する中性子発生装置２０において、中空チャンバ２２内において中性子発生用電極対１０を重水素ガス雰囲気下におき、第一の電極１と第二の電極２との間で放電を起こさせれば、第一の電極１のうちのパラジウム線１ｂの表面付近から中性子を効率的に発生させることができる。特に、中性子発生用電極対１０を真空雰囲気下におき、第一の電極１と第二の電極２との間で放電を起こさせ、当該真空雰囲気に重水素ガスを供給すれば、第一の電極１のうちのパラジウム線１ｂの表面付近から中性子を効率的に発生させることができる。
【００３８】
特に、上記のような構成を有する本実施形態の中性子発生装置２０においては、重水素ガスを連続的に供給することができ、真空チャンバ２２内、即ち、反応系を一定圧力に保ち、反応を加速させ、効率よく中性子を発生させることができる。
【００３９】
［中性子発生方法］
本実施形態の中性子発生方法は、上記中性子発生用電極対及び中性子発生装置を用いたものであり、必須の工程として下記の工程（１）〜（３）を含むものである。
（１）真空チャンバ２２内を真空に排気する工程、
（２）前記真空チャンバ２２内において、本実施形態の中性子発生用電極対１０間（即ち、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間）に電圧を印加して放電させる工程、及び
（３）前記中性子発生用電極対１０間（即ち、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間）への電圧印加を維持して放電をさせながら前記真空チャンバ２２内に重水素ガスを一定時間供給する工程。
【００４０】
さらに、本実施形態の中性子発生方法は、任意の工程として下記の工程（４）〜（６）を含むものである。
（４）前記中性子発生用電極対１０間（即ち、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間）への電圧印加を停止することによって放電を停止させる工程、
（５）前記真空チャンバ２２内に重水素ガスを一定時間再供給する工程、及び
（６）前記中性子発生用電極対１０間（即ち、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間）に電圧を再印加して再放電させる工程。
【００４１】
以下、これらの工程ごとに本実施形態の中性子発生方法を説明する。
まず、工程（１）においては、排気装置４０を用いて真空チャンバ２２内を真空に排気する。排気後の真空チャンバ２２内の圧力は、本発明の効果を損なわない範囲であれば特に制限されることはないが、例えば１０−８〜１０−６気圧が好ましく、例えば１０−６気圧程度でよい。
【００４２】
次に、工程（２）で、前記真空チャンバ２２内において、本実施形態の中性子発生用電極対１０間（即ち、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間）に電圧を印加して放電させる。印加する電圧としては、本発明の効果を損なわない範囲であれば特に制限されることはないが、例えば１〜５ｋＶが好ましく、例えば３ｋＶ程度でよい。また、周波数は５０〜２０００Ｈｚであればよい。
【００４３】
このとき、冷却水入口３２及び冷却水出口３４を用いて真空チャンバ２２内に冷却水を流したり、真空チャンバ２２外面に設けたヒータ３６で加温したりすることにより、第一の電極１のパラジウム線１ｂ部分の温度は２５〜６００℃に制御するのが好ましい。本実施形態の中性子発生方法においては、パラジウム線１ｂに重水素ガスを保存するが、その放出温度の範囲は圧力、電力及び重水素量等に依存するため、２５〜６００℃の範囲で変える必要がある。
【００４４】
次に、上記工程（２）における中性子発生用電極対１０間（即ち、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間）への電圧印加による放電を維持しながら、工程（３）として、真空チャンバ２２内に重水素ガスを供給する。このときの重水素ガス供給量としては、真空チャンバ２２内の気圧が、例えば１０−４〜１０−２気圧の範囲で、例えば１０−２気圧程度になるまでの量であればよい。このような工程（１）〜（３）を行うと、一定時間経過後（例えば１〜２分経過後）に中性子が発生する。
【００４５】
また、上記工程（１）〜（３）の後、工程（４）として、中性子発生用電極対１０間（即ち、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間）への電圧印加を停止することによって放電を停止させる。
【００４６】
そして、工程（５）として、真空チャンバ２２内に重水素ガスを一定時間再供給する。このときの供給時間は、例えば１〜２０分間の範囲で、例えば１分間でよい。即ち、重水素ガスを真空チャンバ２２内に一定期間供給して停止する。
【００４７】
その後、工程（６）として、中性子発生用電極対１０間（即ち、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間）に電圧を再印加して再放電させる。再印加する電圧は、上記工程（２）と同等の電圧（例えば１〜５ｋＶの範囲で、例えば３ｋＶ）であればよい。
【００４８】
また、電圧の再印加は、第一の電極１及び第二の電極２が十分に冷却させた後であるのが好ましい。これは、放電によってパラジウム線１ｂが過熱されて重水素が放出されるが、放電を止めてパラジウム線１ｂが冷却すると、再び反応系内の重水素ガスが吸収されていく（重水素吸収能が回復する。）という理由からである。第一の電極１及び第二の電極２の冷却は、冷却水入口３２及び冷却水出口３４に冷却水を通すことによって行えばよい。
【００４９】
このように電圧を再印加して放電を開始させることにより、再び中性子を発生させることができる。この後、中性子の発生が数時間は継続可能であることを本発明者は確認している。なお、発生する中性子数は、放電の電圧によって制御することができる。電圧が高くなると発生する中性子数は指数関数的に増加する。
【００５０】
ここで、上記のような本実施形態の中性子発生方法において中性子が発生する機構について、本発明者は、以下のように考えている。即ち、真空チャンバ２２内に供給された重水素原子は、まず中性子発生用電極対１０の第一の電極１のうちのパラジウム線１ｂに吸収される。その後、放電によってパラジウム線１ｂの表面から重水素ガスが放出され、その一部が重水素イオンとなる。この重水素イオンのエネルギーは数ｋｅＶに達する。
【００５１】
この重水素イオンの一部は、反応体ともいえるパラジウム線１ｂに衝突し、パラジウム線１ｂから放出される重水素ガス中の重水素核に衝突する。その後、核融合反応が生じすることによって分裂が生ずるようになるのである。そして、この際に発生したエネルギーによってさらに重水素が励起され、核反応が起こる確率が増加する。このことによってわずか一部の原子同士の衝突であっても、起こった核反応から生ずる中性子は極めて多いと考えられる。
【００５２】
上記の機構の反応は以下の反応式で表すことができる。
Ｄ＋Ｄ → ｐ(３．０２ＭｅＶ)＋Ｔ(１．０１ＭｅＶ) （１）
→ ｎ(２．４５ＭｅＶ)＋３Ｈｅ(０．８２ＭｅＶ) （２）
【００５３】
反応式（１）の反応においては、陽子とトリチウムが発生する。また、反応式（２）の反応においては、中性子とヘリウムの同位体が発生する。中性子はさらに他の原子と衝突し、核反応を発生する可能性がある。これらの反応によって中性子が得られる。また、いったん反応が開始するとその後は反応熱によって重水素がパラジウム線１ｂの内部から連続的に補給されることになる。
【００５４】
［荷物検査装置］
本実施形態の荷物検査装置１００は、中性子発生用電極対及び中性子発生装置として本実施形態の中性子発生用電極対１０及び中性子発生装置２０を用いる以外は、従来公知の構成を採用することができる。
【００５５】
図５示すように、本実施形態の荷物検査装置１００は、少なくとも本実施形態の中性子発生装置２０及び中性子検出装置５２を具備し、中性子発生装置２０を囲む中性子減速材５４、中性子反射体５６及び中性子吸収材５８の構造体を有する。この構造体の全体の形状は回転双曲線体又は回転放物線体であり、中性子は中性子発生装置２０から前方（図５中矢印Ｙで示す方向）に照射される。
【００５６】
また、荷物検査装置１００には、２台の中性子検出装置（例えばＮＥ２１３中性子エネルギー測定装置）５２を具備しており、測定対象物６０である荷物の後方と９０度方向に反射する中性子のエネルギースペクトルを検出し、検出したスペクトルから荷物に含まれる特定物質の組成及び元素等を分析する。
【００５７】
ここで、中性子減速材５４としては、水素原子を豊富に含む熱可塑性樹脂等のプラスチック類を用いることができ、その厚さは例えば１５ｃｍ程度であるのが好ましい。また、中性子反射材５６としては、例えばＢｉ又はＢｉＰｂ合金を用いることができ、その厚さは例えば３ｃｍ程度であるのが好ましい。
【００５８】
また、中性子吸収材５８としては、ホウ素を含有するパラフイン又はホウ素を含有する熱可塑性樹脂等のプラスチック類を用いることができ、その厚さは例えば３ｃｍ程度であるのが好ましい。さらに完全に中性子を遮蔽するためには、Ｃｄ金属製で厚さ０．３ｍｍ程度のもので覆ってもよい。
【００５９】
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、導電体として銅棒を用いる場合について説明したが、種々の材質からなる種々の形状の導電体を用いることができる。また、水素吸蔵合金線としてパラジウム線を用いる場合について説明したが、種々の材質からなる水素吸蔵合金線を用いることができる。
以下において、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。
【実施例】
【００６０】
図１及び図２を用いて上記において説明した本発明の中性子発生用電極対１０と、図３及び図４を用いて上記において説明した本発明の中性子発生装置２０と、を用いて、上記において説明した中性子発生方法を実施した。銅棒１ａとしては直径３ｍｍ、長さ５０ｍｍのものを用い、パラジウム線１ｂとしては太さ１．０ｍｍ、長さ１００ｍｍのものを用いた。また、第一の電極１と第二の電極２との間の距離は５０ｍｍとした。
【００６１】
工程（１）として、排気装置４０を用いて真空チャンバ２２内を１０−６気圧の真空に排気した。次に、工程（２）として、真空チャンバ２２内において、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間（５０ｍｍ）に３ｋＶの電圧を印加して放電させた。電圧印加による放電を維持しつつ、工程（３）として、真空チャンバ２２内の気圧が１０−２気圧になるまで、真空チャンバ２２内に重水素ガスを供給して停止した。停止後１〜２分経過して中性子が発生した。
【００６２】
ここで、工程（４）として、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間への電圧印加を停止して放電を停止させた。そして、工程（５）として、真空チャンバ２２内に重水素ガスを１分間再供給した。その後、工程（６）として、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間に、１００秒間毎に３ｋＶの電圧を再印加して再放電させた。これにより中性子発生反応が生じたが、ここでは２００秒間継続させた。
【００６３】
この再放電による中性子発生を、富士電機（株）製の中性子レムカウンター、品番：ＮＳＮ１００１４型と、ＡＬＯＫＡ社製の中性子線量計を用いて同時測定を行うという方法で測定した。その結果を図６に示した。図６のグラフにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は電圧と中性発生数を示した。
【００６４】
図６からわかるように、電圧の供給によって急激な中性子の発生が認められる。電圧の供給によって中性子が安定的に発生しており、１０６個の中性子が得られている。理論値では、反応体であるパラジウム線の単位面積当たりの中性子発生量は１０５個となる。また、第一の電極１と第二の電極２との間に流れた電流は２０ｍＡであり、発生した電力は６０Ｗであった。これから中性子の発生量は２．５×１０６／Ｗであることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明に係る導電体及び前記導電体に螺旋状に捲回された水素吸蔵合金線を含む第一の電極と、前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極と、を含む中性子反応用電極対は、効率、制御性及び再現性よく中性子を発生させることができる中性子発生装置、中性子発生方法及びに荷物検査装置に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・第一の電極、
１ａ・・・銅棒、
１ｂ・・・パラジウム線、
２・・・第二の電極、
１０・・・中性子発生用電極対、
２０・・・中性子発生装置、
２０ａ・・・中性子発生装置の要部、
２２・・・真空チャンバ、
２２ａ・・・シリンダー、
２２ｂ・・・フランジ部、
２２ｃ・・・蓋部、
２４・・・ボルト、
２６・・・ナット、
２８・・・ガス出入口、
３０ａ、３０ｂ・・・リード部、
３２・・・冷却水入口、
３４・・・冷却水出口、
３６・・・ヒータ、
４０・・・排気装置、
４２・・・重水素供給装置、
４４・・・電源装置、
４６ａ、４６ｂ、４６ｃ・・・調整弁、
４８・・・圧力ゲージ、
５０・・・ガスリザーバ、
５２・・・中性子検出装置、
５４・・・中性子減速材、
５６・・・中性子反射材、
５８・・・中性子吸収材、
６０・・・測定対象物、
１００・・・荷物検査装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子発生用電極対、中性子発生装置並びにこれらを用いた中性子発生方法及び荷物検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２００１年９月１１日の同時多発テロ以降、米国では民間航空保安を担当する専門機関として国土安全保障省にＴＳＡ（運輸保安庁）が設置されるとともに、全空港の保安検査員を連邦職員（国家公務員）とし、保安検査の責任が国にあることを明確にしている。また、米国以外の国においても、米国同時多発テロ事件以降新たな航空保安対策が進められている。
【０００３】
我が国においては、国際民間航空条約第１７付属書への対応もあって、２００５年４月から「国家民間航空保安プログラム」が実施されており、このプログラムでは、フェーズＥの常態化、コックピットドアの強化，インライン検査システムや液体物検査装置の導入等が実施され、２００６年１月からは空港関係者や乗務員に対する保安検査が実施され、航空保安体制の強化が図られている。
【０００４】
このような保安体制の強化は喫緊の課題であり、「航空保安法」の制定に向けた取り組みと同時に、現在行われている保安体制の点検・強化も並行して求められており、特に危険物が含まれているか否か、航空利用者の荷物の検査が重要な位置を占めている。
【０００５】
ここで、従来、荷物検査装置にはエックス線検査法が主として用いられており、当該エックス線検査法は金属の探知には優れているものの、それ以外の有機物や化学物質等の探知にはあまり優れていないという問題があり、今後懸念される核テロを考慮して、金属以外の有機物や化学物質を更に正確かつ効率的に探知することのできる荷物検査装置が望まれているところである。
【０００６】
かかる荷物検査装置としては、例えば特許文献１において、Ｘ線撮像装置と中性子撮像装置とを含む荷物検査装置が提案されており、また、特許文献２及び３においては、それぞれ中性子を発生させ得る低温プラズマ核融合方法及び核融合装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１０８９９４号公報
【特許文献２】特開平３−４１３９１号公報
【特許文献３】特開平３−１０５２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１における荷物検査装置における中性子発生装置は、中性子発生の効率が必ずしも高くはなく、装置構成が大規模になる等の問題があり、未だ改善の余地があった。
【０００９】
また、上記特許文献２記載の低温プラズマ核融合方法においては、平行平板型の電極を用い、直流バイアスを−１００Ｖ〜−１０００Ｖまで変化させ、プラズマ発生圧力を０．００１〜１０Ｔｏｒｒにして中性子を発生させるとの記載があるが、その他の具体的な条件が明確には記載されておらず中性子発生の効率、制御性及び再現性にも劣る。
【００１０】
さらに、上記特許文献３に記載の核融合装置においては、平行平板型の電極を用い、排気して１０−４Ｔｏｒｒ以下にし、重水素含有ガス供給口から重水素ガスを流入して７６０Ｔｏｒｒ（１気圧）の圧力で１０時間放置し、その後ガス流量１００ｓｃｃｍ及び高周波周波数１３．５６ＭＨｚとして重水素プラズマを発生させたとの記載があるが、ここでも中性子発生の効率、制御性及び再現性にも劣るという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、効率、制御性及び再現性よく中性子を発生させることができる中性子発生用電極並びに中性子発生装置を提供すること、更に、これら中性子発生用電極及び中性子発生装置を用いることにより、中性子発生の効率が高いことから装置規模を抑制することができ、中性子発生の制御性及び再現性に優れる荷物検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決すべく、膨大な実験を重ねて電極の構成や前記電極対間で放電させる条件について鋭意検討をした結果、本発明者は、導電体及び前記導電体に螺旋状に捲回された水素吸蔵合金線を含む第一の電極と、前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極と、を含む電極対を用いれば、効率、制御性及び再現性よく中性子を発生させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明は、第一に、
導電体及び前記導電体に螺旋状に捲回された水素吸蔵合金線を含む第一の電極と、
前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極と、
を含む中性子発生用電極対を提供する。
重水素ガス雰囲気下においてこのような構成を有する電極対間に放電を起こさせれば、効率、制御性及び再現性よく中性子を発生させることができる。
【００１４】
また、本発明は、第二に、
真空チャンバ、
前記真空チャンバ内を排気するための排気装置、
前記真空チャンバ内に重水素ガスを供給するための重水素ガス供給装置、
前記真空チャンバ内に配置され、導電体と、前記導電体に螺旋状に巻回された水素吸蔵合金線と、を含む第一の電極、及び前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極を含む中性子発生用電極対、
前記電極対間に電圧を印加するための電源装置、
を含む中性子発生装置を提供する。
【００１５】
また、本発明は、第三に、
（１）真空チャンバ内を真空に排気する工程、
（２）前記真空チャンバ内において、導電体と、前記導電体に螺旋状に巻回された水素吸蔵合金線と、を含む第一の電極、及び前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極を含む中性子発生用電極対間に電圧を印加して放電させる工程、
（３）前記中性子発生用電極対間への電圧印加を維持して放電をさせながら前記真空チャンバ内に重水素ガスを一定時間供給する工程、
を含む中性子発生方法を提供する。
【００１６】
また、本発明は、第四に、
真空チャンバ、
前記真空チャンバ内を排気するための排気装置、
前記真空チャンバ内に重水素ガスを供給するための重水素ガス供給装置、
前記真空チャンバ内に配置され、導電体と、前記導電体に螺旋状に巻回された水素吸蔵合金線と、を含む第一の電極、及び前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極を含む中性子発生用電極対、
前記電極対間に電圧を印加するための電源装置、を含む中性子発生装置と、
中性子検出装置と、
を含む荷物検査装置を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、効率、制御性及び再現性よく中性子を発生させることができる中性子発生用電極対及び中性子発生装置を提供すること、更に、これら中性子発生用電極及び中性子発生装置を用いることにより、中性子発生の効率が高いことから装置規模を抑制することができ、中性子発生の制御性及び再現性に優れる荷物検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の中性子発生用電極対の一実施形態を示す上面図である。
【図２】図２は、図１に示す実施形態における第一の電極（陰極）の側面図である。
【図３】図３は、本発明の中性子発生装置の一実施形態の主要部を示す図である。
【図４】図４は、図３に示す実施形態の中性子発生装置の全体構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明の荷物検査装置の一実施形態を示す上面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例における中性子測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の中性子発生用電極対、中性子発生装置並びにこれらを用いた中性子発生方法及び荷物検査装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２０】
なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、以下の説明では、図面においては、本発明を概念的に説明するためのものであるから、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。
【００２１】
図１は、本発明の中性子発生用電極対１０の一実施形態を示す上面図（即ち、後述する真空チャンバ内に設置される中性子発生電極対の第一の電極（陰極）と第二の電極（陽極）との位置関係を略鉛直方向上側からみた図）であり、図２は、図１に示す実施形態における第一の電極１の側面図（即ち、後述する真空チャンバ内に設置される中性子発生電極対のうちの第一の電極を略水平方向からみた図）である。
【００２２】
図３は、本発明の中性子発生装置２０の一実施形態の主要部２０ａを示す図であり、図４は、図３に示す実施形態の中性子発生装置２０の全体構成を示す図である。また、図５は、本発明の荷物検査装置の一実施形態を示す上面図であり、図６は、本発明の実施例における中性子測定結果を示すグラフである。
【００２３】
［中性子発生用電極対］
図１に示すように、本実施形態の中性子発生用電極対１０は、第一の電極１と第二の電極２との組合せで構成されている。第一の電極１は、図２に示すように、導電体である銅棒１ａ及び銅棒１ａに螺旋状にほぼ隙間無く密に捲回された水素吸蔵合金線であるパラジウム（Ｐｄ）線１ｂで構成されており、第二の電極２は、図１に示すように、第一の電極１の周囲に配置されており、上部及び下部が開口している円筒状の白金（Ｐｔ）網（２）で構成されている。放電の電界を均一にでき、下側の金属とイオンの反応を起こさないようにするという観点から、パラジウム線１ｂは銅棒１ａに螺旋状に隙間無く密に捲回するのが好ましいが、少し隙間があっても構わない。
【００２４】
即ち、図２に示すように、中性子発生用電極対１においては、中性子を発生させる真空チャンバ内に設置された状態において略鉛直方向上側からみて、同心円状に内側から銅棒1ａ、パラジウム線1ｂ及び白金網（２）の順に位置しており、中性子発生用電極対１はこの位置関係を維持した状態で、後述する中性子発生装置、中性子発生方法及び荷物検査装置に用いられる。
【００２５】
より具体的には、第一の電極１における銅棒１ａの長さ方向と、銅棒１ａに対するパラジウム線１ｂの捲回方向に垂直な方向と、第二の電極２を構成する円筒状のＰｔ網の円筒中心軸の方向と、が、図２中矢印Ｘで示される方向において略一致している。
【００２６】
ここで、本実施形態の第一の電極１を構成する銅棒としては、種々の寸法を有する銅棒を用いることができるが、例えば直径３ｍｍ、長さ５０ｍｍのものを用いるのが好ましい。銅の組成としては、特に制限はないが、不純物ガスの放出を最小限にするという観点から、例えば高純度の無酸素銅を用いるのが好ましい。
【００２７】
また、本実施形態の第一の電極１を構成するパラジウム線としても、種々の寸法を有するパラジウム線を用いることができるが、例えば太さ１．０〜１．５ｍｍのものを用いるのが好ましい。パラジウム線の組成としては、特に制限はないが、中性子を発生させる真空チャンバ内のガス中不純物（例えば酸素、H２O、ＣＯ、Ｓ化合物等）をできるだけ少なくするのが好ましいという観点から、高純度の９９．９９重量%以上のものを用いるのが好ましい。
【００２８】
本実施形態の中性子発生用電極対１０において、第一の電極１と第二の電極２との距離（電極間距離）は、後述する中性子発生装置を用いた中性子発生方法の各種条件によって適宜調整すればよい。後述する中性子発生装置における重水素ガス雰囲気の圧力が、例えば１０−４〜１０−２気圧の場合、電極間距離は５０〜６０ｍｍとすればよい。なお、前記圧力及び電極間距離は放電に使用する電圧によっても変化し得る。また、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１又は第二の電極２には、それぞれ、電源装置に接続するためのリード部が設けられていてもよい。
【００２９】
詳細は後述するが、このような構成を有する中性子発生用電極対１０を重水素ガス雰囲気下におき、第一の電極１と第二の電極２との間で放電を起こさせれば、第一の電極１のうちのパラジウム線１ｂの表面付近から中性子を効率的に発生させることができる。特に、上記のような構成を有する中性子発生用電極対１０を真空雰囲気下におき、第一の電極１と第二の電極２との間で放電を起こさせ、当該真空雰囲気に重水素ガスを供給すれば、第一の電極１のうちのパラジウム線１ｂの表面付近から中性子を効率的に発生させることができる。
【００３０】
［中性子発生装置］
本実施形態の中性子発生装置２０は、中性子発生用電極対として本実施形態の中性子発生用電極対１０を用いる以外は、従来公知の構成を採用することができる。図３に示すように、本実施形態の中性子発生装置２０は、本実施形態の中性子発生用電極対１０と、中性子発生用電極対１０を収容する、例えばステンレス鋼製の真空チャンバ２２と、で構成されている。
【００３１】
この真空チャンバ２２は、中性子発生用電極対１０を覆って収容する有底円筒状のシリンダー２２ａと、シリンダー２２ａに一体的に設けられたフランジ部２２ｂに例えば銅製のガスケット（図示せず）を介して配置され、シリンダー２２ａの上部開口部をボルト２４及びナット２６で気密的に閉じる蓋体２２ｂと、で構成されている。
【００３２】
真空チャンバ２２の容積は、中性子発生用電極対１０の第一の電極１と第二の電極２との距離（電極間距離）や圧力等の中性子反応方法の各種条件に応じて本発明の効果を損なわない範囲で適宜選択すればよい。
【００３３】
また、図３に示すように、真空チャンバ２２には、排気装置及び重水素ガス供給装置（図４参照）に接続するためのガス出入口２８、それぞれ中性子反応用電極対１０の第一の電極１及び第二の電極２を電源に接続するためのリード部３０ａ及び３０ｂ（リード部３０ａが高圧電圧供給側であり、リード部３０ｂが高圧電源の接地電位側である。）が設けられ、真空チャンバ２２の外周面には、冷却水を供給及び排出するための冷却水入口３２及び冷却水出口３４と、冷却水入口３２及び冷却水出口３４に接続され螺旋状に隙間を介して捲回された冷却パイプ３６が設けられている。
【００３４】
そして、図４に示すように、ガス出入口２８には、真空チャンバ２２内を排気する排気装置４０、真空チャンバ２２内に重水素ガスを供給するためのガスボンベからなる重水素ガス供給装置（例えば３０ａｔｍ）４２、中性子発生用電極対１０の第一の電極１と第二の電極との間に電圧を印加するための電源装置４４が接続されており、第一の電極１はリード部３０ａを介して電源装置４４の高圧電圧供給側に接続され、第二の電極２はリード部３０ｂを介して電源装置４４の接地電位側に接続されている。排気装置４０及び電源装置４４等としても従来公知のものを使用することができる。なお、ガス出入口２８の一方は予備的に使用すればよく、場合によっては省略してもよい。
【００３５】
また、図４に示すように、真空チャンバ２２のガス出入口２８から延びる流路には、調整弁４６ａが設けられ、その後２つに分岐され、一方の分岐流路には、調整弁４６ｂを介して排気装置４０が接続され、他方の分岐流路には、圧力変換機としての圧力ゲージ４８、予備タンクとしてのガスリザーバ５０及び調整弁４６ｃを介して重水素ガスタンクからなる重水素ガス供給装置４２が接続されている。ガスボンベからなる重水素ガス供給装置４２は高圧で調整が難しいため、図４に示すような構成を採用し、いったん予備タンクとしてのガスリザーバ５０に重水素ガスを1気圧くらいで貯め、その後、調整弁４６Ｃのバルブを閉めて、圧力ゲージ４８の圧力変換機で圧力を連続測定し、反応系を一定圧力に保つのが好ましい。
【００３６】
本実施形態の中性子発生装置２０においては、中性子発生用電極対１０について上述したのと同様に、第一の電極１と第二の電極２との距離（電極間距離）は、中性子発生装置２０を用いた後述する中性子発生方法の各種条件によって適宜調整すればよい。重水素ガス雰囲気の圧力が、例えば１０−４〜１０−２気圧の場合、電極間距離は５０〜６０ｍｍとすればよい。なお、前記圧力及び電極間距離は放電に使用する電圧によっても変化し得る。
【００３７】
詳細は後述するが、このような構成を有する中性子発生装置２０において、中空チャンバ２２内において中性子発生用電極対１０を重水素ガス雰囲気下におき、第一の電極１と第二の電極２との間で放電を起こさせれば、第一の電極１のうちのパラジウム線１ｂの表面付近から中性子を効率的に発生させることができる。特に、中性子発生用電極対１０を真空雰囲気下におき、第一の電極１と第二の電極２との間で放電を起こさせ、当該真空雰囲気に重水素ガスを供給すれば、第一の電極１のうちのパラジウム線１ｂの表面付近から中性子を効率的に発生させることができる。
【００３８】
特に、上記のような構成を有する本実施形態の中性子発生装置２０においては、重水素ガスを連続的に供給することができ、真空チャンバ２２内、即ち、反応系を一定圧力に保ち、反応を加速させ、効率よく中性子を発生させることができる。
【００３９】
［中性子発生方法］
本実施形態の中性子発生方法は、上記中性子発生用電極対及び中性子発生装置を用いたものであり、必須の工程として下記の工程（１）〜（３）を含むものである。
（１）真空チャンバ２２内を真空に排気する工程、
（２）前記真空チャンバ２２内において、本実施形態の中性子発生用電極対１０間（即ち、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間）に電圧を印加して放電させる工程、及び
（３）前記中性子発生用電極対１０間（即ち、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間）への電圧印加を維持して放電をさせながら前記真空チャンバ２２内に重水素ガスを一定時間供給する工程。
【００４０】
さらに、本実施形態の中性子発生方法は、任意の工程として下記の工程（４）〜（６）を含むものである。
（４）前記中性子発生用電極対１０間（即ち、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間）への電圧印加を停止することによって放電を停止させる工程、
（５）前記真空チャンバ２２内に重水素ガスを一定時間再供給する工程、及び
（６）前記中性子発生用電極対１０間（即ち、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間）に電圧を再印加して再放電させる工程。
【００４１】
以下、これらの工程ごとに本実施形態の中性子発生方法を説明する。
まず、工程（１）においては、排気装置４０を用いて真空チャンバ２２内を真空に排気する。排気後の真空チャンバ２２内の圧力は、本発明の効果を損なわない範囲であれば特に制限されることはないが、例えば１０−８〜１０−６気圧が好ましく、例えば１０−６気圧程度でよい。
【００４２】
次に、工程（２）で、前記真空チャンバ２２内において、本実施形態の中性子発生用電極対１０間（即ち、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間）に電圧を印加して放電させる。印加する電圧としては、本発明の効果を損なわない範囲であれば特に制限されることはないが、例えば１〜５ｋＶが好ましく、例えば３ｋＶ程度でよい。また、周波数は５０〜２０００Ｈｚであればよい。
【００４３】
このとき、冷却水入口３２及び冷却水出口３４を用いて真空チャンバ２２内に冷却水を流したり、真空チャンバ２２外面に設けたヒータ３６で加温したりすることにより、第一の電極１のパラジウム線１ｂ部分の温度は２５〜６００℃に制御するのが好ましい。本実施形態の中性子発生方法においては、パラジウム線１ｂに重水素ガスを保存するが、その放出温度の範囲は圧力、電力及び重水素量等に依存するため、２５〜６００℃の範囲で変える必要がある。
【００４４】
次に、上記工程（２）における中性子発生用電極対１０間（即ち、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間）への電圧印加による放電を維持しながら、工程（３）として、真空チャンバ２２内に重水素ガスを供給する。このときの重水素ガス供給量としては、真空チャンバ２２内の気圧が、例えば１０−４〜１０−２気圧の範囲で、例えば１０−２気圧程度になるまでの量であればよい。このような工程（１）〜（３）を行うと、一定時間経過後（例えば１〜２分経過後）に中性子が発生する。
【００４５】
また、上記工程（１）〜（３）の後、工程（４）として、中性子発生用電極対１０間（即ち、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間）への電圧印加を停止することによって放電を停止させる。
【００４６】
そして、工程（５）として、真空チャンバ２２内に重水素ガスを一定時間再供給する。このときの供給時間は、例えば１〜２０分間の範囲で、例えば１分間でよい。即ち、重水素ガスを真空チャンバ２２内に一定期間供給して停止する。
【００４７】
その後、工程（６）として、中性子発生用電極対１０間（即ち、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間）に電圧を再印加して再放電させる。再印加する電圧は、上記工程（２）と同等の電圧（例えば１〜５ｋＶの範囲で、例えば３ｋＶ）であればよい。
【００４８】
また、電圧の再印加は、第一の電極１及び第二の電極２が十分に冷却させた後であるのが好ましい。これは、放電によってパラジウム線１ｂが過熱されて重水素が放出されるが、放電を止めてパラジウム線１ｂが冷却すると、再び反応系内の重水素ガスが吸収されていく（重水素吸収能が回復する。）という理由からである。第一の電極１及び第二の電極２の冷却は、冷却水入口３２及び冷却水出口３４に冷却水を通すことによって行えばよい。
【００４９】
このように電圧を再印加して放電を開始させることにより、再び中性子を発生させることができる。この後、中性子の発生が数時間は継続可能であることを本発明者は確認している。なお、発生する中性子数は、放電の電圧によって制御することができる。電圧が高くなると発生する中性子数は指数関数的に増加する。
【００５０】
ここで、上記のような本実施形態の中性子発生方法において中性子が発生する機構について、本発明者は、以下のように考えている。即ち、真空チャンバ２２内に供給された重水素原子は、まず中性子発生用電極対１０の第一の電極１のうちのパラジウム線１ｂに吸収される。その後、放電によってパラジウム線１ｂの表面から重水素ガスが放出され、その一部が重水素イオンとなる。この重水素イオンのエネルギーは数ｋｅＶに達する。
【００５１】
この重水素イオンの一部は、反応体ともいえるパラジウム線１ｂに衝突し、パラジウム線１ｂから放出される重水素ガス中の重水素核に衝突する。その後、核融合反応が生じすることによって分裂が生ずるようになるのである。そして、この際に発生したエネルギーによってさらに重水素が励起され、核反応が起こる確率が増加する。このことによってわずか一部の原子同士の衝突であっても、起こった核反応から生ずる中性子は極めて多いと考えられる。
【００５２】
上記の機構の反応は以下の反応式で表すことができる。
Ｄ＋Ｄ → ｐ(３．０２ＭｅＶ)＋Ｔ(１．０１ＭｅＶ) （１）
→ ｎ(２．４５ＭｅＶ)＋３Ｈｅ(０．８２ＭｅＶ) （２）
【００５３】
反応式（１）の反応においては、陽子とトリチウムが発生する。また、反応式（２）の反応においては、中性子とヘリウムの同位体が発生する。中性子はさらに他の原子と衝突し、核反応を発生する可能性がある。これらの反応によって中性子が得られる。また、いったん反応が開始するとその後は反応熱によって重水素がパラジウム線１ｂの内部から連続的に補給されることになる。
【００５４】
［荷物検査装置］
本実施形態の荷物検査装置１００は、中性子発生用電極対及び中性子発生装置として本実施形態の中性子発生用電極対１０及び中性子発生装置２０を用いる以外は、従来公知の構成を採用することができる。
【００５５】
図５示すように、本実施形態の荷物検査装置１００は、少なくとも本実施形態の中性子発生装置２０及び中性子検出装置５２を具備し、中性子発生装置２０を囲む中性子減速材５４、中性子反射体５６及び中性子吸収材５８の構造体を有する。この構造体の全体の形状は回転双曲線体又は回転放物線体であり、中性子は中性子発生装置２０から前方（図５中矢印Ｙで示す方向）に照射される。
【００５６】
また、荷物検査装置１００には、２台の中性子検出装置（例えばＮＥ２１３中性子エネルギー測定装置）５２を具備しており、測定対象物６０である荷物の後方と９０度方向に反射する中性子のエネルギースペクトルを検出し、検出したスペクトルから荷物に含まれる特定物質の組成及び元素等を分析する。
【００５７】
ここで、中性子減速材５４としては、水素原子を豊富に含む熱可塑性樹脂等のプラスチック類を用いることができ、その厚さは例えば１５ｃｍ程度であるのが好ましい。また、中性子反射材５６としては、例えばＢｉ又はＢｉＰｂ合金を用いることができ、その厚さは例えば３ｃｍ程度であるのが好ましい。
【００５８】
また、中性子吸収材５８としては、ホウ素を含有するパラフイン又はホウ素を含有する熱可塑性樹脂等のプラスチック類を用いることができ、その厚さは例えば３ｃｍ程度であるのが好ましい。さらに完全に中性子を遮蔽するためには、Ｃｄ金属製で厚さ０．３ｍｍ程度のもので覆ってもよい。
【００５９】
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、導電体として銅棒を用いる場合について説明したが、種々の材質からなる種々の形状の導電体を用いることができる。また、水素吸蔵合金線としてパラジウム線を用いる場合について説明したが、種々の材質からなる水素吸蔵合金線を用いることができる。
以下において、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。
【実施例】
【００６０】
図１及び図２を用いて上記において説明した本発明の中性子発生用電極対１０と、図３及び図４を用いて上記において説明した本発明の中性子発生装置２０と、を用いて、上記において説明した中性子発生方法を実施した。銅棒１ａとしては直径３ｍｍ、長さ５０ｍｍのものを用い、パラジウム線１ｂとしては太さ１．０ｍｍ、長さ１００ｍｍのものを用いた。また、第一の電極１と第二の電極２との間の距離は５０ｍｍとした。
【００６１】
工程（１）として、排気装置４０を用いて真空チャンバ２２内を１０−６気圧の真空に排気した。次に、工程（２）として、真空チャンバ２２内において、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間（５０ｍｍ）に３ｋＶの電圧を印加して放電させた。電圧印加による放電を維持しつつ、工程（３）として、真空チャンバ２２内の気圧が１０−２気圧になるまで、真空チャンバ２２内に重水素ガスを供給して停止した。停止後１〜２分経過して中性子が発生した。
【００６２】
ここで、工程（４）として、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間への電圧印加を停止して放電を停止させた。そして、工程（５）として、真空チャンバ２２内に重水素ガスを１分間再供給した。その後、工程（６）として、中性子発生用電極対１０のうちの第一の電極１と第二の電極２との間に、１００秒間毎に３ｋＶの電圧を再印加して再放電させた。これにより中性子発生反応が生じたが、ここでは２００秒間継続させた。
【００６３】
この再放電による中性子発生を、富士電機（株）製の中性子レムカウンター、品番：ＮＳＮ１００１４型と、ＡＬＯＫＡ社製の中性子線量計を用いて同時測定を行うという方法で測定した。その結果を図６に示した。図６のグラフにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は電圧と中性発生数を示した。
【００６４】
図６からわかるように、電圧の供給によって急激な中性子の発生が認められる。電圧の供給によって中性子が安定的に発生しており、１０６個の中性子が得られている。理論値では、反応体であるパラジウム線の単位面積当たりの中性子発生量は１０５個となる。また、第一の電極１と第二の電極２との間に流れた電流は２０ｍＡであり、発生した電力は６０Ｗであった。これから中性子の発生量は２．５×１０６／Ｗであることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明に係る導電体及び前記導電体に螺旋状に捲回された水素吸蔵合金線を含む第一の電極と、前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極と、を含む中性子反応用電極対は、効率、制御性及び再現性よく中性子を発生させることができる中性子発生装置、中性子発生方法及びに荷物検査装置に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・第一の電極、
１ａ・・・銅棒、
１ｂ・・・パラジウム線、
２・・・第二の電極、
１０・・・中性子発生用電極対、
２０・・・中性子発生装置、
２０ａ・・・中性子発生装置の要部、
２２・・・真空チャンバ、
２２ａ・・・シリンダー、
２２ｂ・・・フランジ部、
２２ｃ・・・蓋部、
２４・・・ボルト、
２６・・・ナット、
２８・・・ガス出入口、
３０ａ、３０ｂ・・・リード部、
３２・・・冷却水入口、
３４・・・冷却水出口、
３６・・・ヒータ、
４０・・・排気装置、
４２・・・重水素供給装置、
４４・・・電源装置、
４６ａ、４６ｂ、４６ｃ・・・調整弁、
４８・・・圧力ゲージ、
５０・・・ガスリザーバ、
５２・・・中性子検出装置、
５４・・・中性子減速材、
５６・・・中性子反射材、
５８・・・中性子吸収材、
６０・・・測定対象物、
１００・・・荷物検査装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電体及び前記導電体に螺旋状に捲回された水素吸蔵合金線を含む第一の電極と、
前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極と、
を含む中性子発生用電極対。
【請求項２】
真空チャンバ、
前記真空チャンバ内を排気するための排気装置、
前記真空チャンバ内に重水素ガスを供給するための重水素ガス供給装置、
前記真空チャンバ内に配置され、導電体と、前記導電体に螺旋状に巻回された水素吸蔵合金線と、を含む第一の電極、及び前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極を含む中性子発生用電極対、
前記電極対間に電圧を印加するための電源装置、
を含む中性子発生装置。
【請求項３】
（１）真空チャンバ内を真空に排気する工程、
（２）前記真空チャンバ内において、導電体と、前記導電体に螺旋状に巻回された水素吸蔵合金線と、を含む第一の電極、及び前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極を含む中性子発生用電極対間に電圧を印加して放電させる工程、
（３）前記中性子発生用電極対間への電圧印加を維持して放電をさせながら前記真空チャンバ内に重水素ガスを一定時間供給する工程、
を含む中性子発生方法。
【請求項４】
真空チャンバ、
前記真空チャンバ内を排気するための排気装置、
前記真空チャンバ内に重水素ガスを供給するための重水素ガス供給装置、
前記真空チャンバ内に配置され、導電体と、前記導電体に螺旋状に巻回された水素吸蔵合金線と、を含む第一の電極、及び前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極を含む中性子発生用電極対、
前記電極対間に電圧を印加するための電源装置、を含む中性子発生装置と、
中性子検出装置と、
を含む荷物検査装置。
【請求項１】
導電体及び前記導電体に螺旋状に捲回された水素吸蔵合金線を含む第一の電極と、
前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極と、
を含む中性子発生用電極対。
【請求項２】
真空チャンバ、
前記真空チャンバ内を排気するための排気装置、
前記真空チャンバ内に重水素ガスを供給するための重水素ガス供給装置、
前記真空チャンバ内に配置され、導電体と、前記導電体に螺旋状に巻回された水素吸蔵合金線と、を含む第一の電極、及び前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極を含む中性子発生用電極対、
前記電極対間に電圧を印加するための電源装置、
を含む中性子発生装置。
【請求項３】
（１）真空チャンバ内を真空に排気する工程、
（２）前記真空チャンバ内において、導電体と、前記導電体に螺旋状に巻回された水素吸蔵合金線と、を含む第一の電極、及び前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極を含む中性子発生用電極対間に電圧を印加して放電させる工程、
（３）前記中性子発生用電極対間への電圧印加を維持して放電をさせながら前記真空チャンバ内に重水素ガスを一定時間供給する工程、
を含む中性子発生方法。
【請求項４】
真空チャンバ、
前記真空チャンバ内を排気するための排気装置、
前記真空チャンバ内に重水素ガスを供給するための重水素ガス供給装置、
前記真空チャンバ内に配置され、導電体と、前記導電体に螺旋状に巻回された水素吸蔵合金線と、を含む第一の電極、及び前記第一の電極の周囲に配置された円筒状でかつ網状の第二の電極を含む中性子発生用電極対、
前記電極対間に電圧を印加するための電源装置、を含む中性子発生装置と、
中性子検出装置と、
を含む荷物検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１９７２５６（Ｐ２０１０−１９７２５６Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４３２８５（Ｐ２００９−４３２８５）
【出願日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【出願人】（５９３０７３２０７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【出願人】（５９３０７３２０７）
【Ｆターム（参考）】
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