JP2003213251A - 電離放射線および／または中性子照射の存在下での熱交換用または作動液としてのフッ素化液体の使用 - Google Patents

電離放射線および／または中性子照射の存在下での熱交換用または作動液としてのフッ素化液体の使用

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JP2003213251A JP2002307508A JP2002307508A JP2003213251A JP 2003213251 A JP2003213251 A JP 2003213251A JP 2002307508 A JP2002307508 A JP 2002307508A JP 2002307508 A JP2002307508 A JP 2002307508A JP 2003213251 A JP2003213251 A JP 2003213251A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 オゾン層に悪影響を与えず、電離放射線また
は中性子照射の下でも中性子減速効果を有さず、誘発放
射性現象を示さない熱交換用または作動液の開発を課題
とする。 【解決手段】 室内条件(２５℃、１気圧)下で液体で
ある Ａ) (パー)フルオロポリエーテル、 Ｂ) (パー)フルオロカーボン、 Ｃ) ハイドロフルオロエーテル、により形成される群
から選択されるフッ素化液体により、上記の課題を解決
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、電離放射線および
/または中性子放射にさらされる循環路または装置中で
の熱交換用または作動液(hydraulic fluid)としてのフ
ッ素化化合物の使用に関する。より詳しくは、本発明
は、電離放射線に耐性がある冷却液として、および水素
化作動液より低い中性子照射の減速値を有する作動液と
しての、パーフルオロポリエーテル、ハイドロフルオロ
ポリエーテル、ハイドロフルオロエーテル、ハイドロフ
ルオロカーボンおよびパーフルオロカーボンの使用に関
する。
【０００２】
【従来の技術】内部で高エネルギー領域が発生する、内
部に電離放射線、例えばＸ線、γ線、電子が存在する、
例えばサイクロトロンのような粒子加速器は、発生熱を
分散するため、熱交換により作用し、電離放射線にも耐
えなければならない冷却液を必要とすることが知られて
いる。例えば、サイクロトロンの中で、前記の目的のた
めに、クロロフルオロカーボン ＣＦＣ１１３が、その
熱交換能のため、また電離放射線下でのその高い安定性
のために冷却液として用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モント
リオール会議を受けて、ＣＦＣ１１３のようなクロロフ
ルオロカーボンは、それらのオゾンに対する高い影響
(ＯＤＰ)により禁止された。核分裂性化合物および/ま
たは放射性廃棄物の取り扱いのための装置も知られてい
る。通常、装置内で用いられている作動液は、それらが
鉱油により形成されているので上記の分野で用いること
ができない。鉱油は水素を含んでいるから、中性子に対
して高い減速効果を有する。この減速効果は、分裂性の
化合物または放射性廃棄物の存在下で中性子が、プラン
トそのもの、従業員および環境に対して顕著なリスクを
伴う、制御できない連鎖核反応をその中で引き起こし得
る、より遅い中性子を産生する。
【０００４】その上、前記の循環路で用いられる化合物
は、中性子ビームにさらされたとき、放射活性(誘発放
射活性)になってはいけない。使用液体に対して求めら
れるもう一つの特徴は、それが中性子または電離放射線
のために実質的な化学分解を受けないことである。した
がって、電離放射線および/または中性子にさらされた
ときに、現在用いられている液体の欠点を示さない熱交
換用または作動液を見出す必要性が感じられていた。と
りわけ、０に等しいオゾン破壊係数を有し、ＣＦＣ１１
３と実質的に同様の特徴と性質を有する、すなわち電離
放射線の存在下に、容易に手に入るものとしてＣＦＣ１
１３の代わりに用いられ、電離放射線に対してＣＦＣ１
１３と同様の分解値を示す、熱交換液が求められてい
た。一方、中性子照射にさらされたときに中性子減速効
果を有さず、誘発放射性現象を示さず、実質的な分解を
こうむらない作動液が求められていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の技術的問題を解決
することのできる、以下に定義される液体が、予期せぬ
ことに、また驚くべきことに見出された。本発明の目的
は、室内条件(２５℃、１気圧)下で液体である、 Ａ) (パー)フルオロポリエーテル、 Ｂ) (パー)フルオロカーボン Ｃ) ハイドロフルオロエーテル から選択されるフッ素化化合物の、電離照射および/ま
たは中性子照射にさらされる循環路または装置中での、
熱交換用または作動液としての使用である。
【０００６】
【発明の実施の形態】液体は、１２０〜３００００、好
ましくは２００〜１８０００、より好ましくは３００〜
６０００からなる分子量を有する、但しＡ)がポリマー
のとき、分子量が数平均分子量である。 群Ａ) (パー)フルオロポリエーテルは、-(ＣＦ2(ＣＦ2)
cＯ)- (ここで、ｃ＝１、２、３)； -(ＣＦ2Ｏ)-； -
(ＣＦ2ＣＦ(ＣＦ3)Ｏ)-； -(ＣＦ(ＣＦ3)Ｏ)-；-(ＣＦ2
ＣＦ(ＯＸ)Ｏ)-； -(ＣＦ(ＯＸ)Ｏ)- (ここで、Ｘ＝-
(Ｙ)nＣＦ3 (ここで、Ｙ＝ -ＣＦ2-、-ＣＦ2Ｏ-、ＣＦ2
ＣＦ2Ｏ-、-ＣＦ2ＣＦ(ＣＦ3)Ｏ-、かつｎ＝０、１、
２、３、４))； から選択されるオキシフルオロアルキ
レン単位を含み、該単位はポリマー鎖に統計的に分布し
ている。 好ましくは、それらは以下の式(Ｉ)： Ｔ1Ｏ-(ＣＦ2ＣＦ(ＣＦ3)Ｏ)a-(ＣＦ(ＣＦ3)Ｏ)b-(ＣＦ
2(ＣＦ2)cＯ)d-(ＣＦ2Ｏ)e-(ＣＦ2ＣＦ(ＯＸ)Ｏ)f(ＣＦ
(ＯＸ)Ｏ)g-Ｔ2 ［式中、Ｘは上記の意味を有し；係数ａ、ｂ、ｄ、ｅ、
ｆ、ｇは０または整数であり、ｃは１、２または３であ
り、それらの和が上記の分子量となるように選択され
る；Ｔ1、Ｔ2は同一または異なって、-ＣＦ2Ｈ、-ＣＦ2
Ｘ1(Ｘ1＝-Ｆ、-ＣＦ3)、-Ｃ3Ｆ7、-ＣＦ(ＣＦ3)Ｈ、Ｃ
Ｆ2ＣＦ2Ｈ、-ＣＨ3、-Ｃ2Ｈ5から選択される］を有す
る。
【０００７】式(Ｉ)の熱交換液として好ましい化合物
は、Ｔ1およびＴ2が同一または異なって、-ＣＦ2Ｈ、-
ＣＦ(ＣＦ3)Ｈ、-ＣＦ2ＣＦ2Ｈ、-ＣＨ3、-Ｃ2Ｈ5から
選択されるものである。これらの末端部は、低い潜在的
な温室効果を示す。より好ましい化合物は、式(ＩＩ
Ｉ)： Ｔ1Ｏ-(ＣＦ2ＣＦ2Ｏ)d-(ＣＦ2Ｏ)e-Ｔ2 (ＩＩＩ) ［式中、Ｔ1、Ｔ2＝ -ＣＦ2Ｈ、そしてｄ、ｅは式(Ｉ)
で定義したとおりである］を有する。
【０００８】パーフッ素化末端基を有する式(Ｉ)のパー
フルオロポリエーテルの中では、式(ＩＩ)を有するもの
が、熱交換用または作動液として好ましい： Ｔ1Ｏ-(ＣＦ2ＣＦ(ＣＦ3)Ｏ)a-(ＣＦ(ＣＦ3)Ｏ)b-(ＣＦ2Ｏ)e-Ｔ2 (ＩＩ) ［式中、Ｔ1、Ｔ2は同一または異なって、-ＣＦ2Ｘ1(Ｘ
1＝-Ｆ、-ＣＦ3)、-Ｃ3Ｆ7から選択される］。パーフル
オロポリエーテルとハイドロフルオロポリエーテルの混
合物も用いられる。式(ＩＩ)、(ＩＩＩ)の化合物または
それらの混合物は、ＣＦＣ１１３と実質的に同様の電離
放射線に対する分解値を示した。
【０００９】熱交換液として好ましいＢ)群の液体は、
例えばＣＦ3ＣＦ2-ＣＦＨ-ＣＦＨ-ＣＦ3、シクロ-Ｃ5Ｆ
8Ｈ3、シクロ-Ｃ5Ｆ9Ｈ2のように環境条件下で液体であ
るものから選択される。熱交換液として好ましいＣ)群
の液体は、一般式(ＩＶ)： Ｒ1-Ｏ-Ｒ2 (ＩＶ) ［式中、Ｒ1、Ｒ2は同一または異なって、少なくとも３
つの炭素原子を含み、水素原子の総数は多くてもフッ素
原子の数に等しい］のハイドロフルオロエーテルであ
る。具体的な例は、Ｃ3Ｆ7-ＯＣＨ3、Ｃ4Ｆ9-ＯＣＨ3、
Ｃ4Ｆ9-Ｏ-Ｃ2Ｈ5、Ｃ7Ｆ15-Ｏ-Ｃ2Ｈ5、Ｃ4Ｆ9-ＯＣＦ
2Ｈ、Ｃ4Ｆ9-ＯＣＦ2ＣＦ2Ｈである。
【００１０】中性子照射にさらされる適用において用い
られる好ましい作動液は、式(Ｉ)を有するＡ)群のもの
であり、より具体的には少なくとも１つの水素原子を含
むフッ素化された末端基を有する式(Ｉ)のものであり、
さらに好ましいのは式(ＩＩＩ)を有するものである。
【００１１】式(Ｉ)のＡ)群のパーフルオロポリエーテ
ルは、例えば、米国特許第５１４９８４２号、米国特許
第５０００８３０号、米国特許第５１４４０９２号で公
知であり；式(Ｉ)のＡ)群のハイドロフルオロポリエー
テルは、例えば、ヨーロッパ特許第６９５７７５号で公
知である。-ＣＨ3、-Ｃ2Ｈ5末端基を含む式(Ｉ)の化合
物は、例えば、-ＣＯＦ末端基を有する対応するパーフ
ルオロポリエーテルとフッ化アルカリ金属(Ｍ)とを反応
させて、-ＣＦ2ＯＭ末端基を有する対応アルコラートを
得ることにより製造される。それらは、出願中のイタリ
ア特許出願ＭＩ２００１Ａ ００１３４０号に記載のよ
うに、メチル-またはエチル-サルファイトと反応する。
【００１２】Ｂ)群の化合物は、例えば、米国特許第５
２２００８２号、ヨーロッパ特許第９８２２８１号で公
知である。Ｃ)群のハイドロフルオロエーテルは、例え
ば、米国特許第５７１３２１１号で公知である。Ａ)、
Ｂ)およびＣ)群の液体は全て、０に等しいオゾンに対す
る影響(ＯＤＰ＝０)を有する。式(ＩＩ)、(ＩＩＩ)の液
体は、ＣＦＣ１１３と同様の電離放射線に対する耐性を
示す。式(Ｉ)の液体、例えば式(ＩＩＩ)のものは、Ｔ1
およびＴ2末端基が少なくとも一つの水素原子を含むと
き、低い潜在的な温室効果をさらに示す。
【００１３】本発明の液体は、電離放射線に対する抵抗
性ゆえに、その間に組成物の実質的な変化を受けない。
実際に、強い電離放射線にさらされる冷却循環路中にお
ける液体としてのそれらの使用において、それらはその
間に冷却能の実質的な低下を示さない。流体回路中で用
いられる、または中性子の放射にさらされる装置中で作
動液として用いられる本発明のフッ素化液体は、液体作
用回路中で通常用いられている鉱油により示されるもの
との比較して、とても低い中性子減速値を有する。その
上、それらが実質的な化学分解を受けないことが見出さ
れた。
【００１４】
【実施例】以下の実施例は、本発明を説明するためであ
り、制限するものではない。電離放射線にさらされた液
体の分解の測定は、以下の一般的な方法により行なわれ
た。液体試料４ｇを、真空下に、容量５ｍｌを有する石
英チューブに導入し、次いで封管する。液体の各タイプ
につき3つの石英チューブを上記のように準備し、０.１
３Ｍｒａｄ/時間を照射する60Ｃｏ源から産生されるγ
線を、次の増加量、５.２、９.４および１５.０Ｍｒａ
ｄで、放射線にさらした。次いで、チューブを開封し、
それらの液体および蒸気含量を、ガスクロマトグラフィ
ーおよび質量分析により分析した。
【００１５】液体分析から、放射線照射にさらされた液
体中に本来存在しなかった成分を定量した。同様にし
て、液体試料中に最初に存在していたものとは異なり、
それゆえに放射線照射による分解に由来するガス状の成
分を定量した。用いた放射線照射量に関する、上記の定
量した液体および蒸気の成分の和は、試験された液体が
さらされた放射線照射の作用中における試験液体の分解
を評価することを可能にする。３つの異なる放射線照射
量で得られた分解値(分解された化合物の％)は、図表に
より表すと、放射線量と直線的な相関関係を示し、相関
係数Ｒ2は１に近い。したがって、式： ％分解化合物 ＝ Ａ × 照射量 (Ｍｒａｄ) に従って、放射線量に対する分解化合物のパーセントに
相関する係数Ａを決定することができる。得られた値を
表１に示す。より高い分解値および放射線照射量は、上
記の関係から推定され得る。
【００１６】実施例１ 式(ＩＩＩ)の構造(ここで、Ｔ1＝Ｔ2＝ -ＣＦ2Ｈで、ｄ
＝０およびｅ＝１を有するオリゴマーで１１.８％を形
成し、ｄ＝１およびｅ＝０を有するオリゴマーで８８.
１％を形成し、ＯＤＰ＝０であり、ＧＷＰは２０００
(ＣＯ2を参照して、１００年)に等しく、数平均分子量
は２２８であり、５１.５℃の沸点を有し、２５℃での
粘度が０.３７ｃＳｔである)を有する、パーフルオロポ
リエーテル試料を、前記のようにγ放射線にさらした。
係数Ａの値は０.０６８に等しく、相関係数Ｒ2＝０.９
９１が決定された。
【００１７】実施例２(比較) ＯＤＰ＝０.８を有し、ＧＷＰが５０００(ＣＯ2を参照
して、１００年)に等しいＣＦＣ１１３試料を、前記の
ようにγ放射線にさらした。Ａの値は０.０６３に等し
く、相関係数Ｒ2＝０.９９８が決定された。
【００１８】実施例３ 式(Ｉ)の構造(ここで、ｄ＝０、ｆ＝０、ｇ＝０で、３
５０に等しい数平均分子量を有し(ここで、比(ｂ＋ｅ)/
(ａ＋ｂ＋ｅ)は０.１に等しく、Ｔ1、Ｔ2は５％が-ＣＦ
2Ｈであり、１％が-ＣＦ2ＣＦ2Ｈであり、４１％が-Ｃ
Ｆ3であり、４１％が-Ｃ3Ｆ7Ｈであり、１２％が-ＣＦ
(ＣＦ3)Ｈである)、ＯＤＰ＝０であり、５８℃の沸点を
有し、２５℃での粘度が０.５ｃＳｔに等しい)を有す
る、パーフルオロポリエーテル試料を、前記のようにγ
放射線にさらした。係数Ａの値は０.０６８に等しく、
相関係数Ｒ2＝０.９５３が決定された。同じ構造を有す
るが、パーフッ素化された末端基を有する化合物で、同
様の結果が得られる。
【００１９】実施例４ ＯＤＰ＝０であり、ＧＷＰが５００(ＣＯ2を参照して、
１００年)に等しく、分子量が２５０であり、６１℃の
沸点を有し、２５℃での粘度が０.３８ｃＳｔに等し
く、Ｃ4Ｆ9ＯＣＨ3構造を有する３Ｍによる市販品の試
料ＨＦＥ７１００を、前記のようにγ放射線にさらし
た。係数Ａの値は０.１３２に等しく、相関係数Ｒ2＝
０.９９１が決定された。
【００２０】実施例５ ＯＤＰ＝０であり、ＧＷＰが１３００(ＣＯ2を参照し
て、１００年)に等しく、分子量が２５２であり、５５
℃の沸点を有し、２５℃での粘度が１.０６ｃＳｔに等
しく、ＣＦ3ＣＦ2ＣＦＨＣＦＨＣＦ3構造を有するデュ
ポンによる市販品の試料バートレル(Vertrel)ＸＦを、
前記のようにγ放射線にさらした。係数Ａの値は０.１
０７に等しく、相関係数Ｒ2＝０.９９５が決定された。
【００２１】実施例６ 式(ＩＩＩ)のハイドロフルオロポリエーテル(ここで、
Ｔ1、Ｔ2＝ -ＣＦ2Ｈであり、ｄ、ｅは６３０に等しい
数平均分子量を有するものである)、オーシモント(Ausi
mont)による市販化合物ガルデン(Galden)ＺＴ１８０の
２つの試料を、２つの密閉したポリエチレン容器に導入
した。1つの容器を１０12中性子/ｃｍ2/秒に等しい中性
子流の下に、２時間、中性子照射にさらした。もう一つ
の容器を１０13中性子/ｃｍ2/秒に等しい中性子流の下
に、６時間、中性子照射にさらした。
【００２２】放射性廃棄物により実際に放出される量は
はるかに低いので、上記の放射線照射量を用いた試験
は、加速試験と考えられるべきである。放射線照射後の
前者の試料は、γスペクトロメトリにより検出される誘
発放射活性を示さなかった。最も過酷な条件下での放射
線照射後の後者の試料は、γスペクトロメトリにより分
析され、いかなる誘発放射活性も示さなかった。その
上、それは19Ｆおよび 1ＨＮＭＲ分析に付され、分子量
５９０という結果であった。これを、最初のＭＷと比較
すると、この化合物は実質的に分解されていないことを
示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【発明の効果】本発明の液体は、電離放射線に対する抵
抗性ゆえに、冷却能の実質的な低下を示さず、強い電離
放射線にさらされる冷却循環路中において、すぐれた熱
交換液として使用することができる。また、本発明の液
体は、低い中性子減速値を有するので、中性子の放射に
さらされる装置中での作動液として使用することができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピアー アントニオ グアルダ イタリア、ミラノ、20020 アレセ、ヴィ ア トゥエンティフィフス アプライル 15 Ｆターム(参考） 2G085 AA11 AA13 BE02 EA01

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 室内条件(２５℃、１気圧)下で液体であ
    る Ａ) (パー)フルオロポリエーテル、 Ｂ) (パー)フルオロカーボン Ｃ) ハイドロフルオロエーテル から選択されるフッ素化化合物の、電離放射線および/
    または中性子照射にさらされる循環路または装置中での
    熱交換用または作動液としての使用。
  2. 【請求項２】 前記液体が、１２０〜３００００、好ま
    しくは２００〜１８０００、より好ましくは３００〜６
    ０００からなる分子量を有する、但しＡ)がポリマーで
    あるとき、その分子量が数平均分子量である請求項１に
    記載の使用。
  3. 【請求項３】 群(Ａ) (パー)フルオロポリエーテル
    が、 -(ＣＦ2(ＣＦ2)cＯ)- (ここで、ｃ＝１、２、３)； -
    (ＣＦ2Ｏ)-； -(ＣＦ2ＣＦ(ＣＦ3)Ｏ)-； -(ＣＦ(Ｃ
    Ｆ3)Ｏ)-； -(ＣＦ2ＣＦ(ＯＸ)Ｏ)-； -(ＣＦ(ＯＸ)Ｏ)
    - (ここで、Ｘ＝-(Ｙ)nＣＦ3 (ここで、Ｙ＝ -ＣＦ2-、
    -ＣＦ2Ｏ-、ＣＦ2ＣＦ2Ｏ-、-ＣＦ2ＣＦ(ＣＦ3)Ｏ-、か
    つｎ＝０、１、２、３、４))； から選択されるオキシフルオロアルキレン単位を含み、
    該単位はポリマー鎖に統計的に分布している請求項１ま
    たは２に記載の使用。
  4. 【請求項４】 Ａ)群の化合物が、構造式(Ｉ)： Ｔ1Ｏ-(ＣＦ2ＣＦ(ＣＦ3)Ｏ)a-(ＣＦ(ＣＦ3)Ｏ)b-(ＣＦ
    2(ＣＦ2)cＯ)d-(ＣＦ2Ｏ)e-(ＣＦ2ＣＦ(ＯＸ)Ｏ)f(ＣＦ
    (ＯＸ)Ｏ)g-Ｔ2 ［式中、Ｘは上記の意味を有し；係数ａ、ｂ、ｄ、ｅ、
    ｆ、ｇは０または整数であり、ｃは１、２または３であ
    り、それらの和は上記の分子量となるように選択され
    る；Ｔ1、Ｔ2は同一または異なって、-ＣＦ2Ｈ、-ＣＦ2
    Ｘ1(Ｘ1＝-Ｆ、-ＣＦ3)、-Ｃ3Ｆ7、-ＣＦ(ＣＦ3)Ｈ、-
    ＣＦ2ＣＦ2Ｈ、-ＣＨ3、-Ｃ2Ｈ5から選択される］を有
    する請求項１〜３のいずれかに記載の使用。
  5. 【請求項５】 式(ＩＩＩ)： Ｔ1Ｏ-(ＣＦ2ＣＦ2Ｏ)d-(ＣＦ2Ｏ)e-Ｔ2 (ＩＩＩ) ［式中、Ｔ1、Ｔ2＝ -ＣＦ2Ｈ］ の液体の熱交換液としての請求項１〜４のいずれかに記
    載の使用。
  6. 【請求項６】 熱交換液が、(パー)フルオロカーボン、
    好ましくはＣＦ3ＣＦ2-ＣＦＨ-ＣＦＨ-ＣＦ3、シクロ-
    Ｃ5Ｆ8Ｈ3、シクロ-Ｃ5Ｆ9Ｈ2により形成される群から
    選択される請求項１に記載の使用。
  7. 【請求項７】 液体が、一般式(ＩＶ)： Ｒ1-Ｏ-Ｒ2 (ＩＶ) ［式中、Ｒ1、Ｒ2は同一または異なって、少なくとも３
    つの炭素原子を含み、水素原子の総数が多くてもフッ素
    原子の数に等しい］のハイドロフルオロエーテルである
    請求項１に記載の使用。
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