JP2005507071A - 高放射線レベル及び環境防護のための柔軟な無定形混合物 - Google Patents
高放射線レベル及び環境防護のための柔軟な無定形混合物 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005507071A JP2005507071A JP2003504415A JP2003504415A JP2005507071A JP 2005507071 A JP2005507071 A JP 2005507071A JP 2003504415 A JP2003504415 A JP 2003504415A JP 2003504415 A JP2003504415 A JP 2003504415A JP 2005507071 A JP2005507071 A JP 2005507071A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mixture
- weight
- increase
- boron
- compounds
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F1/00—Shielding characterised by the composition of the materials
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F1/00—Shielding characterised by the composition of the materials
- G21F1/02—Selection of uniform shielding materials
- G21F1/10—Organic substances; Dispersions in organic carriers
- G21F1/103—Dispersions in organic carriers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
放射封じ込め構造体の空隙を効果的に充填する柔軟な改良された核遮蔽物質。非常に高い温度の下で、この物質は熱分解に耐え、強固なセラミック物質に変化するように設計されている。この物質は、多くの成分を含み、第１の成分は、ＲＴＦシリコーンゴム等の２要素自己重合式のような重合エラストママトリックスである。タングステンカーバイド粉末等のγ線を遮蔽する化合物、ボロンカーバイド粉末のような中性子吸収／γ線阻止化合物、ダイアモンド粉末のような熱伝導物質、二酸化ケイ素粉末のような高温耐性のある化合物、硫酸バリウム粉末のような電気伝導率を高める第２の中性子吸収化合物、スポンジパラジウムのような水素を急速に吸収する水素ガス抑制化合物を入れる。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極限の環境に耐える材料の分野に関し、特に、高放射線レベルに耐える材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力及び放射性物質は、克服できそうにない問題をもたらした。原子力発電所、それらの設計及び運用に関する環境安全性の問題が社会の大きな関心事となっている。原子炉の安全性は人間工学（human engineering）の支配下にあることは、明かである。実際に起こる問題は、使用済み核燃料の再利用及び廃棄処分に起因した環境問題である。使用済核燃料を、新たな核分裂性物質を産出するために再加工（長期的エネルギ需要の観点から最も効果的な選択肢）するか、又は使用済核燃料を単に直接的に廃棄処分するかは、環境から長い間隔離しなければならない高レベルの放射性物質の量を考慮して決めるべきである。現在計画されている廃棄方法は、放射性物質が無害なレベルに分裂するまで深い地層に埋めることである。典型的には、これらの「埋込（buried）」廃棄物では、監視、すなわち人間による管理が行われずに環境的に隔離されることになる。しかしながら、放射性廃棄物は穴に投棄されるだけでは済まない。これらの物質は絶えず熱を発生し、放射される放射線はほとんどの物質を変化させ、又は劣化させる。容器は、劣化すると、破損しやすく、漏れやすく、物質を格納することさえ困難になる。さらに、場合によっては、多くの遮蔽物質と放射線との相互反応によって爆発性のガス（主に水素）が発生する。これらの問題は、放射性廃棄物及び原子力発電所に衝撃を与えている。もし原始力発電所又は保管容器の構造部品が劣化し、及び／又は水素爆発が起こるならば、可能な限りの最も安全な設計をしても、ほとんど役に立たない。
【０００３】
廃棄の観点から、現在の最善の方法は可燃性の溶剤を取り除いて放射性廃棄物の量を削減することである。そして、削減された放射性廃棄物は、陶化（vitrified）され、あるいは環境への漏出を防ぐために安定な形態に変換される。通常、削減された放射性廃棄物（使用済燃料棒を含む）は、運搬及び廃棄処分のために頑強で耐久性のある容器に入れられる。この容器は、運搬及び取扱いを容易にするために相当な遮蔽特性を有することが理想的である。原子力発電所に関しては、多くの場合、従来の遮蔽材が用いられている。過剰に劣化する前に、そのような遮蔽材を交換するか、原子力発電所の炉を閉じることが望ましい。それでも、原子力発電所及び放射性廃棄物に通常付随する放射線、熱及び化学的条件に対する並外れた耐性を示す特別な物質を製造する重要な課題は残されている。理想的には、そのような遮蔽物質は、放射線遮蔽特性を有し、削減された放射性廃棄物と同様に、廃棄すること、又は損傷を受けた原子力設備を遮蔽及び入れることに用いることができる。
【０００４】
最も単純で幼稚な遮蔽物質は、おそらくコンクリートである。単純なポルトランドセメントベースの物質又は類似した物質内の鉱物包有物によって、更なる遮蔽物質（例えば重金属粒子）が加わり、これらの物質が放射線を遮蔽する。しかしながら、単純なコンクリートは、幾つかの原子力施設における厳しい化学的条件下では、長持ちしない。多くの用途において、コンクリート固有の脆さが問題となっている。コンクリートは、衝撃が加わり、又は落とされると、亀裂が生じ、漏れを起こすことがある。液状の放射性廃棄物用のコンクリート製のタンクの有効寿命は、５０年未満である。コンクリートは、量が削減され、陶化された放射性廃棄物に対してはより効果的であるが、理想とは程遠いものである。また、使用するのがより簡単で優れた遮蔽及び／又は物理的性質を有する封じ込め物質、すなわち新規な遮蔽物質による数多くの実験が行われている。本発明者は、米国特許番号６，２３２，３８３号においてそのような物質を開示した。その中で開示した物質は従来の物質に比して大変な進歩をしているけれども、それは全ての面で最適というわけではない。この物質は、相当な引張強度を示すが、ある程度の柔軟性が望まれる用途に対しては理想的でない。更に、開示した方法は、必ずしも放射線によって誘起される水素の発生（放射線分解）に対して最適の耐性を示さないかもしれない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、放射封じ込め構造体において空隙を効果的に充填するために、最初は柔軟な改良された核遮蔽物質である。物質は、無定形の有機マトリックスをベースとし、熱及び放射に対して耐性を有する。非常に高い温度の下で、物質は、熱分解せずに、元の物質の良好な放射線及び水素耐性を維持したままで、強固なセラミック物質に変化するように、設計されている。
【０００６】
そのようなものとして、混合物は、最大で７種の成分グループを均一に混合したものからなる。第１の成分は、ＲＴＦシリコーンゴム等の２要素自己重合式のような重合エラストママトリックスでり、最終混合物の約１０重量％を構成している。第２の成分は、タングステンカーバイド粉末等のγ線遮蔽材として作用する物質であり、γ線遮蔽材は、最終混合物の約２５重量％を占めている。第３の成分は、ボロンカーバイド粉末のような中性子吸収／γ線阻止物質であり、最終混合物の約５重量％を構成している。第４の成分は、ダイアモンド粉末のような熱伝導物質であり、最終混合物の約０〜５重量％を占めている。第５の成分は、二酸化ケイ素粉末のような高温耐性のある化合物であり、最終混合物の０〜５％重量％を占めている。第６の成分は、第２の中性子吸収化合物であるとともに、電気伝導率を高める、すなわち硫酸バリウム粉末であり、最終混合物の０〜２重量％を占めている。最後に、第７の成分は、スポンジパラジウム又は他金属又は金属間化合物のような水素を急速に吸収する水素ガス抑制成分であり、最終混合物の約２〜８重量％Ｑを構成している。
【０００７】
有機エラストマ（第１の成分）は、好ましくは２要素触媒式であり、他の成分の全てを均一に混合した後、均一に混合した成分をＲＴＦの要素Ａに混ぜる。最後に、ＲＴＦの要素Ｂを混合物に混ぜ、そして、目的の箇所に注入し、それが発泡し、重合して硬化する。あるいは、他の成分を均一に混ぜ、混合物とすることができる。それから、ＲＴＦの要素Ａと要素Ｂを均一に混ぜ、混合物とすることができ、その混合物に、他の成分の混合物を素早く混ぜ、得られる混合物を、発泡及び発熱が実質的に起こる前に、目的の箇所に注入する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、あらゆる当業者が発明を実施及び使用できるように説明するとともに、この発明を完成した発明者が考える最良の形態を明らかにする。この実施例において、特に、放射線によって誘起される水素発生に起因した損傷を食い止める、改良した放射線遮蔽物質を提供する本発明の一般的な原理を明らかにするので、当業者が様々な変更を加えることができることは、明らかである。
【０００９】
本発明は、放射線封じ込め構造体の空隙（void）を効果的に充填できるように、最初は柔軟な改良された放射線遮蔽物質である。物質は、無定形有機マトリックス（amorphous organic matrix）をベースとし、熱及び放射線に耐える。非常に高い温度の下で、物質は、熱分解せずに、元の物質の良好な放射線及び水素耐性を維持したままで、強固なセラミック物質に変化するように、設計されている。そのようなものとして、混合物（composition）は、最大で７種の成分グループを均一に混合（mixture）したものからなる。より詳細には、この混合物は、以下の成分を含む。
【００１０】
１）有機重合エラストママトリックス（organic polymeric elastomer matrix、理想的には２要素自己重合式（two part self-polymerizing system）、最終混合物の約１０〜３０重量％）と、
２）γ線遮蔽（gamma radiation shielding）成分（例えばタングステンカーバイド粉末（tungsten carbide powder）、純度９９％、好ましい平均粒径５０〜２００μｍ、最終混合物の約２５〜７５重量％）と、
３）中性子吸収／γ線阻止（neutron absorbing / gamma blocking）成分（例えばボロンカーバイド粉末、好ましい５０-２００のμｍ平均粒径５０〜２００μｍ、最終混合物の約５〜１０重量％）と、
４）熱伝導（heat conducting component）成分（ダイアモンド粉末（diamond powder）、好ましい平均粒径５０〜２００μｍ、最終混合物の約０〜５重量％）と、
５）高温耐性（high temperature resistant）成分（二酸化ケイ素粉末（silicon dioxide powder）、好ましい平均粒径５０〜２００μｍ、最終混合物の約０〜５重量％）と、
６）吸収中性子／電気伝導率増強（ neutron absorbing / electrical conductivity-enhancing）成分（硫酸バリウム粉末（barium sulfate powder）、最終の混合物の約０〜５重量％）と、
７）水素ガス吸収成分（容易に水素を吸収するスポンジパラジウム（sponge palladium）又は他金属又は金属間化合物（intermetallic compound）、最終混合物の約２〜８重量％）とを含む。
【００１１】
第１の成分（成分グループ１）は、他の成分の全てが均一に懸濁される柔軟な有機マトリックスである。この有機マトリックスの物質は、好ましくは柔軟なシリコンゴム材（例えばジェネラルエレクトリック社のシリコン部門によって製造されるＲＴＦ７６２）である。この有機エラストマは、他の成分グループの全てを均一に混ぜた後、ＲＴＦ（room temperature foam、ＲＴＦは常温で泡であることを表す）の要素Ａに均一に混合できるように、２要素触媒式（two part catalyst system）である。最後に、この混合物にＲＴＦの要素Ｂを混ぜ入れ、そしてそれを目的の箇所に注入し、その箇所において、それは発泡し、重合して硬化する。あるいは、成分２〜７を均一に混ぜ、混合物とすることができる。それから、ＲＴＦの要素Ａと要素Ｂを均一に混ぜ、混合物とすることができ、その混合物に、成分２〜７の混合物を素早く混ぜ、得られる混合物を、発泡及び発熱が実質的に起こる前に、目的の箇所に注入する。
【００１２】
このマトリックスは、放射線遮蔽物質に、要求される柔軟性、耐衝撃性及び引張強度を提供する。このマトリックスは、調合次第で、多孔性（porous）状態と非多孔性（non-porous）状態を維持することができる。非多孔性マトリックスは、ＲＴＶ（「常温加硫（room temperature vulcanization）」）シリコーンゴム生成物に形成することができる。発泡材は、幾分軽く、構造体に注入する際に、広げて空隙を充填することができるという利点を有する。充填する目的は、強い放射線の下でそのような空隙が水素ガスを溜めることができ、爆発の危険性があるので、約５ｍｍより大きい全ての空隙を取り除くことである。代わりに、非発泡（non-foam）マトリックス（例えばＲＴＶ）を用いることにより、強度及び遮蔽機能を増強することができ、ある環境下で有益である。
【００１３】
マトリックス材としてＲＴＦを選択する際の重要な要件は、重合体（polymer）内における芳香族ラジカル（aromatic radicals）の存在である。様々な研究により、芳香族材が、例えば主に脂肪族ラジカル（aliphatic radicals）を有するポリシロキサン（polysiloxanes）より非常に高い耐放射線性を示すことが明らかになった。イソプレンゴム（isoprene rubber）の耐放射線性の研究によって、多核芳香族化合物（polycyclic aromatic）を添加することによりゴムの放射線に対する耐性が非常に高まることが実証された。ベンズアントラセン（benzantracene）、ジフェニル（diphenyl）及びフェナントレン（phenantrene）は、最も有効ことが明らかになった。そのような添加剤（additives）が添加されたゴムは、真空において線量が４００ｍｒａｄの放射線の照射に対して、認められるほどの構造上の劣化がなく、耐えることができた。芳香族環（aromatic ring）が分子内転移（intramolecular transfer）及び励起エネルギの散逸に対する経路（route）を提供する（afford a route）と考えられる。これにより、放射線照射によって解放される水素の量はかなり減少される。すなわち、芳香族の炭素―炭素結合によって囲まれた重合体は、放射線負荷及び環境的攻撃に耐える。特に本発明においては、重合体が含む芳香族ラジカルとしては、特にベンズアントラセン、ジフェニル及びフェナントレンのグループが好ましい。
【００１４】
また、本発明においては、シロキサン（siloxanes）、シラノール（silanols）、ビニルエラストマ（vinyl elastomers、例えばポリ塩化ビニル（polyvinyl chlorides））、及びフルオロカーボン（fluorocarbon）重合体及びエラストマを含む他の有機マトリックスエラストマ及び重合体を用いることができる。また、芳香族ラジカルを含む重合体が好ましい。
【００１５】
マトリックスによって基本的な強度（basic strength）及び柔軟性が得られ、一方、他の６つの成分によって、様々な種類の耐放射線性及び／又はマトリックスの基本的な機械的及び物理的な性質が増強される。
【００１６】
成分２によって、γ線に対する本質的な遮蔽が得られる。γ放射線遮蔽は、それが遮蔽容器から出る危険な（生物学的に有害の可能性がある）γ線の量を制限し、及びマトリックス材が強力な放射線を被曝するのを制限するという２つの理由から、重要である。そのような被曝により、マトリックスが徐々に劣化し、火災又は爆発の危険性の虞がある放射線分解による水素発生が起こる。使用済み核燃料用の容器のように特に放射線線量が強い状況において、成分２は、好都合にも１つ以上の更なる遮蔽化合物によって補充する（supplement）ことができる。そのような遮蔽化合物は、一般的に、化学的に純粋な重金属、例えば鉛、スズ、アンチモン、インジウム及びビスマスの粉末である。これらからの選択は、遮蔽のための費用、重量及び要件を考量して定められる。純金属粉は有用であるが、また、遮蔽金属の塩を使うことも有益である。ヨウ素自体が良い遮蔽材であるので、ヨウ化塩は特に有益である可能性がある。
【００１７】
タングステンカーバイドは（金属タングステン粉末も使用することができるが）、マトリックスと物理的に互換性を有し（すなわち、マトリックス重合体は、カーバイドと結合する）、熱分解条件下でセラミック成分を形成することができるので、主要な遮蔽材として好ましい。この目的のために、高融点性を有するセリウム及びジルコニウムのような重金属の酸化物（そして、さらにマグネシウム及びアルミニウムの酸化物のようなより軽いセラミック化合物）が、強固なセラミック材を形成するために入れられる。耐火性セラミックの技術においてよく知られているように、低い融点で共融混合物を形成する可能性があるセラミック酸化物の介在物（inclusion）を避けることは重要である。媒介物（agents）を形成するセラミックを添加することは、任意であり、約９００°Ｃ以上の温度に耐えなければならない特定の用途を想定したものである。
【００１８】
成分３の主要な作用は、中性子の吸収である。本発明の有機マトリックスが本質的に中性子を透過することから、本発明で中性子吸収体を用いないと、コンクリートのような他の従来の遮蔽材と比較して中性子束が増加することになる。ある場合には、これが連鎖反応の危険性ともなる。使われる主要な中性子吸収体は、ホウ素（なお、成分６も参照）である。ホウ素は、都合がよいことに、マトリックスと物理的に互換性を有するボロンカーバイドとして存在する。なお、他の形態のホウ素も用いることができる。例えば、ボロンナイトライド（boron nitride）は、有益な熱伝導率（thermal conductivity）及び強度を提供することができる。更に、カドミウム及びガドリニウムのようなより「特殊な」中性子吸収体を、ホウ素を補足するために入れることができる。
【００１９】
成分４（ダイアモンド粉末）は、最終生成物の高温耐性に対して部分的に作用する。他の成分の様々な遮蔽金属は、比較的高い熱伝導率を示し、遮蔽材から熱を伝導するのに役立ち、これによって、その良好な柔軟性及び関連した特性を維持する。しかしながら、ダイアモンド粉末は、強度と同様に、極めて高い熱伝導率及び耐熱性を示す（非酸化雰囲気において）。したがって、ダイアモンド粉末は、熱分解が起こる温度以下において、マトリックスの温度を維持するのを補助するために効果的に入れることができる。様々な遮蔽金属も熱伝導率に貢献するので、γ線遮蔽物質が金属状態において存在するときには、特にダイアモンド粉末を省略することができる。
【００２０】
成分５、すなわち二酸化ケイ素は、高温において耐熱性及び強度に対して作用する。熱分解が起こると、二酸化ケイ素は、新たに生成されるセラミックの一部を形成する。他のセラミック形成金属酸化物が入っているときには、この成分は省略することができる。
【００２１】
成分６、すなわち硫酸バリウムも、また、有効なγ線遮蔽及び中性子吸収体である。更に、本発明の混合物と強い放射線線量の間の相互作用によって解放される自由電子を放電するのに十分な電気伝導率を提供する。これらの電子は、放射線分解破壊（radiolytic breakdown）及び水素生成に関係している。これらの電流を放電又は短絡させることにより、放射線分解破壊及び水素形成を避けることができる。成分３の主要な目的が、同じく中性子吸収であるので、特に金属成分が電気伝導率を高めるために入れられているときには、成分６は省略することができる。
【００２２】
最後に、成分７は、水素形成（formation）を最少にするために用いられる遮蔽材及び他の添加剤にもかかわらず、形成される水素に対処するために入れられる。成分７を占める「ガス抑制剤」は、比較的低い温度及び低い水素分圧（partial hydrogen pressure）において、水素を急速に吸収して結合する金属及び金属間化合物（intermetallic compounds）である。これらの物質には、例えばオルガノ−パラジウム化合物の熱分解によって生成されるスポンジパラジウム、及びリチウム、カルシウム、スカンジウム、チタンのような様々な急速「水素化（hydrogenated）」金属が含まれる。これらの幾つかは、また、γ線遮蔽材として機能するのに十分な大きさの原子量を有する物質である。特に重要な物質は、本質的に水素吸収能力を有する様々なリチウムニッケル（「lithiated」）化合物、ランタンニッケル化合物、サマリウムコバルト化合物、イットリウムニッケル化合物及びイットリウムコバルト化合物のような金属間化合物である。
【００２３】
ある状況においては、放射線線量が高いと、水素吸収体、すなわちガス抑制剤が比較的急速に水素で飽和されてしまう。これが起こると、マトリックス材が水素を非常に浸透するので、水素は本発明の混合物を介して拡散する。最初に起こることは、物質の細孔（細孔は、発泡物質において一般的である）が水素によって満たされることである。これにより、空気中の酸素と水素が細孔内において混合する可能性があるという爆発の危険性が生じる。しかしながら、この危険性は、発泡の小さい細孔の寸法によって、かなり減少される。通常、細孔は、水素酸化反応（hydrogen oxidation reaction）におけるラジカルアクティブ（radicals active）の平均実効移動長（average effective trace length、それは、大気圧では数ｃｍに達する）よりも小さい。したがって、自律酸化循環路（self-sustaining oxidation circuit）が成長する確率は、細孔の壁で消滅のために、無視することができる。最も可能性のあるシナリオは、水素が徐々に細孔を浸透し、他のガスをその中で置き換えるということである。最終的には、物質の表面からの水素の絶え間ない放出が起こる。したがって、水素放出の割合に従い、安全に集める何かの換気システムを準備して、放出される水素を処理することが、必要である。
【００２４】
最後に、熱伝導率増強構造（thermal conductivity enhancers）及び他の予防処置（other precautions）よって混合物を１０００°Ｃより低い温度に保つことができないときは、混合物が、極めて強固なセラミックに熱分解変異（一般的に１１００〜１２００°Ｃで起こる）しないようにしなければならない。セラミック状態においては、混合物の特徴である柔軟性が大きく失われる。なお、材料の総合的な遮蔽特性は、殆ど変化しない。放射線及びそれに関連した条件によって、そのようなセラミック変異が少しでも起こると、熱分解によって解放される様々なガスを取り除く対策が必要である。水素放出に関係した換気システムは、また、熱分解ガスを除去するためにも役に立つ。
【００２５】
成分の可能な範囲は相当広いが、以下、本発明に基づく効果的な核遮蔽混合物の現在好ましい「製法」について説明する。重量での主成分は、成分２（純度９９．９９％のタングステンカーバイド粉末）であり、最終混合物の５５重量％を占める。成分３は、ボロンカーバイドとボロンナイトライドの混合物であり、カーバイドが最終混合物の４重量％を占め、ニトリド（nitride）が１重力％を占める。成分４は、工業用ダイヤモンド粉末であり、最終混合物の０．５重量％を占める。成分５は、石英粉末であり、最終混合物の４．５重量％を占める。
【００２６】
成分６は、硫酸バリウムであり、最終混合物の３重量％を占め、成分７は、ガス吸収体、すなわちガス抑制剤であり、最終混合物の７重量％を占める（これは、等しい重量のランタン／ニッケル混合物とサマリウム／コバルト化合物とからなり、それぞれ水素化可能なチタンの４重量％と、３重量％とを生じる）。
【００２７】
これらの物質は、工業用ミキサによって混合物が完全に均一であるまで混合される。そして、この混合物は、ＲＴＦの要素Ａ（最終混合物の２０重量％の量に相当する）に完全に混ぜられる。最後に、最終混合物の５重量％のＲＴＦの要素Ｂが混ぜられ、物質は型（あるいは、廃棄物容器の空隙（cavity））に注入され、重合することができる。
【００２８】
本発明の物質は、柔軟であり、高温及び高放射線線量に完全に耐える。この物質は、高い温度に維持されると、強固なセラミック、当業者にとっては明らかなように、特にセラミック金属酸化物に変換される。この混合物は、あらゆる高い放射線用途において遮蔽成分として有用である。特に使用に適している施設は、原子力発電所、核燃料処理及び再処理工場、及び使用済み核燃料貯蔵施設である。例えば、本発明の有効な用途は、使用済み核燃料の輸送及び／又は貯蔵のために設計された容器における遮蔽材としてである。そのような容器は、使用済燃料棒の集合体を入れる大きさの容器を起こすことによって製作される。容器は、ステンレス鋼のような強固で熱的／化学的に耐える金属から、最もよく製造される。容器は、空間が内壁と外壁間に存在する二重壁構造を有するように製造される。この空間は、本発明の混合物によって、好ましくは発泡形成により充填される。すなわち、成分をシリコーンゴム要素Ａと完全に混合した後、シリコーンゴム要素Ｂを急速に混合し、そして、得られる混合物を容器の空間に注入する。混合物は、発泡して空間を完全に充填し、重合して耐性のある遮蔽材を提供する。容器の二重壁の蓋は、同じ線に沿って造られる。遮蔽材は、漏れる放射線を大幅に減衰させ、輸送及び貯蔵をより安全にする。
【００２９】
したがって、特許請求を範囲は、上述の説明及び記載、概念的に等価であるもの、明らかに代用することができるもの、更には本発明の基本的思想を本質的に組み込んだものを含むことは、明らかである。当業者には明らかなように、実際に説明した好ましい実施例に、発明の範囲から逸脱することなく、様々な適応、変更を加えることができる。この具体的な実施例は、例示の目的であり、発明を限定するものではない。したがって、特許請求の範囲内において、本発明は、上述の実施例以外にも実施することができることは言うまでもない。
【０００１】
本発明は、極限の環境に耐える材料の分野に関し、特に、高放射線レベルに耐える材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力及び放射性物質は、克服できそうにない問題をもたらした。原子力発電所、それらの設計及び運用に関する環境安全性の問題が社会の大きな関心事となっている。原子炉の安全性は人間工学（human engineering）の支配下にあることは、明かである。実際に起こる問題は、使用済み核燃料の再利用及び廃棄処分に起因した環境問題である。使用済核燃料を、新たな核分裂性物質を産出するために再加工（長期的エネルギ需要の観点から最も効果的な選択肢）するか、又は使用済核燃料を単に直接的に廃棄処分するかは、環境から長い間隔離しなければならない高レベルの放射性物質の量を考慮して決めるべきである。現在計画されている廃棄方法は、放射性物質が無害なレベルに分裂するまで深い地層に埋めることである。典型的には、これらの「埋込（buried）」廃棄物では、監視、すなわち人間による管理が行われずに環境的に隔離されることになる。しかしながら、放射性廃棄物は穴に投棄されるだけでは済まない。これらの物質は絶えず熱を発生し、放射される放射線はほとんどの物質を変化させ、又は劣化させる。容器は、劣化すると、破損しやすく、漏れやすく、物質を格納することさえ困難になる。さらに、場合によっては、多くの遮蔽物質と放射線との相互反応によって爆発性のガス（主に水素）が発生する。これらの問題は、放射性廃棄物及び原子力発電所に衝撃を与えている。もし原始力発電所又は保管容器の構造部品が劣化し、及び／又は水素爆発が起こるならば、可能な限りの最も安全な設計をしても、ほとんど役に立たない。
【０００３】
廃棄の観点から、現在の最善の方法は可燃性の溶剤を取り除いて放射性廃棄物の量を削減することである。そして、削減された放射性廃棄物は、陶化（vitrified）され、あるいは環境への漏出を防ぐために安定な形態に変換される。通常、削減された放射性廃棄物（使用済燃料棒を含む）は、運搬及び廃棄処分のために頑強で耐久性のある容器に入れられる。この容器は、運搬及び取扱いを容易にするために相当な遮蔽特性を有することが理想的である。原子力発電所に関しては、多くの場合、従来の遮蔽材が用いられている。過剰に劣化する前に、そのような遮蔽材を交換するか、原子力発電所の炉を閉じることが望ましい。それでも、原子力発電所及び放射性廃棄物に通常付随する放射線、熱及び化学的条件に対する並外れた耐性を示す特別な物質を製造する重要な課題は残されている。理想的には、そのような遮蔽物質は、放射線遮蔽特性を有し、削減された放射性廃棄物と同様に、廃棄すること、又は損傷を受けた原子力設備を遮蔽及び入れることに用いることができる。
【０００４】
最も単純で幼稚な遮蔽物質は、おそらくコンクリートである。単純なポルトランドセメントベースの物質又は類似した物質内の鉱物包有物によって、更なる遮蔽物質（例えば重金属粒子）が加わり、これらの物質が放射線を遮蔽する。しかしながら、単純なコンクリートは、幾つかの原子力施設における厳しい化学的条件下では、長持ちしない。多くの用途において、コンクリート固有の脆さが問題となっている。コンクリートは、衝撃が加わり、又は落とされると、亀裂が生じ、漏れを起こすことがある。液状の放射性廃棄物用のコンクリート製のタンクの有効寿命は、５０年未満である。コンクリートは、量が削減され、陶化された放射性廃棄物に対してはより効果的であるが、理想とは程遠いものである。また、使用するのがより簡単で優れた遮蔽及び／又は物理的性質を有する封じ込め物質、すなわち新規な遮蔽物質による数多くの実験が行われている。本発明者は、米国特許番号６，２３２，３８３号においてそのような物質を開示した。その中で開示した物質は従来の物質に比して大変な進歩をしているけれども、それは全ての面で最適というわけではない。この物質は、相当な引張強度を示すが、ある程度の柔軟性が望まれる用途に対しては理想的でない。更に、開示した方法は、必ずしも放射線によって誘起される水素の発生（放射線分解）に対して最適の耐性を示さないかもしれない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、放射封じ込め構造体において空隙を効果的に充填するために、最初は柔軟な改良された核遮蔽物質である。物質は、無定形の有機マトリックスをベースとし、熱及び放射に対して耐性を有する。非常に高い温度の下で、物質は、熱分解せずに、元の物質の良好な放射線及び水素耐性を維持したままで、強固なセラミック物質に変化するように、設計されている。
【０００６】
そのようなものとして、混合物は、最大で７種の成分グループを均一に混合したものからなる。第１の成分は、ＲＴＦシリコーンゴム等の２要素自己重合式のような重合エラストママトリックスでり、最終混合物の約１０重量％を構成している。第２の成分は、タングステンカーバイド粉末等のγ線遮蔽材として作用する物質であり、γ線遮蔽材は、最終混合物の約２５重量％を占めている。第３の成分は、ボロンカーバイド粉末のような中性子吸収／γ線阻止物質であり、最終混合物の約５重量％を構成している。第４の成分は、ダイアモンド粉末のような熱伝導物質であり、最終混合物の約０〜５重量％を占めている。第５の成分は、二酸化ケイ素粉末のような高温耐性のある化合物であり、最終混合物の０〜５％重量％を占めている。第６の成分は、第２の中性子吸収化合物であるとともに、電気伝導率を高める、すなわち硫酸バリウム粉末であり、最終混合物の０〜２重量％を占めている。最後に、第７の成分は、スポンジパラジウム又は他金属又は金属間化合物のような水素を急速に吸収する水素ガス抑制成分であり、最終混合物の約２〜８重量％Ｑを構成している。
【０００７】
有機エラストマ（第１の成分）は、好ましくは２要素触媒式であり、他の成分の全てを均一に混合した後、均一に混合した成分をＲＴＦの要素Ａに混ぜる。最後に、ＲＴＦの要素Ｂを混合物に混ぜ、そして、目的の箇所に注入し、それが発泡し、重合して硬化する。あるいは、他の成分を均一に混ぜ、混合物とすることができる。それから、ＲＴＦの要素Ａと要素Ｂを均一に混ぜ、混合物とすることができ、その混合物に、他の成分の混合物を素早く混ぜ、得られる混合物を、発泡及び発熱が実質的に起こる前に、目的の箇所に注入する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、あらゆる当業者が発明を実施及び使用できるように説明するとともに、この発明を完成した発明者が考える最良の形態を明らかにする。この実施例において、特に、放射線によって誘起される水素発生に起因した損傷を食い止める、改良した放射線遮蔽物質を提供する本発明の一般的な原理を明らかにするので、当業者が様々な変更を加えることができることは、明らかである。
【０００９】
本発明は、放射線封じ込め構造体の空隙（void）を効果的に充填できるように、最初は柔軟な改良された放射線遮蔽物質である。物質は、無定形有機マトリックス（amorphous organic matrix）をベースとし、熱及び放射線に耐える。非常に高い温度の下で、物質は、熱分解せずに、元の物質の良好な放射線及び水素耐性を維持したままで、強固なセラミック物質に変化するように、設計されている。そのようなものとして、混合物（composition）は、最大で７種の成分グループを均一に混合（mixture）したものからなる。より詳細には、この混合物は、以下の成分を含む。
【００１０】
１）有機重合エラストママトリックス（organic polymeric elastomer matrix、理想的には２要素自己重合式（two part self-polymerizing system）、最終混合物の約１０〜３０重量％）と、
２）γ線遮蔽（gamma radiation shielding）成分（例えばタングステンカーバイド粉末（tungsten carbide powder）、純度９９％、好ましい平均粒径５０〜２００μｍ、最終混合物の約２５〜７５重量％）と、
３）中性子吸収／γ線阻止（neutron absorbing / gamma blocking）成分（例えばボロンカーバイド粉末、好ましい５０-２００のμｍ平均粒径５０〜２００μｍ、最終混合物の約５〜１０重量％）と、
４）熱伝導（heat conducting component）成分（ダイアモンド粉末（diamond powder）、好ましい平均粒径５０〜２００μｍ、最終混合物の約０〜５重量％）と、
５）高温耐性（high temperature resistant）成分（二酸化ケイ素粉末（silicon dioxide powder）、好ましい平均粒径５０〜２００μｍ、最終混合物の約０〜５重量％）と、
６）吸収中性子／電気伝導率増強（ neutron absorbing / electrical conductivity-enhancing）成分（硫酸バリウム粉末（barium sulfate powder）、最終の混合物の約０〜５重量％）と、
７）水素ガス吸収成分（容易に水素を吸収するスポンジパラジウム（sponge palladium）又は他金属又は金属間化合物（intermetallic compound）、最終混合物の約２〜８重量％）とを含む。
【００１１】
第１の成分（成分グループ１）は、他の成分の全てが均一に懸濁される柔軟な有機マトリックスである。この有機マトリックスの物質は、好ましくは柔軟なシリコンゴム材（例えばジェネラルエレクトリック社のシリコン部門によって製造されるＲＴＦ７６２）である。この有機エラストマは、他の成分グループの全てを均一に混ぜた後、ＲＴＦ（room temperature foam、ＲＴＦは常温で泡であることを表す）の要素Ａに均一に混合できるように、２要素触媒式（two part catalyst system）である。最後に、この混合物にＲＴＦの要素Ｂを混ぜ入れ、そしてそれを目的の箇所に注入し、その箇所において、それは発泡し、重合して硬化する。あるいは、成分２〜７を均一に混ぜ、混合物とすることができる。それから、ＲＴＦの要素Ａと要素Ｂを均一に混ぜ、混合物とすることができ、その混合物に、成分２〜７の混合物を素早く混ぜ、得られる混合物を、発泡及び発熱が実質的に起こる前に、目的の箇所に注入する。
【００１２】
このマトリックスは、放射線遮蔽物質に、要求される柔軟性、耐衝撃性及び引張強度を提供する。このマトリックスは、調合次第で、多孔性（porous）状態と非多孔性（non-porous）状態を維持することができる。非多孔性マトリックスは、ＲＴＶ（「常温加硫（room temperature vulcanization）」）シリコーンゴム生成物に形成することができる。発泡材は、幾分軽く、構造体に注入する際に、広げて空隙を充填することができるという利点を有する。充填する目的は、強い放射線の下でそのような空隙が水素ガスを溜めることができ、爆発の危険性があるので、約５ｍｍより大きい全ての空隙を取り除くことである。代わりに、非発泡（non-foam）マトリックス（例えばＲＴＶ）を用いることにより、強度及び遮蔽機能を増強することができ、ある環境下で有益である。
【００１３】
マトリックス材としてＲＴＦを選択する際の重要な要件は、重合体（polymer）内における芳香族ラジカル（aromatic radicals）の存在である。様々な研究により、芳香族材が、例えば主に脂肪族ラジカル（aliphatic radicals）を有するポリシロキサン（polysiloxanes）より非常に高い耐放射線性を示すことが明らかになった。イソプレンゴム（isoprene rubber）の耐放射線性の研究によって、多核芳香族化合物（polycyclic aromatic）を添加することによりゴムの放射線に対する耐性が非常に高まることが実証された。ベンズアントラセン（benzantracene）、ジフェニル（diphenyl）及びフェナントレン（phenantrene）は、最も有効ことが明らかになった。そのような添加剤（additives）が添加されたゴムは、真空において線量が４００ｍｒａｄの放射線の照射に対して、認められるほどの構造上の劣化がなく、耐えることができた。芳香族環（aromatic ring）が分子内転移（intramolecular transfer）及び励起エネルギの散逸に対する経路（route）を提供する（afford a route）と考えられる。これにより、放射線照射によって解放される水素の量はかなり減少される。すなわち、芳香族の炭素―炭素結合によって囲まれた重合体は、放射線負荷及び環境的攻撃に耐える。特に本発明においては、重合体が含む芳香族ラジカルとしては、特にベンズアントラセン、ジフェニル及びフェナントレンのグループが好ましい。
【００１４】
また、本発明においては、シロキサン（siloxanes）、シラノール（silanols）、ビニルエラストマ（vinyl elastomers、例えばポリ塩化ビニル（polyvinyl chlorides））、及びフルオロカーボン（fluorocarbon）重合体及びエラストマを含む他の有機マトリックスエラストマ及び重合体を用いることができる。また、芳香族ラジカルを含む重合体が好ましい。
【００１５】
マトリックスによって基本的な強度（basic strength）及び柔軟性が得られ、一方、他の６つの成分によって、様々な種類の耐放射線性及び／又はマトリックスの基本的な機械的及び物理的な性質が増強される。
【００１６】
成分２によって、γ線に対する本質的な遮蔽が得られる。γ放射線遮蔽は、それが遮蔽容器から出る危険な（生物学的に有害の可能性がある）γ線の量を制限し、及びマトリックス材が強力な放射線を被曝するのを制限するという２つの理由から、重要である。そのような被曝により、マトリックスが徐々に劣化し、火災又は爆発の危険性の虞がある放射線分解による水素発生が起こる。使用済み核燃料用の容器のように特に放射線線量が強い状況において、成分２は、好都合にも１つ以上の更なる遮蔽化合物によって補充する（supplement）ことができる。そのような遮蔽化合物は、一般的に、化学的に純粋な重金属、例えば鉛、スズ、アンチモン、インジウム及びビスマスの粉末である。これらからの選択は、遮蔽のための費用、重量及び要件を考量して定められる。純金属粉は有用であるが、また、遮蔽金属の塩を使うことも有益である。ヨウ素自体が良い遮蔽材であるので、ヨウ化塩は特に有益である可能性がある。
【００１７】
タングステンカーバイドは（金属タングステン粉末も使用することができるが）、マトリックスと物理的に互換性を有し（すなわち、マトリックス重合体は、カーバイドと結合する）、熱分解条件下でセラミック成分を形成することができるので、主要な遮蔽材として好ましい。この目的のために、高融点性を有するセリウム及びジルコニウムのような重金属の酸化物（そして、さらにマグネシウム及びアルミニウムの酸化物のようなより軽いセラミック化合物）が、強固なセラミック材を形成するために入れられる。耐火性セラミックの技術においてよく知られているように、低い融点で共融混合物を形成する可能性があるセラミック酸化物の介在物（inclusion）を避けることは重要である。媒介物（agents）を形成するセラミックを添加することは、任意であり、約９００°Ｃ以上の温度に耐えなければならない特定の用途を想定したものである。
【００１８】
成分３の主要な作用は、中性子の吸収である。本発明の有機マトリックスが本質的に中性子を透過することから、本発明で中性子吸収体を用いないと、コンクリートのような他の従来の遮蔽材と比較して中性子束が増加することになる。ある場合には、これが連鎖反応の危険性ともなる。使われる主要な中性子吸収体は、ホウ素（なお、成分６も参照）である。ホウ素は、都合がよいことに、マトリックスと物理的に互換性を有するボロンカーバイドとして存在する。なお、他の形態のホウ素も用いることができる。例えば、ボロンナイトライド（boron nitride）は、有益な熱伝導率（thermal conductivity）及び強度を提供することができる。更に、カドミウム及びガドリニウムのようなより「特殊な」中性子吸収体を、ホウ素を補足するために入れることができる。
【００１９】
成分４（ダイアモンド粉末）は、最終生成物の高温耐性に対して部分的に作用する。他の成分の様々な遮蔽金属は、比較的高い熱伝導率を示し、遮蔽材から熱を伝導するのに役立ち、これによって、その良好な柔軟性及び関連した特性を維持する。しかしながら、ダイアモンド粉末は、強度と同様に、極めて高い熱伝導率及び耐熱性を示す（非酸化雰囲気において）。したがって、ダイアモンド粉末は、熱分解が起こる温度以下において、マトリックスの温度を維持するのを補助するために効果的に入れることができる。様々な遮蔽金属も熱伝導率に貢献するので、γ線遮蔽物質が金属状態において存在するときには、特にダイアモンド粉末を省略することができる。
【００２０】
成分５、すなわち二酸化ケイ素は、高温において耐熱性及び強度に対して作用する。熱分解が起こると、二酸化ケイ素は、新たに生成されるセラミックの一部を形成する。他のセラミック形成金属酸化物が入っているときには、この成分は省略することができる。
【００２１】
成分６、すなわち硫酸バリウムも、また、有効なγ線遮蔽及び中性子吸収体である。更に、本発明の混合物と強い放射線線量の間の相互作用によって解放される自由電子を放電するのに十分な電気伝導率を提供する。これらの電子は、放射線分解破壊（radiolytic breakdown）及び水素生成に関係している。これらの電流を放電又は短絡させることにより、放射線分解破壊及び水素形成を避けることができる。成分３の主要な目的が、同じく中性子吸収であるので、特に金属成分が電気伝導率を高めるために入れられているときには、成分６は省略することができる。
【００２２】
最後に、成分７は、水素形成（formation）を最少にするために用いられる遮蔽材及び他の添加剤にもかかわらず、形成される水素に対処するために入れられる。成分７を占める「ガス抑制剤」は、比較的低い温度及び低い水素分圧（partial hydrogen pressure）において、水素を急速に吸収して結合する金属及び金属間化合物（intermetallic compounds）である。これらの物質には、例えばオルガノ−パラジウム化合物の熱分解によって生成されるスポンジパラジウム、及びリチウム、カルシウム、スカンジウム、チタンのような様々な急速「水素化（hydrogenated）」金属が含まれる。これらの幾つかは、また、γ線遮蔽材として機能するのに十分な大きさの原子量を有する物質である。特に重要な物質は、本質的に水素吸収能力を有する様々なリチウムニッケル（「lithiated」）化合物、ランタンニッケル化合物、サマリウムコバルト化合物、イットリウムニッケル化合物及びイットリウムコバルト化合物のような金属間化合物である。
【００２３】
ある状況においては、放射線線量が高いと、水素吸収体、すなわちガス抑制剤が比較的急速に水素で飽和されてしまう。これが起こると、マトリックス材が水素を非常に浸透するので、水素は本発明の混合物を介して拡散する。最初に起こることは、物質の細孔（細孔は、発泡物質において一般的である）が水素によって満たされることである。これにより、空気中の酸素と水素が細孔内において混合する可能性があるという爆発の危険性が生じる。しかしながら、この危険性は、発泡の小さい細孔の寸法によって、かなり減少される。通常、細孔は、水素酸化反応（hydrogen oxidation reaction）におけるラジカルアクティブ（radicals active）の平均実効移動長（average effective trace length、それは、大気圧では数ｃｍに達する）よりも小さい。したがって、自律酸化循環路（self-sustaining oxidation circuit）が成長する確率は、細孔の壁で消滅のために、無視することができる。最も可能性のあるシナリオは、水素が徐々に細孔を浸透し、他のガスをその中で置き換えるということである。最終的には、物質の表面からの水素の絶え間ない放出が起こる。したがって、水素放出の割合に従い、安全に集める何かの換気システムを準備して、放出される水素を処理することが、必要である。
【００２４】
最後に、熱伝導率増強構造（thermal conductivity enhancers）及び他の予防処置（other precautions）よって混合物を１０００°Ｃより低い温度に保つことができないときは、混合物が、極めて強固なセラミックに熱分解変異（一般的に１１００〜１２００°Ｃで起こる）しないようにしなければならない。セラミック状態においては、混合物の特徴である柔軟性が大きく失われる。なお、材料の総合的な遮蔽特性は、殆ど変化しない。放射線及びそれに関連した条件によって、そのようなセラミック変異が少しでも起こると、熱分解によって解放される様々なガスを取り除く対策が必要である。水素放出に関係した換気システムは、また、熱分解ガスを除去するためにも役に立つ。
【００２５】
成分の可能な範囲は相当広いが、以下、本発明に基づく効果的な核遮蔽混合物の現在好ましい「製法」について説明する。重量での主成分は、成分２（純度９９．９９％のタングステンカーバイド粉末）であり、最終混合物の５５重量％を占める。成分３は、ボロンカーバイドとボロンナイトライドの混合物であり、カーバイドが最終混合物の４重量％を占め、ニトリド（nitride）が１重力％を占める。成分４は、工業用ダイヤモンド粉末であり、最終混合物の０．５重量％を占める。成分５は、石英粉末であり、最終混合物の４．５重量％を占める。
【００２６】
成分６は、硫酸バリウムであり、最終混合物の３重量％を占め、成分７は、ガス吸収体、すなわちガス抑制剤であり、最終混合物の７重量％を占める（これは、等しい重量のランタン／ニッケル混合物とサマリウム／コバルト化合物とからなり、それぞれ水素化可能なチタンの４重量％と、３重量％とを生じる）。
【００２７】
これらの物質は、工業用ミキサによって混合物が完全に均一であるまで混合される。そして、この混合物は、ＲＴＦの要素Ａ（最終混合物の２０重量％の量に相当する）に完全に混ぜられる。最後に、最終混合物の５重量％のＲＴＦの要素Ｂが混ぜられ、物質は型（あるいは、廃棄物容器の空隙（cavity））に注入され、重合することができる。
【００２８】
本発明の物質は、柔軟であり、高温及び高放射線線量に完全に耐える。この物質は、高い温度に維持されると、強固なセラミック、当業者にとっては明らかなように、特にセラミック金属酸化物に変換される。この混合物は、あらゆる高い放射線用途において遮蔽成分として有用である。特に使用に適している施設は、原子力発電所、核燃料処理及び再処理工場、及び使用済み核燃料貯蔵施設である。例えば、本発明の有効な用途は、使用済み核燃料の輸送及び／又は貯蔵のために設計された容器における遮蔽材としてである。そのような容器は、使用済燃料棒の集合体を入れる大きさの容器を起こすことによって製作される。容器は、ステンレス鋼のような強固で熱的／化学的に耐える金属から、最もよく製造される。容器は、空間が内壁と外壁間に存在する二重壁構造を有するように製造される。この空間は、本発明の混合物によって、好ましくは発泡形成により充填される。すなわち、成分をシリコーンゴム要素Ａと完全に混合した後、シリコーンゴム要素Ｂを急速に混合し、そして、得られる混合物を容器の空間に注入する。混合物は、発泡して空間を完全に充填し、重合して耐性のある遮蔽材を提供する。容器の二重壁の蓋は、同じ線に沿って造られる。遮蔽材は、漏れる放射線を大幅に減衰させ、輸送及び貯蔵をより安全にする。
【００２９】
したがって、特許請求を範囲は、上述の説明及び記載、概念的に等価であるもの、明らかに代用することができるもの、更には本発明の基本的思想を本質的に組み込んだものを含むことは、明らかである。当業者には明らかなように、実際に説明した好ましい実施例に、発明の範囲から逸脱することなく、様々な適応、変更を加えることができる。この具体的な実施例は、例示の目的であり、発明を限定するものではない。したがって、特許請求の範囲内において、本発明は、上述の実施例以外にも実施することができることは言うまでもない。
Claims (16)
- γ線の強い流量及び中性子放射を止めるとともに、高温に対する耐性を示すことができる柔軟な混合物において、
柔軟なマトリックスを提供するシリコーンゴム、シロキサン、シラノール、ビニルエラストマ及びフルオロカーボン重合体からなるグループから選択した約１０〜２０重量％の有機重合体と、
当該混合物のγ線遮蔽を増すために、タングステン、鉛、スズ、アンチモン、インジウム及びビスマスからなるグループから選択した約２５〜７５重量％の粉末状のγ線遮蔽物質と、
当該混合物の中性子吸収を増すために、ホウ素、カドミウム及びガドリニウムからなるグループから選択した約５〜１０重量％の中性子吸収物質と、
当該混合物の熱伝導率を増すための約５重量％以下のダイアモンド粉末と、
当該混合物の耐熱性を増すための約５重量％以下の粉末状の二酸化ケイ素と、
当該混合物の中性子吸収及び電気伝導率を増すための約５重量％以下の硫酸バリウム粉末と、
水素ガスを吸収するパラジウム、リチウム、カルシウム、チタン、スカンジウム、リチウムニッケル化合物、ランタンニッケル化合物、イットリウムニッケル化合物、サマリウムコバルト化合物及びイットリウムコバルト化合物からなるグループから選択した約２〜８重量％の水素吸収物質とを均一に混合して得られる混合物。 - 上記有機重合体は、シリコーンゴムからなることを特徴とする請求項１記載の混合物。
- 上記シリコーンゴムは、上記有機重合体に柔軟な気泡を発生するように調製されていることを特徴とする請求項２記載の混合物。
- 上記γ線遮蔽物質は、タングステンを含むことを特徴とする請求項１記載の混合物。
- 上記タングステンがタングステンカーバイドを含むことを特徴とする請求項４記載の混合物。
- 上記γ線遮蔽材が金属であることを特徴とする請求項１記載の混合物。
- 上記γ線遮蔽物質が塩であることを特徴とする請求項 1記載の混合物。
- 上記塩がヨウ化物を含むことを特徴とする請求項７記載の混合物。
- 上記中性子吸収物質がホウ素を含むことを特徴とする請求項１記載の混合物。
- 上記 ホウ素がボロンカーバイド、ボロンナイトライド、ボロンカーバイド及びボロンナイトライドの混合物のうちの１をからなることを特徴とする請求項９記載の混合物。
- 上記粉末状の二酸化ケイ素が石英からなることを特徴とする請求項１記載の混合物。
- 上記水素吸収物質がスポンジパラジウムからなることを特徴とする請求項１記載の混合物。
- 上記有機重合体はシリコーンフォームラバーであり、上記γ線遮蔽物質材はタングステンカーバイドであり、上記中性子吸収物質はボロンカーバイドとボロンナイトライドとの混合物であり、上記水素吸収物質はチタンとランタンニッケル化合物とサマリウムコバルト化合物との混合物であることを特徴とする 請求項１記載の混合物。
- 内部容器と、
上記内部容器から離間し、該内部容器を囲む外部容器と、
上記内部容器と外部容器間の空間に充填された請求項１記載の混合物とを備える高放射性物質用の容器。 - γ線の強い流量及び中性子放射を止めるとともに、高温に対する耐性を示すことができる柔軟な混合物において、
柔軟なマトリックスを提供する約１０〜３０重量％のシリコーンゴムと、
当該混合物のγ線遮蔽を増す約２５〜７５重量％の粉末状のタングステンと、
当該混合物の中性子吸収を増す約５〜１０重量％の粉末状のホウ素と、
当該混合物の熱伝導率を増す約５重量％以下のダイアモンド粉末と、
当該混合物の耐熱性を増す約５重量％以下の粉末状の二酸化ケイ素と、
当該混合物の中性子吸収及び電気伝導率を増す約５重量％以下の硫酸バリウム粉末と、水素ガスを吸収するパラジウム、リチウム、カルシウム、チタン、スカンジウム、リチウムニッケル化合物、ランタンニッケル化合物、イットリウムニッケル化合物、サマリウムコバルト化合物及びイットリウムコバルト化合物からなるグループから選択した約２〜８重量％の水素吸収物質とを均一に混合して得られる混合物。 - 内部容器と、
上記内部容器から離間して、該内部容器を囲む外部容器と、
上記内部容器と外部容器間の空間に充填された請求項１５記載の混合物とを備える高放射性物質用の容器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/878,005 US6608319B2 (en) | 2001-06-08 | 2001-06-08 | Flexible amorphous composition for high level radiation and environmental protection |
| PCT/US2002/017943 WO2002101756A2 (en) | 2001-06-08 | 2002-06-06 | Flexible amorphous composition for high level radiation and environmental protection |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005507071A true JP2005507071A (ja) | 2005-03-10 |
Family
ID=25371178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003504415A Pending JP2005507071A (ja) | 2001-06-08 | 2002-06-06 | 高放射線レベル及び環境防護のための柔軟な無定形混合物 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6608319B2 (ja) |
| EP (1) | EP1547095A2 (ja) |
| JP (1) | JP2005507071A (ja) |
| KR (1) | KR20030066592A (ja) |
| CN (1) | CN1636252A (ja) |
| AU (1) | AU2002312364A1 (ja) |
| CA (1) | CA2449744A1 (ja) |
| EA (1) | EA200400012A1 (ja) |
| TW (1) | TW543038B (ja) |
| WO (1) | WO2002101756A2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014206529A (ja) * | 2013-03-19 | 2014-10-30 | 株式会社ディ・アンド・ディ | 塗布型放射線遮蔽材及び放射線遮蔽性エラストマー材料 |
| KR20170031226A (ko) * | 2014-07-15 | 2017-03-20 | 토카막 에너지 리미티드 | 핵융합로의 차폐재 |
Families Citing this family (34)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040124374A1 (en) * | 2001-06-08 | 2004-07-01 | Adrian Joseph | Amorphous composition for high level radiation and environmental protection |
| JP2006510919A (ja) * | 2002-12-17 | 2006-03-30 | ランクセス・ドイチユラント・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング | 放射線防護用添加剤として使用する無鉛混合物 |
| DE10340124A1 (de) * | 2002-12-17 | 2004-07-01 | Bayer Ag | Bleifreie Mischung als Strahlenschutz-Additiv |
| CN1321423C (zh) * | 2003-03-03 | 2007-06-13 | 三菱重工业株式会社 | 容器、中子屏蔽体用组合物和中子屏蔽体制造法 |
| US20090085011A1 (en) * | 2003-12-18 | 2009-04-02 | Lichtenhan Joseph D | Neutron shielding composition |
| CN100544836C (zh) * | 2003-12-18 | 2009-09-30 | 杂混复合塑料公司 | 作为涂料、复合材料和添加剂的多面体低聚倍半硅氧烷和金属化的多面体低聚倍半硅氧烷 |
| US20070244217A1 (en) * | 2004-06-04 | 2007-10-18 | Amme Robert C | Radiation Protection Material Using Granulated Vulcanized Rubber, Metal and Binder |
| US20100183867A1 (en) * | 2004-06-04 | 2010-07-22 | Colorado Seminary | Radiation protection material using granulated vulcanized rubber, metal and binder |
| US20070102672A1 (en) * | 2004-12-06 | 2007-05-10 | Hamilton Judd D | Ceramic radiation shielding material and method of preparation |
| KR101017608B1 (ko) * | 2005-02-17 | 2011-02-28 | 세스 게터스 에스.피.에이 | 플렉시블 다층 게터 |
| US7312466B2 (en) * | 2005-05-26 | 2007-12-25 | Tdy Industries, Inc. | High efficiency shield array |
| US20100258751A1 (en) * | 2007-06-20 | 2010-10-14 | Colorado Seminary, Which Owns And Operates The University Of Denver | Borated Concrete-Rubber |
| KR100915575B1 (ko) * | 2007-07-25 | 2009-09-07 | 대승의료기기(주) | 방사선 차폐섬유 |
| KR101039747B1 (ko) * | 2009-01-14 | 2011-06-09 | 한국원자력연구원 | 복합 차폐체를 적용한 ４홀 밀봉선원 운반용기 |
| FR2944378B1 (fr) * | 2009-04-14 | 2011-06-10 | Tn Int | Dispositif de conditionnement pour le stockage et/ou entreposage d'un milieu liquide radioactif |
| CN102140826A (zh) * | 2010-10-27 | 2011-08-03 | 李勇 | 防核辐射空心楼盖 |
| CN102030938A (zh) * | 2010-10-27 | 2011-04-27 | 李勇 | 一种发泡中子吸收材料 |
| KR101145704B1 (ko) * | 2010-11-24 | 2012-05-24 | (주)에나인더스트리 | 방사선 차폐 시트 제조방법 |
| CN102157214B (zh) * | 2010-12-02 | 2016-01-06 | 卜庆革 | 稀土屏蔽复合层镀银布料，其制备方法及其制备的服装 |
| US10722845B1 (en) * | 2012-07-31 | 2020-07-28 | Raytheon Company | Isotope enrichment for improved magnetic materials |
| FR3000831A1 (fr) * | 2013-01-09 | 2014-07-11 | Electricite De France | Installation de traitement de dechets radioactifs carbones, notamment de graphite |
| FR3030865A1 (fr) | 2014-12-23 | 2016-06-24 | Commissariat Energie Atomique | Utilisation d'un materiau comprenant une matrice solide a base d'un polymere silicone et des charges inorganiques comme materiau neutrophage |
| US11787912B2 (en) * | 2017-08-01 | 2023-10-17 | Honeywell Federal Manufacturing & Technologies, Llc | Highly filled carbon nanofiber reinforced polysiloxanes |
| RU2670869C1 (ru) * | 2017-10-10 | 2018-10-25 | Иван Соломонович Пятов | Способ изготовления изделия сложной формы на основе гибридной композитной матрицы |
| KR102081507B1 (ko) * | 2018-07-26 | 2020-02-26 | 라스고 주식회사 | 무납 방사선 차폐 시트 및 이의 제조방법 |
| CN109243654B (zh) * | 2018-10-10 | 2022-10-18 | 镇江华核装备有限公司 | 一种核泄漏应急用屏蔽服的制备工艺 |
| CN109608890B (zh) * | 2018-12-13 | 2021-06-15 | 西南科技大学 | 一种硅橡胶辐射防护纳米复合材料的制备方法 |
| CA3122572A1 (en) | 2018-12-14 | 2020-06-18 | Rad Technology Medical Systems, Llc | Shielding facility and method of making thereof |
| WO2021067902A1 (en) * | 2019-10-04 | 2021-04-08 | Ultra Safe Nuclear Corporation | Automatic shutdown controller for nuclear reactor system with control drums |
| CN110867265B (zh) * | 2019-11-26 | 2021-06-22 | 山东双鹰医疗器械有限公司 | 一种柔性中子辐射防护材料及防护用品制备方法 |
| CN112321830B (zh) * | 2020-11-09 | 2022-09-13 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 具有氢气吸收功能的有机硅树脂及其制备方法 |
| CN112647067B (zh) * | 2020-12-24 | 2022-10-14 | 西安稀有金属材料研究院有限公司 | 镀钆钨/镀钆碳化硼粉体及其制备方法和应用 |
| CN112900155B (zh) * | 2021-02-08 | 2022-08-30 | 南通大学 | 一种X、γ射线防护用无纺布的制备方法 |
| CN113025049A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-06-25 | 中国核动力研究设计院 | 一种柔性钨基复合屏蔽材料及制备方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3609372A (en) * | 1963-06-04 | 1971-09-28 | Marxen Friedrich | Shaped polymeric shield against neutron and gamma radiation |
| US4194040A (en) * | 1969-04-23 | 1980-03-18 | Joseph A. Teti, Jr. | Article of fibrillated polytetrafluoroethylene containing high volumes of particulate material and methods of making and using same |
| US6153666A (en) * | 1998-07-16 | 2000-11-28 | Bar-Ray Products, Inc. | Radiation-attenuating sheet material |
| US6232383B1 (en) | 1998-11-06 | 2001-05-15 | Nurescell, Inc. | Nuclear resistance cell and methods for making same |
-
2001
- 2001-06-08 US US09/878,005 patent/US6608319B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-06-06 KR KR10-2003-7001824A patent/KR20030066592A/ko not_active Application Discontinuation
- 2002-06-06 AU AU2002312364A patent/AU2002312364A1/en not_active Abandoned
- 2002-06-06 EA EA200400012A patent/EA200400012A1/ru unknown
- 2002-06-06 JP JP2003504415A patent/JP2005507071A/ja active Pending
- 2002-06-06 EP EP02739729A patent/EP1547095A2/en not_active Withdrawn
- 2002-06-06 CN CNA028019261A patent/CN1636252A/zh active Pending
- 2002-06-06 WO PCT/US2002/017943 patent/WO2002101756A2/en active Application Filing
- 2002-06-06 CA CA002449744A patent/CA2449744A1/en not_active Abandoned
- 2002-06-07 TW TW091112353A patent/TW543038B/zh not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014206529A (ja) * | 2013-03-19 | 2014-10-30 | 株式会社ディ・アンド・ディ | 塗布型放射線遮蔽材及び放射線遮蔽性エラストマー材料 |
| KR20170031226A (ko) * | 2014-07-15 | 2017-03-20 | 토카막 에너지 리미티드 | 핵융합로의 차폐재 |
| KR102449801B1 (ko) * | 2014-07-15 | 2022-09-30 | 토카막 에너지 리미티드 | 핵융합로의 차폐재 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW543038B (en) | 2003-07-21 |
| CN1636252A (zh) | 2005-07-06 |
| EP1547095A2 (en) | 2005-06-29 |
| AU2002312364A1 (en) | 2002-12-23 |
| KR20030066592A (ko) | 2003-08-09 |
| US6608319B2 (en) | 2003-08-19 |
| US20020185614A1 (en) | 2002-12-12 |
| WO2002101756A2 (en) | 2002-12-19 |
| CA2449744A1 (en) | 2002-12-19 |
| WO2002101756A8 (en) | 2005-06-30 |
| WO2002101756A3 (en) | 2005-05-06 |
| EA200400012A1 (ru) | 2005-04-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2005507071A (ja) | 高放射線レベル及び環境防護のための柔軟な無定形混合物 | |
| TW470973B (en) | Nuclear resistance cell and methods for making same | |
| US7327821B2 (en) | Cask, composition for neutron shielding body, and method of manufacturing the neutron shielding body | |
| US6166390A (en) | Radiation shielding composition | |
| TW200426855A (en) | Amorphous composition for high level radiation and environmental protection | |
| US20050258405A1 (en) | Composite materials and techniques for neutron and gamma radiation shielding | |
| WO2018231512A9 (en) | MITIGATION OF DAMAGE TO NUCLEAR FUEL: NUCLEAR REACTOR AND / OR NUCLEAR INCIDENT OR ACCIDENT | |
| JP3926823B2 (ja) | 放射線遮蔽材 | |
| JP2004028987A (ja) | キャスク、中性子遮蔽体用組成物、及び、中性子遮蔽体製造法 | |
| JPH0520720B2 (ja) | ||
| JP2004061463A (ja) | 中性子遮蔽体用組成物、遮蔽体及び遮蔽容器 | |
| JP2015152464A (ja) | 放射線遮蔽体及び放射線遮蔽構造 | |
| JP6664639B2 (ja) | 放射線遮蔽体 | |
| JP2014066614A (ja) | 放射能低減材、その製造方法および放射能低減材による放射能汚染物質の処理方法 | |
| Gudi et al. | THERMAL ANALYSIS OF SPENT NUCLEAR FUEL TRANSPORTATION CASK SHIELDED WITH PHASE CHANGE MATERIAL. | |
| JP5044280B2 (ja) | 放射性廃棄物の固化処理方法及び固化処理装置 | |
| JPH09304597A (ja) | 放射性廃棄物処分用緩衝材 | |
| Maheras et al. | A Preliminary Evaluation of Using Fill Materials to Stabilize Used Nuclear Fuel During Storage and Transportation | |
| WO2024077373A1 (en) | System for storing nuclear waste above ground using oak containers, and method of use thereof | |
| JP2016017930A (ja) | 放射能汚染海底土処理方法 | |
| Bunnell et al. | Method of encapsulating solid radioactive waste material for storage | |
| CZ20003697A3 (cs) | Termosetická kompozice odolná proti radioaktivnímu záření | |
| Michelbacher et al. | Immobilization of Cesium Traps from the BN-350 Fast Reactor (Aktau, Kazakhstan) | |
| Bari | Assessing the Feasibility of Encapsulating Spent Fuel Particles (TRISO) and Ion Exchange Resins in Borosilicate Glass | |
| Romanenko et al. | Immobilization of Cesium Traps from the BN-350 Fast Reactor (Aktau, Kazakhstan)-11062 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050606 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080701 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20081202 |