JP2007303953A - Concrete for radiation shielding - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射線遮蔽用コンクリートに関するものであり、詳しくは加速器施設等からの放射線を遮蔽し、かつ内部の中性子核反応による放射化を抑制する放射線遮蔽用コンクリートに関するものである。 The present invention relates to radiation shielding concrete, and more particularly to radiation shielding concrete that shields radiation from an accelerator facility or the like and suppresses activation by an internal neutron nuclear reaction.
加速器施設等の放射線発生源の周囲には、核分裂反応等に伴う放射線（中性子線、γ線等）を遮蔽するための遮蔽体を構築し、作業者の健康の悪影響、外部環境への放射線の漏出を防止している。
放射線を遮蔽するための遮蔽体の材質として、一般には汎用的な普通ポルトランドセメントを結合材として、単位水量を通常のコンクリートよりも増大させたコンクリートが用いられている。これらのコンクリートは水和反応による水（Ｈ２Ｏ）として水素原子を多く含み、この水素原子が高エネルギーを有する放射線（中性子）を効果的に減速させることができる。
また、鉄、磁鉄鉱等の重量骨材を用いて製造された重量コンクリートは、密度が大きいことから、γ線を効果的に遮蔽することができる。
Around the radiation source of the accelerator facility, etc., a shield for shielding the radiation (neutron rays, γ rays, etc.) associated with the fission reaction, etc. will be constructed, adverse effects on the health of workers, radiation of the external environment Prevents leakage.
As a shielding material for shielding radiation, generally, a general ordinary Portland cement is used as a binder, and concrete having a unit water amount larger than that of ordinary concrete is used. These concretes contain many hydrogen atoms as water (H 2 O) by hydration reaction, and the hydrogen atoms can effectively decelerate radiation (neutrons) having high energy.
Moreover, since heavy concrete manufactured using heavy aggregates, such as iron and magnetite, has a high density, it can shield a gamma ray effectively.
下記特許文献１には、加速器をコンクリート躯体で覆ってなる放射線遮蔽設備であって、コンクリート躯体の外部に面する部位の外表面から内表面に向かって、コンクリート躯体の伸縮を抑制するスリットを設け、当該スリットに充填材を補充する放射線遮蔽設備が開示されている。 The following Patent Document 1 is a radiation shielding facility in which an accelerator is covered with a concrete frame, and is provided with a slit for suppressing the expansion and contraction of the concrete frame from the outer surface to the inner surface of the part facing the outside of the concrete frame. A radiation shielding facility for replenishing the slit with a filler is disclosed.
しかしながら、特許文献１で開示されたようなコンクリートからなる放射線遮蔽体が中性子に曝されると、コンクリートに含まれているＣｏ，Ｅｕ等の元素が放射性同位元素に変化し、放射能をもつようになり（誘導放射能）、コンクリートが放射線（γ線）を発するようになる。このように放射線を発するに至ったコンクリートは、加速器や原子炉等の放射線発生源の保守、点検、解体等に携わる作業員に対して厳しい安全管理なしでは放射線被曝による健康上の悪影響を及ぼす可能性がある。また、大量の放射性廃棄物を残すことにもなる。
したがって本発明の目的は、加速器施設等からの放射線を遮蔽し、かつ内部の中性子核反応による放射化を抑制する放射線遮蔽用コンクリートを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a radiation shielding concrete that shields radiation from an accelerator facility or the like and suppresses activation by an internal neutron nuclear reaction.
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、放射化分析によるΣＤ／Ｃ換算における普通骨材（安山岩）比で１/１０００の電融アルミナ、普通ポルトランドセメント比で１／２５であるハイアルミナセメント、さらに好ましくはコレマナイトのようなホウ素含有化合物を組み合わせることにより、中性子等の放射線が照射されても放射化し難いコンクリートが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the ratio of ordinary aggregate (andesite) in the ΣD / C conversion ratio by activation analysis is 1/1000 of fused alumina, and the ratio of ordinary Portland cement is 1 / 25, and more preferably, by combining a boron-containing compound such as colemanite, it is found that a concrete that is difficult to be activated even when irradiated with radiation such as neutrons is obtained, and the present invention has been completed. It was.
すなわち本発明は、以下のとおりである。
（１）少なくとも、ハイアルミナセメント、電融アルミナからなる細骨材および粗骨材を含有してなることを特徴とする放射線遮蔽用コンクリート。
（２）ホウ素含有化合物をさらに含有してなることを特徴とする前記（１）に記載の放射線遮蔽用コンクリート。
（３）前記ホウ素含有化合物がコレマナイトであることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の放射線遮蔽用コンクリート。
（４）前記粗骨材が、電融アルミナからなることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の放射線遮蔽用コンクリート。
（５）前記ハイアルミナセメントのブレーン比表面積が４０００〜５０００ｃｍ２／ｇであることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の放射線遮蔽用コンクリート。
（６）前記ハイアルミナセメントが２００〜５００ｋｇ／ｍ３、電融アルミナ細骨材が２００〜１５００ｋｇ／ｍ３、電融アルミナ粗骨材が１０〜１５００ｋｇ／ｍ３、水が１２０〜２５０ｋｇ／ｍ３の配合割合で調製されたことを特徴とする前記（４）に記載の放射線遮蔽用コンクリート。
（７）さらにホウ素含有化合物を１０〜２００ｋｇ／ｍ３の割合で添加してなることを特徴とする前記（６）に記載の放射線遮蔽用コンクリート。
（８）前記（１）〜（７）のいずれかに記載の放射線遮蔽用コンクリートを用いて製造されたことを特徴とするプレキャストコンクリートパネル。
（９）少なくとも、ハイアルミナセメントおよび電融アルミナからなる細骨材を含有してなることを特徴とする放射線遮蔽用モルタル。
That is, the present invention is as follows.
(1) A radiation shielding concrete comprising at least a fine aggregate and a coarse aggregate made of high alumina cement and electrofused alumina.
(2) The radiation shielding concrete according to (1), further comprising a boron-containing compound.
(3) The radiation shielding concrete according to (1) or (2), wherein the boron-containing compound is colemanite.
(4) The radiation shielding concrete according to any one of (1) to (3), wherein the coarse aggregate is made of fused alumina.
(5) The radiation shielding concrete according to any one of (1) to (4), wherein the high alumina cement has a Blaine specific surface area of 4000 to 5000 cm 2 / g.
(6) The high alumina cement is 200 to 500 kg / m 3 , the fused alumina fine aggregate is 200 to 1500 kg / m 3 , the fused alumina coarse aggregate is 10 to 1500 kg / m 3 , and the water is 120 to 250 kg / m. The radiation shielding concrete according to (4) above, which is prepared at a blending ratio of 3 .
(7) The radiation shielding concrete according to (6) above, further comprising a boron-containing compound added at a rate of 10 to 200 kg / m 3 .
(8) A precast concrete panel manufactured using the radiation shielding concrete according to any one of (1) to (7).
(9) A radiation shielding mortar comprising at least a fine aggregate made of high alumina cement and electrofused alumina.
本発明によれば、ハイアルミナセメント、電融アルミナ、さらに好ましくはコレマナイトのようなホウ素含有化合物を組み合わせることにより、放射線遮蔽効果に優れ、中性子等の放射線が照射されても放射化し難い、放射線遮蔽用コンクリートを提供することができる。本発明の放射線遮蔽用コンクリートは、従来よりも厚みが薄くても同等な放射線遮蔽効果が得られ、供用後、一般廃棄物として取り扱い可能である。 According to the present invention, by combining a boron-containing compound such as high alumina cement, electrofused alumina, and more preferably colemanite, the radiation shielding effect is excellent, and radiation radiation shielding is difficult even when irradiated with radiation such as neutrons. Concrete can be provided. The radiation shielding concrete of the present invention can provide the same radiation shielding effect even if it is thinner than the conventional one, and can be handled as general waste after use.
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明で使用されるハイアルミナセメントは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を高い割合で含有するセメントであり公知である。例えばＡｌ２Ｏ３が７０質量％以上、ＣａＯが２０質量％以上である。ハイアルミナセメントのＪＩＳ Ｒ ５２０１に規定されたブレーン比表面積が４０００〜５０００ｃｍ２／ｇであると放射線遮蔽効果の点で好ましい。ハイアルミナセメントは、例えば電気化学工業社製、商品名デンカハイアルミナセメント等の市販品を利用できる。なお本発明では、必要に応じて他のアルミナセメントや後述する低放射化混和材を併用することもできる。あるいは、低放射化な普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の汎用のポルトランドセメントや、白色セメント等を利用することにより（ハイアルミナセメントを利用するよりは低放射化効果は低いが）代用も可能である。ハイアルミナセメントは、その他の通常用いられているセメントに比べて酸化鉄の含有量が極めて少ない。したがって鉄が放射性同位元素に変化することによる放射化を回避できる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The high alumina cement used in the present invention is a cement containing a high proportion of alumina (Al 2 O 3 ) and is known. For example, Al 2 O 3 is 70% by mass or more and CaO is 20% by mass or more. It is preferable from the point of a radiation shielding effect that the brane specific surface area prescribed | regulated to JISR5201 of a high alumina cement is 4000-5000cm < 2 > / g. As the high-alumina cement, for example, commercially available products such as Denka High-Alumina Cement manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd. can be used. In the present invention, if necessary, other alumina cement or a low activation admixture described later can be used in combination. Or, by using general-purpose Portland cement such as low-activation normal Portland cement, medium-heated Portland cement, low-heat Portland cement, or white cement, etc. ) Substitution is also possible. High alumina cement has a very low iron oxide content compared to other commonly used cements. Therefore, activation by changing iron into a radioisotope can be avoided.
本発明で使用される電融アルミナは、水酸化アルミニウムを焼成することによって得られる白色結晶体である。化学的に安定しており、融点が高い、機械的強度が大きい、硬度が高い、電気絶縁抵抗が大きいなどの特徴があり、陶磁器、機械部品・電子部品等のセラミックス材料、研削・研磨材ならびに耐火物原料等に使用され、公知である。また、放射化で問題となる長い半減期のＥｕやＣｏをほとんど含んでいない。
電融アルミナは、例えば昭華鉱産有限公司（中国江蘇省連雲港市）製、商品名電融アルミナＷＡ（Ａｌ２Ｏ３が９９質量％以上、Ｅｕ含有量１．０ｐｐｂ以下、Ｃｏ含有量１００ｐｐｂ以下）等の市販品を利用できる。電融アルミナは、所望のサイズに破砕して用いることができる。最も好ましい電融アルミナは、再焼結させた球状の形状を有するものである。
The fused alumina used in the present invention is a white crystal obtained by firing aluminum hydroxide. It is chemically stable, has a high melting point, high mechanical strength, high hardness, high electrical insulation resistance, ceramic materials such as ceramics, mechanical parts and electronic parts, grinding and polishing materials, It is used for refractory materials and is well known. Moreover, it does not contain Eu or Co having a long half-life that causes a problem in activation.
The fused alumina is, for example, manufactured by Shohwa Mining Co., Ltd. (Lianyungang City, Jiangsu Province, China), trade name: fused alumina WA (Al 2 O 3 is 99 mass% or more, Eu content is 1.0 ppb or less, Co content is 100 ppb or less. ) Etc. can be used. The fused alumina can be used after being crushed to a desired size. The most preferred fused alumina has a re-sintered spherical shape.
本発明の放射線遮蔽用コンクリートは、ホウ素含有化合物をさらに含有してなることが好ましい。ホウ素含有化合物としては、例えばホウ素粉末やコレマナイトが挙げられる。とくにコレマナイトの使用が好ましい。これらのホウ素含有化合物を使用することにより、熱中性子との反応断面積が大きく、熱中性子を効率的に吸収し、熱中性子束を減少させることができる。 The radiation shielding concrete of the present invention preferably further contains a boron-containing compound. Examples of the boron-containing compound include boron powder and colemanite. In particular, use of colemanite is preferable. By using these boron-containing compounds, the reaction cross section with thermal neutrons is large, and thermal neutrons can be absorbed efficiently and the thermal neutron flux can be reduced.
本発明で使用される細骨材は、電融アルミナからなるものであるが、必要に応じて、砕砂や石灰石等を適宜利用してもよい。
また本発明で使用される粗骨材は、とくに制限されず、従来から用いられている砕石、石灰石等を利用することができるが、本発明では、粗骨材が電融アルミナからなることが望ましい。細骨材および粗骨材をともに電融アルミナから構成することにより、放射線遮蔽効果を一層高めることができる。
The fine aggregate used in the present invention is made of fused alumina, but crushed sand, limestone, or the like may be appropriately used as necessary.
The coarse aggregate used in the present invention is not particularly limited, and conventionally used crushed stone, limestone and the like can be used. However, in the present invention, the coarse aggregate may be made of fused alumina. desirable. The radiation shielding effect can be further enhanced by forming both the fine aggregate and the coarse aggregate from fused alumina.
本発明の放射線遮蔽用コンクリートは、上述の各成分のほかに、中性子線の照射によって放射性同位元素に変化する元素（Ｅｕ、Ｃｏ等）の含有量の小さい混和材を含んでいてもよい。このような混和材としては、例えば、石灰石粉末、シリカフューム、石英粉末、珪砂等が挙げられる。 In addition to the above-described components, the radiation shielding concrete of the present invention may contain an admixture with a small content of elements (Eu, Co, etc.) that change to radioactive isotopes upon irradiation with neutrons. Examples of such admixtures include limestone powder, silica fume, quartz powder, and silica sand.
本発明の放射線遮蔽用コンクリートは、コンクリートの流動性・作業性を向上させるために、減水剤を使用することが好ましい。減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤が挙げられる。 The radiation shielding concrete of the present invention preferably uses a water reducing agent in order to improve the fluidity and workability of the concrete. Examples of the water reducing agent include lignin-based, naphthalenesulfonic acid-based, melamine-based, and polycarboxylic acid-based water reducing agents, AE water reducing agents, high-performance water reducing agents, and high-performance AE water reducing agents.
本発明の放射線遮蔽用コンクリートの配合処方は、例えば前記ハイアルミナセメントが２００〜５００ｋｇ／ｍ３、細骨材が２００〜１５００ｋｇ／ｍ３、粗骨材が１０〜１５００ｋｇ／ｍ３、ホウ素含有化合物が０〜２００ｋｇ／ｍ３、好ましくは１０〜２００ｋｇ／ｍ３、水が１２０〜２５０ｋｇ／ｍ３である。
減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤を使用する場合は、０〜２０ｋｇ／ｍ３である。
なお、細骨材および粗骨材は、ともに電融アルミナからなるのが好ましいことは前述のとおりであり、上記配合処方が適用される。
For example, the high-alumina cement is 200 to 500 kg / m 3 , the fine aggregate is 200 to 1500 kg / m 3 , the coarse aggregate is 10 to 1500 kg / m 3 , and the boron-containing compound Is 0 to 200 kg / m 3 , preferably 10 to 200 kg / m 3 , and water is 120 to 250 kg / m 3 .
When a water reducing agent, AE water reducing agent, high performance water reducing agent or high performance AE water reducing agent is used, it is 0 to 20 kg / m 3 .
The fine aggregate and the coarse aggregate are preferably both made of fused alumina as described above, and the above-mentioned blending prescription is applied.
コンクリートの混練方法は、とくに制限されず、各材料を個別にミキサに投入し、混練する等の方法が挙げられる。使用されるミキサについても限定されず、オムニミキサ、パン型ミキサ、二軸練りミキサ等が用いられる。なお、水は水道水、地下水等を使用することができる。
混練後、所定の型枠に生コンクリートを投入し、十分な締め固めを行った後、養生を行うことにより本発明の放射線遮蔽用コンクリートの構造体が得られる。養生条件はとくに限定するものではないが、せき板による被覆、養生マットまたは水密シートによる被覆、散水、噴霧、膜養生剤の塗布などによる湿潤養生などが挙げられる。
The concrete kneading method is not particularly limited, and examples thereof include a method in which each material is individually put into a mixer and kneaded. The mixer to be used is not limited, and an omni mixer, a pan-type mixer, a biaxial kneader mixer, or the like is used. In addition, tap water, groundwater, etc. can be used for water.
After kneading, the ready-mixed concrete is put into a predetermined formwork, sufficiently compacted, and then cured to obtain the radiation shielding concrete structure of the present invention. Curing conditions are not particularly limited, and examples thereof include covering with a scallop, covering with a curing mat or a watertight sheet, water curing, spraying, wet curing by applying a film curing agent, and the like.
なお、前記ではコンクリートの配合および製造について説明したが、上記配合から粗骨材を省いてモルタルとして使用することもできる。 In addition, although the mixing | blending and manufacture of concrete were demonstrated above, a coarse aggregate can be excluded from the said mixing | blending and it can also be used as a mortar.
また本発明の放射線遮蔽用コンクリートを放射線遮蔽体として用いる場合には、現場でコンクリートを打設するよりも、プレキャストコンクリートパネルを製造して現場で組み立てて遮蔽体とするのが好ましい。プレキャストコンクリートパネルは、工場において厳しい品質管理のもとに、適正な原材料を用いて製造することができるので、品質や性能の安定した放射線遮蔽用コンクリート構造物を構築することができる。
プレキャストコンクリートパネルのサイズは、遮蔽すべき放射線の種類や、加速器のサイズ等を勘案して適宜決定すればよいが、例えば厚みは５０〜３００ｍｍである。
Further, when the radiation shielding concrete of the present invention is used as a radiation shielding body, it is preferable to manufacture a precast concrete panel and assemble it on site to form a shielding body, rather than placing concrete on site. Since precast concrete panels can be manufactured using appropriate raw materials under strict quality control in a factory, a radiation shielding concrete structure with stable quality and performance can be constructed.
The size of the precast concrete panel may be appropriately determined in consideration of the type of radiation to be shielded, the size of the accelerator, and the like. For example, the thickness is 50 to 300 mm.
以下、本発明を実施例によりさらに説明する。
実施例１
下記表１に記載のコンクリートの調合にしたがって、本発明の放射線遮蔽用コンクリートを製造した。
Hereinafter, the present invention will be further described by examples.
Example 1
According to the concrete mix described in Table 1 below, the radiation shielding concrete of the present invention was produced.
上記表１中、Ｗは上水道水、Ｃはハイアルミナセメント、Ｓは電融アルミナ細骨材、Ｇは電融アルミナ粗骨材である。Ｓ／ａは細骨材率を表す。
ハイアルミナセメントは、電気化学工業社製、商品名デンカハイアルミナセメント、ブレーン比表面積が４７４０ｃｍ２／ｇ、ρ＝３．１３ｇ／ｃｍ３）を用いた。電融アルミナは、昭華鉱産有限公司（中国江蘇省連雲港市）製、商品名電融アルミナＷＡを用いた。細骨材の平均粒径は０．７２ｍｍ、ρ＝３．８９ｇ／ｃｍ３、粗骨材の平均粒径は６．６ｍｍ、ρ＝３．８１ｇ／ｃｍ３である。
In Table 1 above, W is tap water, C is high alumina cement, S is a fused alumina fine aggregate, and G is a fused alumina coarse aggregate. S / a represents the fine aggregate rate.
As the high alumina cement, Denka High Alumina Cement, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., having a Blaine specific surface area of 4740 cm 2 / g and ρ = 3.13 g / cm 3 ) was used. As the electrofused alumina, trade name Fused Alumina WA manufactured by Shohwa Mining Co., Ltd. (Lianyungang City, Jiangsu Province, China) was used. The average particle size of the fine aggregate is 0.72 mm and ρ = 3.89 g / cm 3 , and the average particle size of the coarse aggregate is 6.6 mm and ρ = 3.81 g / cm 3 .
２軸強制練りミキサーを用い、ハイアルミナセメント、電融アルミナ細骨材および電融アルミナ粗骨材を１５秒間空練りし、続いて上水道水を投入して９０秒間の本練りを行った。得られた生コンクリートをφ１０×２０ｃｍの型枠を用いて成形後、２０℃で１４日間気中標準養生または封かん養生してφ１０×２０ｃｍの円柱供試体を作製した。凝結時間試験を行ったところ、始発時間は２時間０分、終結時間は２時間１８分であった。また供試体の養生後の圧縮強度（常法）は、標準養生の供試体が２２．１Ｎ／ｍｍ２、封かん養生の供試体が３１．９Ｎ／ｍｍ２であった。 Using a biaxial forced kneading mixer, high alumina cement, fused alumina fine aggregate, and fused alumina coarse aggregate were air-kneaded for 15 seconds, and then tap water was added to perform main kneading for 90 seconds. The obtained ready-mixed concrete was molded using a φ10 × 20 cm mold, and then subjected to air standard curing or sealing curing at 20 ° C. for 14 days to prepare a φ10 × 20 cm cylindrical specimen. When the setting time test was conducted, the starting time was 2 hours and 0 minutes, and the finishing time was 2 hours and 18 minutes. The compressive strength after curing of the specimen (conventional method), the specimen of standard curing is 22.1N / mm 2, specimens of sealing curing was 31.9N / mm 2.
前記標準養生の供試体を陽子加速器施設の１２ＧｅＶ陽子加速器のビームライントンネルに設置し、７日間、２次中性子に曝した後、加速器停止直後の２４Ｎａの放射能濃度（Ｂｑ／ｇ）をＧｅ半導体検出器で測定した。その結果、２４Ｎａの放射能濃度は、５．０Ｂｑ／ｇであった。なお、セメントとして低熱ポルトランドセメント、細骨材として陸砂、粗骨材として砕石を用い、上記実施例１を行った場合、２４Ｎａの放射能濃度は、約２００Ｂｑ／ｇとなる。 The specimen for standard curing was placed in the beam line tunnel of a 12 GeV proton accelerator at the proton accelerator facility, exposed to secondary neutrons for 7 days, and then the radioactive concentration of 24 Na (Bq / g) immediately after the accelerator stopped was determined as Ge. Measured with a semiconductor detector. As a result, the activity concentration of 24 Na was 5.0Bq / g. The low thermal Portland cement as the cement, with a crushed stone as land sand, coarse aggregate as fine aggregate, in the case of performing the above Example 1, the activity concentration of 24 Na is about 200 Bq / g.
実施例２
ホウ素含有化合物としてコレマナイトを８０ｋｇ/ｍ３の割合で添加したこと以外は、上記実施例１を行った。実施例１と同様の圧縮強度を有する供試体が得られた。また、２４Ｎａの放射能濃度は、２．０Ｂｑ／ｇであり、さらなる放射線遮蔽効果が確認された。
Example 2
Example 1 was carried out except that colemanite was added as a boron-containing compound at a rate of 80 kg / m 3 . A specimen having the same compressive strength as in Example 1 was obtained. Moreover, the radioactive density | concentration of 24 Na is 2.0 Bq / g, and the further radiation shielding effect was confirmed.
本発明の放射線遮蔽用コンクリートは、内部の中性子核反応による放射化は極めて小さい。そのため、陽子加速器周辺の鋼板モルタルや、医療用放射線照射施設、アイソトープ貯蔵施設、ウラン処理施設、原子炉施設などの放射線遮蔽用構造物として好適に用いられる。
The concrete for radiation shielding of the present invention is very little activated by the internal neutron nuclear reaction. Therefore, it is preferably used as a radiation shielding structure such as a steel plate mortar around a proton accelerator, a medical radiation irradiation facility, an isotope storage facility, a uranium treatment facility, or a nuclear reactor facility.
Claims (9)
A radiation shielding mortar comprising at least a fine aggregate made of high alumina cement and electrofused alumina.
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