JP2010045891A - 放射線発生装置用ケーブルダクト - Google Patents

Abstract

【課題】加速器等の放射線発生装置に用いる場合に要求される耐電圧性、高気密性、及び防火区画性の３特性をいずれも満足することができる放射線発生装置用ケーブルダクトを提供する。
【解決手段】金属製で円筒状の内部配管１１と断面正方状の外部ダクト１３の二重同軸構造とし、気密処理部Ａで気密処理板１７及び気密ガスケットにより気密処理及び耐電圧処理が施され、防火区画処理部Ｂで防火処理板１９及び防火材被覆により防火区画処理及び耐電圧処理が施されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、加速器等の放射線発生装置に用いる場合に要求される耐電圧性、高気密性、及び防火区画性の３特性をいずれも満足することができる放射線発生装置用ケーブルダクトに関するものである。

工場や発電所などの大規模な施設では、施設内にケーブルダクト等の敷設路が縦横に設置され、それら敷設路に多数の電気ケーブルや絶縁電線、コード等が相互に密着混在して敷設される（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、一般的な電気施設で用いられているケーブルダクトでは、耐電圧性、高気密性及び防火区画性を同時に満たすことができない。例えば、一般の電気施設において防火区画を形成することは通常行なわれているが、加速器等で要求される程度の耐電圧まで考慮されることがない。

一方、高気密性が要求される箇所では一般にガスケットが用いられるが、気密ガスケットが利用される分野では、一般的に耐電圧性は考慮されていない。
特開２００２−５９８２号公報

しかしながら、大強度の陽子を加速するような加速器施設では、加速器トンネルが高線量放射線場となる。このような場所で使用できる消火設備は現存しないため、部屋を貫通するケーブルダクトは防火区画性を有する必要がある。また、トンネル外へ高放射化空気が漏洩するのを防止するために、ケーブルダクトには高気密性を有することが必須となる。さらに、加速器等では、直流電圧ＤＣ７０ｋＶ程度まで印加され得るため、この電圧まで耐電圧が要求される。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、加速器等の放射線発生装置に用いる場合に要求される耐電圧性、高気密性、及び防火区画性の３特性をいずれも満足することができる放射線発生装置用ケーブルダクトを提供することにある。

本発明の放射線発生装置用ケーブルダクトは、遮蔽壁を貫通して少なくとも一方の側が放射化空気発生区域内に接続される放射線発生装置用ケーブルダクトであって、金属製の内部配管と外部ダクトとの二重同軸構造で構成され、前記内部配管内にはケーブルが敷設されると共に当該ケーブルと同じ電圧が印加され、他方、前記外部ダクトには接地電位とされ、かつ、気密処理部において、前記内部配管と前記外部ダクトとの間に、ガラスＦＲＰ製の気密処理板を設けると共に、当該気密処理板と前記内部配管との隙間、及び前記気密処理板と前記外部ダクトとの隙間に、それぞれシリコンゴム製のガスケットを設け、かつ、防火区画処理部において、前記内部配管と前記外部ダクトとの間に、ケイ酸カルシウム板に２液型シリコーンゴムをコーティングした防火処理板を設けると共に、当該防火処理板と前記内部配管との隙間に、２液型シリコーンゴムからなる防火材被覆を設けたことを特徴とする。

印加電圧が７０ｋＶの場合に、前記防火材被覆の厚みを１８．４ｍｍ以上とすることが好ましい。

前記気密処理板をエポキシ系ガラスＦＲＰとすることが好ましい。

前記内部配管を高絶縁性のＦＲＰアングルによって前記外部ダクトに支持することが好ましい。

本発明によれば、耐電圧性、高気密性、及び防火区画性の３特性をいずれも満足することができる放射線発生装置用ケーブルダクトを提供することができる。

物質を構成する原子の原子核に、高エネルギーの陽子ビームをぶつけると、原子核が砕けて、中性子、陽子、π中間子、ニュートリノ、ミューオン、ｋ中間子、反陽子等の二次粒子が発生する。このような方法で生成した強力な中性子（neutron）ビームを用いて、核変換法により半減期の長い長寿命核を短寿命化して放射性廃棄物を処理したり、タンパク質や酵素の未知の微細構造を解明して医薬品や食品の開発に利用したりすることができる。

このような目的のために用いられる、大強度、かつ、高エネルギーの陽子ビームを生成するための陽子加速器は、通常、直線形のリニアック部と円形のシンクロトロン部とで構成される。陽子はリニアック部と大小２つのシンクロトロン部で徐々に加速され、最終的には光の速度の９９．９８％まで加速された陽子ビームとなる。

図１に、リニアック部の概略断面図を示す。リニアック部１０は、イオン源電源室１と加速器トンネル３とがコンクリート壁２によって区画され、加速器トンネル３内が放射化空気発生区域となる。イオン源電源室１内には、イオン源の電源となるイオン源電源ユニット５が配置され、ケーブルダクト６によりイオン源７と接続されている。イオン源７にはリニアック９が接続され、加速された陽子がその内部を通過するようになっている。

図２に、ケーブルダクト６の拡大図を示す。
ケーブルダクト６の基本構成は、金属製で円筒状の内部配管１１と断面正方状の外部ダクト１３の二重同軸構造とし、内部配管１１内にはケーブルが敷設される。また、外部ダクト１３は接地電位とし、内部配管１１は敷設するケーブルと同じ高電圧が印加される。

ケーブルダクト６は、図面左側でイオン源電源ユニット５に接続される一方、図面右側でイオン源７に接続される。なお、コンクリート壁２より右側は放射化空気発生区域である。内部配管１１及び外部ダクト１３は、図中の気密処理部Ａで気密処理及び耐電圧処理が施され、防火区画処理部Ｂで防火区画処理及び耐電圧処理が施されている。

（内部配管１１、外部ダクト１３）
内部配管１１の材質としては、鋼管（電気部材の汎用品）、銅管、アルミニウム管等が挙げられるが、電気特性、表面状態及びコストの観点から、アルミニウム管が好ましい。また、外部ダクト１３の材質としては、ステンレス鋼や、アルミニウム、鉄等の金属を用いることができる。更に、内部配管１１を外部ダクト１３に支持するための部材としては、高絶縁性のＦＲＰアングル１４が好適に使用される。このＦＲＰアングル１４によって耐電圧性を付与することができる。

次に、気密処理部Ａでの気密処理について説明する。

（気密処理板１７）
図３に、気密処理部Ａに設けられた気密処理板の拡大図を示す。気密処理板１７は、内部配管１１と外部ダクト１３との隙間の気密処理のために設けられる。気密処理板１７の材質としては、エポキシ系アラミドＦＲＰ、フェノール系ガラスＦＲＰ、エポキシ系ガラスＦＲＰ、メラミン系ガラスＦＲＰ、無機質系ガラスＦＲＰ、ポリイミド系ガラスＦＲＰ、シリコン系ガラスＦＲＰ等が挙げられるが、絶縁抵抗及び機械強度の観点から、エポキシ系ガラスＦＲＰが好ましい。

また、内部配管１１と気密処理板１７との隙間には、気密ガスケット２２が設けられている。本用途の場合、ガスケットの装着状態を挿入方向の反対側から確認する必要があるが、スポンジ状ガスケットはそれに対応できないこと、及び数値解析ができない理由から、気密ガスケット２２として円形用Ｙ型ガスケットを採用した。気密ガスケット２２の材質としては、後述する電気特性試験（実験例）の結果、シリコンゴムを用いることが好ましく、クロロプレンゴムは絶縁性能が低いことから好ましくない。

更に、外部ダクト１３と気密処理板１７との隙間にも、気密ガスケット２４が設けられる。気密ガスケット２４の材質としては、独自の数値解析や気密特性を考慮した結果から、Ｙ型ガスケットが好ましい。気密ガスケット２４の材質としても、シリコンゴムを用いることが好ましい。

（難燃シール材１５）
内部配管１１内に敷設するケーブルのケーブル間の隙間、及びケーブルと内部配管内との隙間の気密処理のために、内部配管内に難燃シール材１５を充填する。難燃シール材１５の材質としては、独自の気密特性試験の結果、「ダンシールＬ」（(株)古河テクノマテリアル製）と「ダンシールＷ」（(株)古河テクノマテリアル製）のいずれも本用途の仕様を満たすことが分かったが、ダンシールＬは難燃性能も有しているのでより好ましい。

なお、本実施形態では、気密処理部Ａに、気密処理板１７、難燃シール材１５をそれぞれ二ヶ所づつ設けたが、必要に応じて、個数を増減させても良い。

次に、防火区画処理部Ｂでの気密処理について説明する。

（防火処理板１９）
図４に、防火区画処理部Ｂに設けられた防火処理板の拡大図を示す。防火処理板１９は、内部配管１１と外部ダクト１３との防火区画処理のための仕切りとして設置される。防火処理板１９の材質としては、通常、ケイ酸カルシウム板（ケイカル板）や耐火ブロック等が揚げられるが、ケイカル板は建築工事のほかに電気設備工事としての防火区画処理工法の認定を受けているので、ケイカル板がより好ましい。

しかしながら、通常のケイカル板のみでは、本発明者らの独自の電気特性試験の結果、絶縁性能が低く、本放射線発生装置用途には不適であることが分かった。このため、絶縁性能を付与すべく鋭意研究を行った結果、以下に示す２液混合型区画材をケイカル板にコーティングすることにより、絶縁性、耐電圧性が劇的に向上し、本放射線発生装置用途に好適に用いることができることが判明した。

（２液混合型区画材）
基本組成として、ベースポリマー（末端にビニル基を持ったポリジオルガノシロキサン）、架橋剤（ベースポリマー同士をつなぎ、架橋させてゴム弾性体化するためのケイ素原子結合水素原子を持つポリオルガノシロキサン）、及び白金化合物などの硬化触媒（１〜１００ｐｐｍ程度の極微量）を有し、その他、充填剤（補強、増量、熱伝導、導電等）やその他添加剤（接着性付与剤、反応抑制剤、顔料等）を含む２液型シリコーンゴムを用いることができる。上記の必須３成分は、２液型の場合、Ａ液または主剤として、ベースポリマー、硬化触媒、Ｂ液または硬化剤として、架橋剤、（ベースポリマー）のように組み合わせることができる。具体的に、かかる２液型混合区画材としては、「シリコーン・シールＳＥ１８１１」（東レ・ダウコーニング製）が、気密・防水性を有し、優れた耐火性を備えている耐火充填材であるであるため、最適である。なお、防火区画板（ケイカル板）への２液混合型区画材のコーティング厚さは、施工性を考慮して２ｍｍとすることが好ましい。

（防火材被覆２１）
防火区画処理部Ｂに耐電圧性を付加するために、２液混合型区画材をコーティングしたケイカル板からなる防火処理板１９を用いると共に、更に、内部配管１１に上記の２液混合型区画材を巻き付け、防火材被覆２１を形成する。具体的には、まず、円柱型の型枠を作り、内部配管１１にこの型枠を取り付けた後、型枠に液状の２液混合型区画材を流し込む。しばらく放置すると、液状の区画材が固形化する。固形化後、型枠を外すと、内部配管１１に防火区画材が巻かれたものが形成される。巻き付け厚は、後述する実験例１の結果による２液混合型防火区画材の１ｍｍ厚当たりの耐電圧性能９．５ｋＶ／ｍｍに従って決定することができる。

すなわち、配管１１への印加電圧をＶ_１［ｋＶ］とすると、最小厚さｔ［ｍｍ］は、次式より求めることができる。
ｔ＝（Ｖ_１／Ｖ_２）×α
但し、Ｖ_１：配管への印加電圧［ｋＶ］
Ｖ_２：２液混合型防火区画材の耐電圧［ｋＶ／ｍｍ］
α：安全率
今回、Ｖ_１＝７０［ｋＶ］、Ｖ_２＝９．５［ｋＶ／ｍｍ］、α＝２．５とし、最小厚さｔ＝１８．４ｍｍを得た。従って、実際には厚さを２０ｍｍ程度とすることができる。

（ケーブル端部気密材）
内部配管１１内に敷設するケーブル端部の芯線と被覆間の気密処理のために、ケーブル端部にシール材を塗布することが好ましい。シール材としては、２液混合型防火区画材を用いることができる。

（本実施態様の効果）
以上説明したように、ケーブルダクト６を用いることにより、
（１）内部配管への印加電圧７０ｋＶに対しても耐電圧性を有し、
（２）気密処理部について、ＪＩＳ Ａ１５１６に準拠した気密試験において、０．５等級以上、具体的には２０００Ｐａの気圧条件下で１．５ｍ^３／ｈ以下の高気密性を有し、
（３）国土交通大臣の認定工法である２５ｍｍケイカル板壁工法（ＰＳ０６０ＷＬ−０２３６）の準用と、認定工法材料の使用により、防火区画処理部において耐火性能（防火区画性）を有するものとすることができる。

実験例１

（絶縁性能試験）
クロロプレンゴム（タケチ工業ゴム）、シリコンゴム（タケチ工業ゴム）、２液混合型防火区画材（「シリコーンシールＳＥ１８１１」 東レ ダウコーニング シリコーン製）について、絶縁破壊試験を行った。試験方法は、「ＪＩＳ Ｃ２１１０−１９９４」に準じて実施し、試験の種類は絶縁破壊試験（短時間破壊試験）によった。測定は、ＪＩＳＣ２３２０に規定される１種２号絶縁油（油温２２℃）を用い、図５に示すように、１０×１０ｃｍの寸法の試料３１の上部に直径２５ｍｍの円筒形電極（正極）３３を載せる一方、試料３１の下に直径７５ｍｍの円筒形電極（負極）３５を配置し、絶縁油３７中に試料３１を沈めて、高電圧発生装置３９により電圧を発生させて行った。なお、電圧上昇速度は２ｋＶ／２０秒とした。結果を次表に示す。

上記の結果より、耐電圧の平均値はシリコンゴムで１０．５ｋＶ／ｍｍ、２液混合型防火区画材で９．５ｋＶ／ｍｍであったが、クロロプレンゴムでは絶縁性能が低すぎて測定不可能であった。

実験例２

（電気抵抗試験）
クロロプレンゴム（タケチ工業ゴム）、シリコンゴム（タケチ工業ゴム）、２液混合型防火区画材（「シリコーンシールＳＥ１８１１」 東レ ダウコーニング シリコーン製）について、電気抵抗試験を行った。試験方法は、ＪＩＳ Ｋ６２４９「未硬化及び硬化シリコンゴムの試験方法」及びＫ６２７１「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−体積抵抗率及び表面抵抗率の求め方」に準じて実施した。使用機器として、デジタル超高抵抗・微小電流計（ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ社 Ｒ８３４０）及び抵抗測定試料箱（ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ社 Ｒ１２７０２Ａ）を使用し、前処理として湿度１５％気中に１６時間静置した後、気温２２℃、湿度６４％、測定電圧１０００［Ｖ］、測定時圧力３［ｋｇｆ］の条件で測定した。結果を次表に示す。

上記の結果より、シリコンゴム、２液混合型防火区画材の体積抵抗はそれぞれ、３．６×１０^１６、１．９×１０^１４Ωｃｍ^３と十分な値が得られたが、クロロプレンゴムのそれは３．９×１０⁷Ωｃｍ^３と十分な値を得ることができなかった。

実施例１及び２の結果より、シリコンゴム及び２液混合型防火区画材が絶縁性能に優れており、好ましいことが判明した。

陽子加速器のリニアック部を示す概略断面図である。 本実施形態に係るケーブルダクトを示す拡大図である。 図２の気密処理部Ａに設けられた気密処理板を示す拡大図である。 図２の防火区画処理部Ｂに設けられた防火処理板を示す拡大図である。 実験例１で行った絶縁破壊試験の概念図である。

符号の説明

１ イオン源電源室
２ コンクリート壁
３ 加速器トンネル
５ イオン源電源ユニット
６ ケーブルダクト
７ イオン源
９ リニアック
１０ リニアック部
１１ 内部配管
１３ 外部ダクト
１４ ＦＲＰアングル
１５ 難燃シール材
１７ 気密処理板
１９ 防火処理板
２１ 防火材被覆
２２ 気密ガスケット
２４ 気密ガスケット

Claims (4)

1. 遮蔽壁を貫通して少なくとも一方の側が放射化空気発生区域内に接続される放射線発生装置用ケーブルダクトであって、金属製の内部配管と外部ダクトとの二重同軸構造で構成され、前記内部配管内にはケーブルが敷設されると共に当該ケーブルと同じ電圧が印加され、他方、前記外部ダクトには接地電位とされ、かつ、気密処理部において、前記内部配管と前記外部ダクトとの間に、ガラスＦＲＰ製の気密処理板を設けると共に、当該気密処理板と前記内部配管との隙間、及び前記気密処理板と前記外部ダクトとの隙間に、それぞれシリコンゴム製のガスケットを設け、かつ、防火区画処理部において、前記内部配管と前記外部ダクトとの間に、ケイ酸カルシウム板に２液型シリコーンゴムをコーティングした防火処理板を設けると共に、当該防火処理板と前記内部配管との隙間に、２液型シリコーンゴムからなる防火材被覆を設けたことを特徴とする放射線発生装置用ケーブルダクト。
2. 印加電圧が７０ｋＶの場合に、前記防火材被覆の厚みを１８．４ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項１記載の放射線発生装置用ケーブルダクト。
3. 前記気密処理板が、エポキシ系ガラスＦＲＰであることを特徴とする請求項１記載の放射線発生装置用ケーブルダクト。
4. 前記内部配管を高絶縁性のＦＲＰアングルによって前記外部ダクトに支持したことを特徴とする請求項１記載の放射線発生装置用ケーブルダクト。

Images