JP2011058934A

JP2011058934A - 中性子線吸収シート

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Publication number: JP2011058934A
Application number: JP2009208383A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Sato; 聡佐藤; Riki Konno; 力今野; Kentaro Ochiai; 謙太郎落合; Kosuke Takakura; 耕祐高倉; Kenji Yoshimatsu; 賢二吉松; Koichi Sato; 孝一佐藤; Toshio Maekawa; 利雄前川; Suguru Nonaka; 英野中
Original assignee: Japan Atomic Energy Agency; Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency; Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2029-09-09
Also published as: JP5609048B2

Abstract

【課題】製造容易で品質に優れた中性子線吸収シートを得ることができ、シートを用いた簡易な中性子線対策を行えるようにすることを目的とする。
【解決手段】樹脂とボロンとを混合させて形成された中性子線吸収シートにおいて、樹脂とボロンとの重量比が、１：０．２５〜１：１．７５の範囲内であり、また、シートの厚さ寸法が、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であり、なお、ボロンとして、粒径寸法範囲が異なる第１の粒径群のＢ_４Ｃと第２の粒径群のＢ_４Ｃとを混ぜたものを用いた。
【選択図】図１

Description

本発明は、製造容易で品質に優れた中性子線吸収シートに関する。

ボロン（硼（ホウ）素）と樹脂とにより形成された中性子遮蔽材料が知られている（例えば、特許文献１等参照）。

特開平９−１７６４９６号公報

しかしながら、上記従来技術では、ボロン混入樹脂により形成された汎用性に優れた中性子線吸収シートについては開示されておらず、シートを用いた簡易な中性子線対策を行えないという問題点があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、製造容易で品質に優れた中性子線吸収シートを得ることができ、シートを用いた簡易な中性子線対策を行えるようにすることを目的とする。

本発明に係る中性子線吸収シートは、樹脂とボロンとを混合させて形成された中性子線吸収シートにおいて、樹脂とボロンとの重量比が、１：０．２５〜１：１．７５の範囲内であることを特徴とするので、製造容易で品質に優れた中性子線吸収シートを得ることができ、シートを用いた簡易な中性子線対策を行える。
シートの厚さ寸法が、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であるので、扱い易く、施工性に優れた中性子線吸収シートを得ることができる。
ボロンとして、粒径寸法範囲が異なる第１の粒径群のＢ_４Ｃ（炭化ボロン）と第２の粒径群のＢ_４Ｃ（炭化ボロン）とを混ぜたものを用いたので、Ｂ_４Ｃの混入量を多くできて、製造容易で品質に優れ、シートの厚さが薄くてかつ中性子束分布のエネルギー低減率が高い中性子線吸収シートを得ることができる。

Ｂ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂におけるＭＭＡ樹脂に対するＢ_４Ｃの割合（重量比）と割合毎のＭＭＡ樹脂やＢ_４Ｃの量を示す表。Ｂ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂の評価のための確認内容と評価を示す表。Ｂ_４Ｃの種類毎の評価を示す表。Ｂ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂の重量比とＢ_４Ｃの種類との違いによる評価結果を示す表。Ｂ_４Ｃ混入モルタルの厚さとＢ_４Ｃ混入モルタルの厚さ毎の中性子束分布の計算結果及びＢ_４Ｃ混入モルタルの単位面積当りのＢ_４Ｃ重量を示す表。Ｂ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂の重量比毎のシートの必要厚さを計算した結果を示す表。

実施の形態による中性子線吸収シートは、主剤と硬化剤とを混合することにより硬化する２液硬化型の樹脂において、主剤と硬化剤とを混合して間近の硬化する前の流動性の高い状態にある樹脂とボロンとを混合させたボロン混入樹脂を成型型枠の中央に流し込むことにより製作されたものであって、製造容易で品質に優れたものである。中性子線吸収シートの樹脂とボロンとの重量比は、１：０．２５から１：１．７５の範囲である。

中性子線吸収シートの樹脂とボロンとの重量比が１：０．２５から１：１．７５の範囲である場合に、製造容易で品質に優れた中性子線吸収シートが得られることを実験で実証した。

実験においては、樹脂は、アクリル樹脂系であるメタクリル酸メチル樹脂（以下、ＭＭＡ樹脂と略す）を用いた。図１に示すように、ＭＭＡ樹脂は、主剤がシリカルＭＣ４ＫＴ、硬化剤がシリカルＢＰＯであるものを用いた。ボロンとしては、研磨材用のＢ_４Ｃ（炭化ボロン）を用いた。Ｂ_４Ｃは、ふるい目が３２５目にてふるいにかけた粒径４５μｍ以下の粒（以下、３２５目と略す）とふるい目が６０−１５０♯にてふるいにかけた粒径２５０μｍ〜７５μｍの粒（以下、６０−１５０♯と略す）とを混合したり又はそれぞれを単独で用いた。成型型枠は、内寸法が縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×高さ３ｍｍで、容積６７．５ｃｃの正方形状の上部開口容器を用いた。

ボロン混入樹脂としては、図３に示したものを用いた。
Ｂ_４Ｃとして３２５目のＢ_４Ｃのみを用いた場合においては、ＭＭＡ樹脂の重量１に対するＢ_４Ｃの重量比を０．２５、０．５０、０．７５、１．００、１．２５、１．５０、２．００とした７種類のボロン混入樹脂を用いた。
Ｂ_４Ｃとして６０−１５０♯のＢ_４Ｃのみを用いた場合においては、ＭＭＡ樹脂の重量１に対するＢ_４Ｃの重量比を０．５０、１．００、１．５０、２．００とした４種類のボロン混入樹脂を用いた。
また、粒径寸法範囲が異なる第１の粒径群の研磨材用のＢ_４Ｃとしての３２５目と、第２の粒径群の研磨材用のＢ_４Ｃとしての６０−１５０♯とを混ぜたものを用いた。
即ち、Ｂ_４Ｃとして３２５目の粒のＢ_４Ｃと６０−１５０♯の粒のＢ_４Ｃとを混合して用いた場合（３２５目の粒のＢ_４Ｃの量は０．２５に固定）においては、ＭＭＡ樹脂の重量１に対するＢ_４Ｃの重量比を０．５０（３２５目の添加率（０．２５）＋６０−１５０♯の添加率（０．２５））、０．７５（３２５目の添加率（０．２５）＋６０−１５０♯の添加率（０．５０））、１．００（３２５目の添加率（０．２５）＋６０−１５０♯の添加率（０．７５））、１．２５（３２５目の添加率（０．２５）＋６０−１５０♯の添加率（１．００））、１．５０（３２５目の添加率（０．２５）＋６０−１５０♯の添加率（１．２５））、１．７５（３２５目の添加率（０．２５）＋６０−１５０♯の添加率（１．５０））、２．００（３２５目の添加率（０．２５）＋６０−１５０♯の添加率（１．７５））とした７種類のボロン混入樹脂を用いた。
Ｂ_４Ｃとして３２５目の粒のＢ_４Ｃと６０−１５０♯の粒のＢ_４Ｃとを混合して用いた場合（３２５目の粒のＢ_４Ｃの量は０．５０に固定）においては、ＭＭＡ樹脂の重量１に対するＢ_４Ｃの重量比を０．７５（３２５目の添加率（０．５０）＋６０−１５０♯の添加率（０．２５））、１．００（３２５目の添加率（０．５０）＋６０−１５０♯の添加率（０．５０））、１．２５（３２５目の添加率（０．５０）＋６０−１５０♯の添加率（０．７５））、１．５０（３２５目の添加率（０．５０）＋６０−１５０♯の添加率（１．００））、１．７５（３２５目の添加率（０．５０）＋６０−１５０♯の添加率（１．２５））とした５種類のボロン混入樹脂を用いた。

図２に、評価のための確認内容と評価とを示した。確認内容は、ＭＭＡ樹脂を成型型枠の底面中央に流し込み中の状態（流動性）、流し込み終了後の状態（仕上がり）、硬化後の状態（分離）とした。
図３に、上述した各ボロン混入樹脂を用いて中性子線吸収シートを作製した場合の図２に示した確認内容毎の評価、及びこれら総合の評価を示した。
図４に、Ｂ_４Ｃの重量比（Ｂ_４Ｃ／ＭＭＡ）とＢ_４Ｃの種類とに対応した評価結果を示す。

図４から、Ｂ_４Ｃとして３２５目の添加率（０．２５に固定）＋６０−１５０♯を用い、かつ、樹脂とボロンとの重量比が１：０．２５から１：１．７５の範囲であるボロン混入樹脂を用いて製作された中性子線吸収シートは、流動性、仕上がりが良好であり、かつ、分離のない中性子線吸収シート、即ち、製造容易で品質に優れた中性子線吸収シートとなることがわかった。

低放射化モルタル層とＢ_４Ｃ混入率が２ｖｏｌ％のＢ_４Ｃ混入モルタル層と普通モルタル層とを順番に積層した遮蔽壁であって、Ｂ_４Ｃ混入モルタル層の厚さを異ならせた複数の実験用の遮蔽壁を作成し、中性子線を各遮蔽壁の低放射化モルタル層に向けて放出させた場合に、Ｂ_４Ｃ混入モルタル層の厚さが異なることによって、Ｂ_４Ｃ混入モルタル層内における１ｅＶ以下のエネルギーの中性子束分布（以下、中性子束分布と略す）がどのように異なるかを測定した。この測定結果に基いてＢ_４Ｃ混入モルタル層０ｍｍ（つまり、Ｂ_４Ｃ混入モルタル層が無い遮蔽壁）に対する中性子束分布の測定結果最大値の割合α（％）を求めた。尚、α＝図５の各厚さ５〜５０での中性子束分布の測定結果最大値を厚さ０の中性子束分布の測定結果最大値である６．１×１０^−７で割った値である。また、中性子束分布のエネルギー低減率（以下、低減率と略す）＝１００−α（％）である。また、各Ｂ_４Ｃ混入モルタル層のモルタルの１ｍ^２当りのＢ_４Ｃ重量を、１ｍ^２当りの容積×Ｂ_４Ｃ単位体積重量により求めた。図５に、Ｂ_４Ｃ混入モルタル層の厚さとＢ_４Ｃ混入モルタルの厚さ毎の中性子束分布の計算結果及びＢ_４Ｃ混入モルタル層の単位面積当りのＢ_４Ｃ重量を示した。

モルタル層の厚さに応じた単位面積当りのＢ_４Ｃ量とＢ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂シートの単位体積当りのＢ_４Ｃ量とに基いて以下の式により、Ｂ_４Ｃ混入モルタル層のモルタルの単位面積当りのＢ_４Ｃ量に対するＢ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂シートに必要な樹脂厚さを算出した。
・Ｂ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂シートの必要厚さ＝（モルタル層の単位面積当りのＢ_４Ｃ量／Ｂ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂の単位体積当りのＢ_４Ｃ量）×１０００

図６に、Ｂ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂の重量比毎のＢ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂シートの必要厚さを計算した結果を示す。
図５；６からわかるように、品質に優れた中性子線吸収シートを製作できるＢ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂、即ち、ＭＭＡ樹脂の重量１に対するＢ_４Ｃの重量比を０．２５、０．５０、０．７５、１．００、１．２５、１．５０、１．７５であるＢ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂を用いて、低減率３０％程度以上の低減効果がある０．５６ｍｍ〜２５．５５ｍｍのシート（単位面積当りのＢ_４Ｃ量が０．５８ｋｇ／ｍ^２以上）を得ることができる。例えば、Ｂ_４Ｃとして３２５目の添加率（０．２５に固定）＋６０−１５０♯を用い、樹脂とボロンとの重量比が１：１．７５のボロン混入樹脂を用いた場合、扱い易く施工性に優れた５．６１ｍｍの厚さで低減率６５％程度の低減効果がある製造容易で品質に優れた中性子線吸収シートを製作できる。

つまり、ＭＭＡ樹脂の重量１に対するＢ_４Ｃの重量比が０．２５、０．５０、０．７５、１．００、１．２５、１．５０、１．７５であって品質に優れた中性子線吸収シートを製作できるＢ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂を用いて、低減率３０％程度以上の低減効果があって扱い易く施工性に優れた１．００ｍｍ〜１０．００ｍｍのシート（単位面積当りのＢ_４Ｃ量が０．５８ｋｇ／ｍ^２以上）を得ることができる。
即ち、ＭＭＡ樹脂の重量１に対するＢ_４Ｃの重量比０．２５のＢ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂を用いる場合、低減率２９．５％（単位面積当りのＢ_４Ｃ量が０．５８ｋｇ／ｍ^２）で扱い易い２．５６ｍｍのシート、低減率３２．８％（単位面積当りのＢ_４Ｃ量が０．８７ｋｇ／ｍ^２）で扱い易く施工性に優れた３．８３ｍｍのシート、低減率４２．６％（単位面積当りのＢ_４Ｃ量が１．４５ｋｇ／ｍ^２）で扱い易く施工性に優れた６．３９ｍｍのシートを得ることができる。
ＭＭＡ樹脂の重量１に対するＢ_４Ｃの重量比０．５のＢ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂を用いる場合、低減率２９．５％で扱い易く施工性に優れた１．３９ｍｍのシート、低減率３２．８％で扱い易く施工性に優れた２．０９ｍｍのシート、低減率４２．６％で扱い易く施工性に優れた３．４８ｍｍのシート、低減率６３．９％（単位面積当りのＢ_４Ｃ量が２．９０ｋｇ／ｍ^２）で扱い易く施工性に優れた６．９５ｍｍのシートを得ることができる。
ＭＭＡ樹脂の重量１に対するＢ_４Ｃの重量比０．７５のＢ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂を用いる場合、低減率２９．５％で扱い易く施工性に優れた１．００ｍｍのシート、低減率３２．８％で扱い易く施工性に優れた１．５１ｍｍのシート、低減率４２．６％で扱い易く施工性に優れた２．５１ｍｍのシート、低減率６３．９％で扱い易く施工性に優れた５．０２ｍｍのシート、低減率６３．９％以上（単位面積当りのＢ_４Ｃ量が４．３５ｋｇ／ｍ^２）で扱い易く施工性に優れた７．５３ｍｍのシートを得ることができる。
ＭＭＡ樹脂の重量１に対するＢ_４Ｃの重量比１．００のＢ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂を用いる場合、低減率３２．８％で扱い易く施工性に優れた１．２２ｍｍのシート、低減率４２．６％で扱い易く施工性に優れた２．０３ｍｍのシート、低減率６３．９％で扱い易く施工性に優れた４．０５ｍｍのシート、低減率６３．９％以上（単位面積当りのＢ_４Ｃ量が４．３５ｋｇ／ｍ^２）で扱い易く施工性に優れた６．０８ｍｍのシート、単位面積当りのＢ_４Ｃ量が５．８０ｋｇ／ｍ^２で扱い易く施工性に優れた８．１０ｍｍのシートを得ることができる。
ＭＭＡ樹脂の重量１に対するＢ_４Ｃの重量比１．２５のＢ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂を用いる場合、低減率３２．８％で扱い易く施工性に優れた１．０４ｍｍのシート、低減率４２．６％で扱い易く施工性に優れた１．７３ｍｍのシート、低減率６３．９％で扱い易く施工性に優れた３．４７ｍｍのシート、低減率６３．９％以上（単位面積当りのＢ_４Ｃ量が４．３５ｋｇ／ｍ^２）で扱い易く施工性に優れた５．２０ｍｍのシート、単位面積当りのＢ_４Ｃ量が５．８０ｋｇ／ｍ^２で扱い易く施工性に優れた６．９４ｍｍのシートを得ることができる。
ＭＭＡ樹脂の重量１に対するＢ_４Ｃの重量比１．５０のＢ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂を用いる場合、低減率４２．６％で扱い易く施工性に優れた１．５４ｍｍのシート、低減率６３．９％で扱い易く施工性に優れた３．０９ｍｍのシート、低減率６３．９％以上（単位面積当りのＢ_４Ｃ量が４．３５ｋｇ／ｍ^２）で扱い易く施工性に優れた４．６３ｍｍのシート、単位面積当りのＢ_４Ｃ量が５．８０ｋｇ／ｍ^２で扱い易く施工性に優れた６．１７ｍｍのシートを得ることができる。
ＭＭＡ樹脂の重量１に対するＢ_４Ｃの重量比１．７５のＢ_４Ｃ混入ＭＭＡ樹脂を用いる場合、低減率４２．６％で扱い易く施工性に優れた１．４０ｍｍのシート、低減率６３．９％で扱い易く施工性に優れた２．８１ｍｍのシート、低減率６３．９％以上（単位面積当りのＢ_４Ｃ量が４．３５ｋｇ／ｍ^２）で扱い易く施工性に優れた４．２１ｍｍのシート、単位面積当りのＢ_４Ｃ量が５．８０ｋｇ／ｍ^２で扱い易く施工性に優れた５．６１ｍｍのシートを得ることができる。

図４と図６とから、Ｂ_４Ｃとして３２５目の添加率（０．２５に固定）＋６０−１５０♯を用い、樹脂とボロンとの重量比が１：１．７５のボロン混入樹脂を用いた場合、Ｂ_４Ｃの混入量を多くできて、製造容易で品質に優れ、シートの厚さが薄くてかつ低減率が高い中性子線吸収シートを製作できることがわかる。
図４と図６とから、Ｂ_４Ｃとして３２５目の添加率（０．２５に固定）＋６０−１５０♯を用い、樹脂とボロンとの重量比が１：０．２５〜１：１．７５の範囲内のボロン混入樹脂を用いた場合、製造容易で品質に優れ、低減率３０％程度以上で厚さ１．００ｍｍ〜１０．００ｍｍのシート中性子線吸収シートを製作できることがわかる。
図４と図６とから、Ｂ_４Ｃとして３２５目の添加率（０．５０に固定）＋６０−１５０♯を用い、樹脂とボロンとの重量比が１：０．５０〜１：１．５０の範囲内のボロン混入樹脂を用いた場合、製造容易で品質に優れ、低減率３０％程度以上で厚さ１．００ｍｍ〜１０．００ｍｍのシート中性子線吸収シートを製作できることがわかる。
図４と図６とから、Ｂ_４Ｃとして３２５目を用い、樹脂とボロンとの重量比が１：０．２５〜１：１．０の範囲内のボロン混入樹脂を用いた場合、製造容易で品質に優れ、低減率３０％程度以上で厚さ１．００ｍｍ〜１０．００ｍｍの中性子線吸収シートを製作できることがわかる。

実施の形態により得られる中性子線吸収シートは、製造容易で品質に優れるので、シートを用いた簡易な中性子線対策、例えば、癌診断を行うＰＥＴ施設、癌治療を行う医療用放射線照射施設、加速器施設、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を扱う建物において、放射線源が設置される部屋を囲む遮蔽壁などに用いることができる。例えば、上述したＢ_４Ｃ混入モルタル層の代わりに当該中性子線吸収シートを用いることで、遮蔽壁を薄くでき、更に、当該部屋内の空気の放射化対策が可能となる。また、中性子線遮蔽服を形成する際などにも使用できる。
また、製造容易で品質に優れた、かつ、扱い易く施工性に優れた１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内の中性子線吸収シートを得ることができる。
また、ボロンとして、粒径寸法範囲が異なる第１の粒径群の研磨材用のＢ_４Ｃと第２の粒径群の研磨材用のＢ_４Ｃとを混ぜたものを用いることで、Ｂ_４Ｃの混入量を多くできて、製造容易で品質に優れ、シートの厚さが薄くてかつ低減率が高い中性子線吸収シートを得ることができるようになった。

Claims

樹脂とボロンとを混合させて形成された中性子線吸収シートにおいて、樹脂とボロンとの重量比が、１：０．２５〜１：１．７５の範囲内であることを特徴とする中性子線吸収シート。
シートの厚さ寸法が、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の中性子線吸収シート。
ボロンとして、粒径寸法範囲が異なる第１の粒径群のＢ_４Ｃと第２の粒径群のＢ_４Ｃとを混ぜたものを用いたことを特徴とする請求項１に記載の中性子線吸収シート。