JP2013040784A

JP2013040784A - 放射線遮蔽パネル

Info

Publication number: JP2013040784A
Application number: JP2011176015A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kihata; 正法木畑; Motoji Tsubota; 基司坪田; Mikio Uematsu; 幹夫上松
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-08-11
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2013-02-28

Abstract

【課題】ハンドリングが容易で、任意の形状の放射線遮蔽エリアを短時間で構築することが可能な放射線遮蔽パネルを提供する。
【解決手段】内部に複数の中空部を有する板状の中空型材１ａ、１ｂと、前記中空部に充填される放射線遮蔽能を有する充填材２ａ、２ｂと、からなる放射線遮蔽用パネル１であって、前記中空型材はアルミニウム又はアルミニウム合金からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力発電プラント等の放射線取扱施設で用いられる放射線遮蔽パネルに関する。

一般に原子力発電プラントにおいては、原子炉格納容器や一次系配管等の放射線強度の高い場所に遮蔽部材が設置されており、定検時等において作業者は遮蔽部材で防護されたエリアで作業を実施する。また、放射線取扱施設から排出された放射性物質の保管、廃棄物処理等の作業も遮蔽部材で防護された放射線遮蔽エリアの中で行なわれている。
このような遮蔽部材は一般にコンクリート等の重量物からなり、各プラント内の所定位置に恒久的に固定設置されている。

ところで、大地震等の災害時において、漏洩した放射線物質の除染、及び構造物の検査・修復等の作業を行う必要があるが、作業場所は広範囲に及ぶ可能性があるため、場所によっては十分な放射線防護の対策がなされていない場合がある。そのため、作業に際して作業員を放射線から防護するために、当該作業エリアに遮蔽部材を配置する必要があるが、コンクリート等からなる遮蔽部材はハンドリング、運搬・設置が困難で、安全な作業環境を構築するまで多くの時間と多額の費用を要していた。

そのために、容器又はブロックの内部に放射線を遮蔽可能な液体又は粉末を充填・排出可能とし、放射線防護が必要な箇所に液体又は粉末が充填された容器又はブロックを設置し、安全な作業環境を構築する手段が提案されている（特許文献１、２）。

特開平１１−８４０７９号公報特公平５−１９６７６号公報

上述したように、大地震等の災害下においては、例えば漏出した放射線汚染水の回収、あるいは破損箇所の点検、修理等、通常の定常作業とは異なり、想定していない場所で検査、除染、修復等の作業を行う必要がある。

その際、当該作業エリアは、放出される放射線の特定ができない状態にあり、また、既設の放射線遮蔽部材だけでは放射線防護が十分ではない可能性があり、さらに、作業員が作業エリアに到達するまでに周囲の放射線によって被爆する可能性もある。そのため、放出される放射線の種類も考慮した放射線防護手段を作業エリアやアクセス手段に施して作業員の安全性を確保する必要がある。

しかしながら、現状では、中性子やγ線遮蔽のためにコンクリートブロック、水が収納されたドラム缶及び鉄板等を用いて作業エリア等の放射線防護を行っているが、それらは重量物のためハンドリング、移設等が困難であり、様々な作業エリアに応じた適切な形状の遮蔽エリアを短時間で効率的に構築することは困難であった。

また、γ線遮蔽能を有する一般的な材料として、鉛やタングステンが用いられているが、鉛やタングステンそのものでは比重が１１〜１９ｇ／ｃｍ^３もあり、遮蔽材として一度設置すると作業者自身でのハンドリングはほぼ不可能で、移動する際にも時間がかかるという課題もあった。さらに、災害下においては、現場の状況の変化に応じて、作業エリアも随時変化するので、それに応じて迅速に作業エリアの遮蔽を行う必要があり、そのために短時間で効率的に遮蔽エリアを移設又は構築する手段が求められている。

一方、上述した特許文献１に示されたような放射線遮蔽部材は、液体を排出した状態ではハンドリングが容易で、任意の場所に移設可能であるが、必要な遮蔽能を実現するためには大きな厚みを必要とし、さらに多量の放射線遮蔽能を有する充填材を混入させる必要がある。また、液体を混入した後では容器は非常に重くなり移設等が困難であり、さらに、現場付近に液体を収容するタンクやポンプ等の付帯設備が必要となるという課題がある。

また、特許文献２に示されたような放射線遮蔽部材は、中性子遮蔽を目的とするもので、γ線等の放射線を遮蔽する場合には用いることができないという課題があった。
さらに、これらの放射線遮蔽部材は容器又はブロック状であり、貫通部又は開口部の遮蔽壁として用いられるもので、小型又は大型の室あるいは通路等の任意の形状の遮蔽エリアを効率的に構築することは困難であった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、ハンドリングが容易で、また、任意の形状の放射線遮蔽エリアを短時間で構築することが可能な放射線遮蔽パネルを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る放射線遮蔽パネルは、内部に複数の中空部を有する板状の中空型材と、前記中空部に充填される放射線遮蔽能を有する充填材と、からなる放射線遮蔽用パネルであって、前記中空型材はアルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする。

本発明によれば、ハンドリングが容易で、また、任意の形状の放射線遮蔽エリアを短時間で構築することが可能な放射線遮蔽パネルを提供することができる。

（ａ）は第１の実施形態に係る中空型材の斜視図、（ｂ）は充填材を挿入した放射線遮蔽用パネルの斜視図。（ａ）は第１の実施形態の変形例に係る中空型材の斜視図、（ｂ）は充填材を挿入した放射線遮蔽用パネルの斜視図。（ａ）は第１の実施形態に係る添加材の組成図、（ｂ）及び（ｃ）は組織図。（ａ）は第１の実施形態に係る充填材の概観図、（ｂ）は充填材の組成図、（ｃ）は組織図。タングステンおよび鉛の放射線遮蔽能を示す図。本実施形態の放射線遮蔽用パネルを用いた遮蔽エリア（遮蔽室）の構成例で、（ａ）は上面図、（ｂ）はその概観図。本実施形態の放射線遮蔽用パネルを用いた遮蔽エリア（通路）の構成例を示す図。

以下、本発明に係る放射線遮蔽パネルの実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る放射線遮蔽パネルを、図１乃至図５を用いて説明する。
（放射線遮蔽パネルの構成）
本実施形態の放射線遮蔽パネル１は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、平板状の中空型材１ａと、中空型材１ａの中空部に充填される充填材２ａから構成される。ここで、図１（ａ）は中空型材１ａの斜視図であり、図１（ｂ）は充填材２ａが中空型材１ａに充填された放射線遮蔽パネル１の斜視図である。

中空型材１ａは、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなり、複数の中空部を有し、例えば押出し加工により製造される。充填材２ａは断面が三角形状の棒状部材である。
図１（ａ）の例では、中空部の断面形状は三角形で、相互に重なり合い、放射線が型材から漏洩しないように構成されている。

図２（ａ）、（ｂ）は放射線遮蔽パネル１の変形例である。ここでは、放射線遮蔽パネル１は断面が矩形状の複数の中空部を有する複数段の平板状の中空型材１ｂから構成され、充填材２ｂは断面矩形状の棒状部材である。中空型材１ｂは、各段の矩形状の中空部は相互に重ならないように配列され、放射線が型材から漏洩しないように構成されている。

（中空型材の素材及び製造方法）
中空型材１ａ、１ｂの素材としアルミニウム又はアルミニウム合金が用いられる。ここで、図３（ａ）は中空型材１ａ、１ｂの組成を示す図で、図３（ｂ）はアルミニウム（添加材なし）で製造された中空型材１ａ、１ｂの組織図、図３（ｃ）はアルミニウム合金（添加材なし）で製造された中空型材１ａ、１ｂの組織図である。

中空型材１ａ、１ｂは、このアルミニウム又はアルミニウム合金を素材として、例えば、押出成形加工により製造されるが、遮蔽エリアの大きさ及び形状に応じて、組み立て使用することを考慮すると、ある程度の強度が必要であるため、中空型材１ａ、１ｂの板幅は１〜５ｍｍ程度が望ましい
中空型材１ａ、１ｂに用いられるアルミニウム又はアルミニウム合金として、例えば、以下の（ａ）〜（ｇ）の素材が用いられる。

（ａ）アルミニウムが９９ｗｔ％以上の非熱処理型合金に属する１０００系のアルミニウム、
（ｂ）銅を１．５〜６．８ｗｔ％添加された熱処理型合金に属するアルミニウム−銅−マンガン系合金となる２０００系、
（ｃ）マンガンを０．３〜１．５ｗｔ％添加された非熱処理型合金に属するアルミニウム−マンガン系合金の３０００系、
（ｄ）ケイ素を１１〜１３．５ｗｔ％添加された非熱処理型合金に属するアルミニウム−ケイ素系合金の４０００系、
（ｅ）マグネシウムを０．２〜５．６ｗｔ％添加された非熱処理型合金に属するアルミニウム−マグネシウム系合金の５０００系、
（ｆ）マグネシウムを０．３５〜１．８ｗｔ％およびケイ素を０．２〜１．２ｗｔ％添加されたアルミニウム熱処理型合金に属する６０００系、
（ｇ）亜鉛を０．８〜６．５ｗｔ％添加されたアルミニウム熱処理型合金に属する７０００系。

これらの素材は、粉末として樹脂もしくは金属で出来た容器に充填され、例えば、ＣＩＰ（冷間静水圧成成形）法を用いて円筒状に成形したアルミニウムビレットを製作する。次いで、製作されたビレットを３００℃にて仮焼結し、この焼結体ビレットを約５００℃に加熱した後、押出加工機により押出成形され、中空型材が製作される。
また、上記（ａ）〜（ｇ）で例示された素材に遮蔽能を有する添加材を添加してもよい。

図３（ａ）に示すように、遮蔽能を有する添加材としては、タングステン（Ｗ）、鉛(Ｐｂ)、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ボロン（Ｂ）、ガドリウム(Ｇｄ)、サマリウム（Ｓｍ）、又はそれらの合金を用いることができる。例えば、タングステン合金としては、炭化タングステン、酸化タングステン、等が用いられる。

これらの添加材は、アルミニウムビレットを制作する際に（ａ）〜（ｇ）の素材粉末に添加される。これらの添加材は、その遮蔽能を考慮すると、素材粉末に混合する割合は０．５ｗｔ％以上が望ましく、また、型材の強度、加工性を考慮すると６ｗｔ％以下が望ましい。

図３（ｂ）は添加材が添加されていない素材（ｆ）を用いて製作された中空型材の組織図である。金属組織中に細かい粒状のものが観察されるがこれは合金の析出物である。また、図３（ｃ）は添加材としてボロンカーバイドを約５ｗｔ％添加した素材（ｆ）を用いて製作された中空型材の組織図である。図５（ｃ）の４は組織中に析出した約１〜数１０μm程度の灰色の析出物はボロンカーバイドである。

（充填材の素材及び製造方法）
図４（ａ）は中空型材１ａ、１ｂに充填される充填材２ａ、２ｂの概観図で、図４（ｂ）は充填材の組成図で、図４（ｃ）は成形後の組織図である。

充填材の材料は、放射線遮蔽能を有するタングステン（Ｗ）、鉛(Ｐｂ)、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ボロン（Ｂ）、ガドリウム(Ｇｄ)、サマリウム（Ｓｍ）、又はそれらの合金が用いられる。
これらの金属又は合金粉末を、樹脂もしくは金属で出来た容器に充填し、適宜バインダー等を添加して、ＨＩＰ（熱間静水圧成形）法を用いて充填材を製作する。

また、上記製法以外では、これらの金属又は合金粉末と熱可塑性樹脂を加温鍛錬して混合し、金型を使用して冷却硬化させ充填材を製作することも可能である。この場合、樹脂がバインダーになり、かつ遮蔽能を有しているので樹脂のみでも充填材を製作することもできる。これらの材料の配合では樹脂成分を約９９ｗｔ％まで含有させることが可能であるので十分な放射線の遮蔽能が期待できる。

上述した充填材は、例えば１０〜３０ｃｍ程度の長さのペレット状とすることにより、ハンドリング、運搬を容易にし、中空型材への充填、引出し作業も簡単に行なうことができる。

図４（ｃ）は、熱可塑性樹脂に中性子遮蔽能を有するボロンカーバイドを約１ｗｔ％添加して製造した充填材の組織図であり、５は母材となった樹脂、６は析出したボロンカーバイドである。

また、充填材の素材として、上記列記した金属又は合金以外に、コンクリートも使用することができる。コンクリートは、水と混合させ硬化させることでフレキシブルな形状に加工することが可能であり、また製作も簡便である。さらにコンクリートを成形せず粉末や塊のまま充填することもできる。

さらに、中空型材１ａ、１ｂの中空部に、水などの液体を充填することも可能である。水は非常に入手しやすく取り扱いが容易であり、かつ、中性子遮蔽能を有し、また、ホウ酸など水に混合することによりさらに遮蔽能が向上する。
その際、粉末又は液体等の充填材は、直接、中空部内に充填するか、又は小容器又は袋に入れて装填するようにしてもよい。

（タングステン及び鉛の遮蔽能）
ここで、中空型材及び充填材に用いられるタングステン及び鉛の遮蔽能について説明する。

図５は、タングステンおよび鉛の厚みとγ線の減衰率を示している。タングステンおよび鉛が無い（厚み０ｍｍ）場合のγ線の減衰率を１００としている。図５によれば、それぞれの厚みが５ｍｍになると、タングステンは７０、鉛で８０まで減衰率が低下する。厚みが１０ｍｍになるとタングステンで５５、鉛では６０になる。さらに厚みを１５ｍｍにするとタングステンで４０、鉛で５０まで減衰する効果がみとめられた。

このようにγ線および中性子線などの放射線を遮蔽する機能を有した材料は、種類や厚みが遮蔽対象となる放射線および目標減衰率により決定されるため、その際には（１）式の計算により算出される。

Ｉ₂／Ｉ₁ ＝Ｂ・ｅｘｐ（−μｔ）・・・（１）
（ここで、Ｉ₂は材料を通過した後の放射線強度、Ｉ₁は材料を通過する前の放射線強度、Ｉ₂／Ｉ₁は放射線減衰率、Ｂはビルドアップファクタ、μは線減衰係数、tは板厚を示す。）
（１）式にて各種放射線に対する各材料の遮蔽能を得ることが可能で、これにより最適な放射線遮蔽パネルの設計を行うことが可能となる。

本実施形態によれば、中空型材の中空部には、固体、液体、粉末等の種々の材料を様々な形態で充填することができるため、遮蔽する放射線の種類、強度、設置場所、等に応じて適切な充填材を選択することで、汚染エリアの状況に応じて最適な遮蔽能を有する放射線遮蔽パネルを形成することが可能となる。

また、放射線遮蔽パネルを構成する中空型材及び個々の充填材は軽量であるため、ハンドリング及び運搬が容易であり、放射線遮蔽パネルへの充填材の充填作業、放射線遮蔽パネルの組み立て、分解作業の作業性が大幅に改善される。

［第２の実施形態］
上記第１の実施形態に係る放射線遮蔽パネルの具体的な適用例を、図６及び図７を用いて説明する。

図６は、放射線で汚染された放射線汚染エリア１０内に、汚染除去や修理・点検のために作業員等が作業するための遮蔽エリア１１を設ける例を示している。図６の例では、中空型材１ａを用いた放射線遮蔽パネル１が用いられている。

本例では、所定の長さ及び幅を有する板状の放射線遮蔽パネル１を適宜連結したり、重ね合わせたりすることにより遮蔽エリアを形成する。図６の例では、前後左右及び上方に複数の放射線遮蔽パネル１を連結し遮蔽エリア１１を形成するとともに、放射線の遮蔽能をより大きくしたい箇所には、さらに放射線遮蔽パネル１を多層構成としたり、多重に配置する構成としている（図示せず）。

図７は、放射線遮蔽パネル１を作業者の通路１２として用いた例を示している。この場合、放射線遮蔽パネル１の中空型材１ａが横に位置するように上下左右に設置し、それらを長さ及び周方向に連結することにより通路を組み立て、汚染エリア１０内に配置する。中空型材１ａを横方向に設置することにより、充填材の充填、取り出しの作業性を改善することができる。

本実施形態によれば、放射線遮蔽パネルを適宜連結、組み立てることにより、所望の形状の遮蔽エリアを形成することができる。また、充填材の材料及び形態を適宜選択することにより、汚染エリアの放射線の種類、強度に応じて最適な遮蔽能を有する遮蔽エリアを形成することが可能となる。
さらに、放射線遮蔽パネルは組み立て、分解及び運搬が容易であるため、短時間で遮蔽エリアを構築、解体及び移設することが可能となる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…放射線遮蔽用パネル、１ａ、１ｂ…中空型材、２ａ、２ｂ…充填材、１０…放射線汚染エリア、１１…遮蔽エリア。

Claims

内部に複数の中空部を有する板状の中空型材と、前記中空部に充填される放射線遮蔽能を有する充填材と、からなる放射線遮蔽用パネルであって、
前記中空型材はアルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする放射線遮蔽用パネル。
前記中空部の断面形状が三角形又は矩形状であることを特徴とする請求項１記載の放射線遮蔽用パネル。
前記中空型材に、タングステン、鉛、鉄、ニッケル、ボロン、ガドリウム、サマリウム、及びそれらの合金のいずれかからなる添加材を添加したことを特徴とする請求項１又は２記載の放射線遮蔽用パネル。
前記添加材の濃度は０．５〜６ｗｔ％であることを特徴とする請求項３記載の放射線遮蔽用パネル。
請前記充填材は、タングステン、鉛、鉄、ニッケル、ボロン、ガドリウム、サマリウム、それらの合金、セメント、樹脂、水、ホウ酸水のいずれかからなることを特徴とする求項１乃至４いずれかに記載の放射線遮蔽用パネル。
前記充填材は、粉末状、液状又は固体状であることを特徴とする請求項５記載の放射線遮蔽用パネル
前記固体状の充填材はペレット状であり、前記中空部のそれぞれに複数のペレット状の充填材を充填することを特徴とする請求項６記載の放射線遮蔽用パネル。