JP2013170890A

JP2013170890A - 放射線遮蔽容器

Info

Publication number: JP2013170890A
Application number: JP2012034303A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Michiwaki; 裕道脇
Original assignee: IHI Corp; IHI Infrastructure Systems Co Ltd; Next Innovation GK
Current assignee: IHI Corp; IHI Infrastructure Systems Co Ltd; Next Innovation GK
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2013-09-02

Abstract

【課題】放射性物質を含む物質を収容し、収容した放射性物質を含む物質から放出される放射線を遮蔽する。
【解決手段】放射性物質を含む物質を収容する放射線遮蔽容器１であって、放射線を吸収する放射線吸収層１０と、放射線吸収層１０に設けられた少なくとも１つの更なる層１１とを備える。そして、放射線吸収層１０及び更なる層１１は、固体層である。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射性物質を含む物質を収容し、収容した放射性物質を含む物質から放出される放射線を遮蔽する放射線遮蔽容器に関する。

日本では、２０１１年３月１１日の大震災の後、原子力発電所の事故があり、大量の放射性物質が飛散したと考えられている。これ以降、ゴミ焼却場の焼却灰、下水処理場の汚泥、河川、海洋、被災地の瓦礫等から、放射能物質が確認され、低レベル放射性廃棄物が大量に発生している。更に、除染作業が本格化するに伴い、低レベル放射性廃棄物は、増加の一途を辿るものと思慮する。

低レベル放射性廃棄物は、現在のところ、余裕深度処分、浅地中ピット処分或いは浅地中トレンチ処分することになっている。しかしながら、低レベル放射性廃棄物は、処分所で処理されるまでの間、一時的に保管しておく必要がある。更に、低レベル放射性廃棄物は、除染作業を行う除染作業現場から一時保管所まで、又は、一時保管所から処分所まで運搬する必要がある。この際、低レベル放射性廃棄物を収容する収容容器には、安定した放射線の遮蔽性能が望まれる。

本発明は、以上のような背景に基づいて成されたものであり、放射性物質を含む物質を収容し、収容した放射性物質を含む物質から放出される放射線を安定して遮蔽する放射線遮蔽容器を提供することを目的とする。

本発明に係る放射線遮蔽容器体は、放射性物質を含む物質を収容する収容部を有する容器本体と、容器本体の収容部を閉塞する蓋体とを備えている。そして、容器本体の少なくとも一面及び／又は蓋体は、放射線を吸収する放射線吸収層と、放射線吸収層に設けられた少なくとも１つの更なる層とを有している。更に、放射線吸収層及び更なる層は、固体層である。

本発明は、容器本体の少なくとも一面及び／又は蓋体に設けられた放射線吸収層によって、容器本体の収容部に収容された放射性物質を含む物質から放出される放射線を低減することが出来る。従って、本発明では、保管及び運搬の際に、放射性物質を含む物質を収容する収容容器として用いることが出来る。

本発明を適用した放射線遮蔽容器を示した断面図である。容器本体及び蓋体を示した断面図である。容器本体及び蓋体に係合部及び被係合部を設けた放射線遮蔽容器を示した断面図である。容器本体を複数個積み重ねた放射線遮蔽容器を示した断面図である。容器本体の側面を底面に対して鋭角（鈍角）に設けた放射線遮蔽容器を示した断面図である。

以下、本発明を適用した放射線遮蔽容器について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明を適用した放射線遮蔽容器１は、放射性物質を含む物質２を収容する収容部３ａを有する容器本体３と、容器本体３の収容部３ａを閉塞する蓋体４とを備えている。

容器本体３は、図１に示すように、上部に開口部が形成された有底筒状に設けられ、内部に収容部３ａを有する。更に、容器本体３の収容部３ａ内には、放射性物質を含む物質２が収容されている。例えば、収容部３ａ内に収容される放射性物質を含む物質２は、放射能物質が確認された、ゴミ焼却場の焼却灰、下水処理場の汚泥、河川、海洋、被災地の瓦礫等から成る低レベル放射性廃棄物である。なお、これらはあくまで一例であり、放射性物質を含む物質２は、これらに限定されるものではない。

蓋体４は、容器本体３の平面視形状と略同じ平面視形状を有する板状に設けられている。蓋体４は、容器本体３の上面３ｂに配置され、容器本体３の収容部３ａを閉塞して密閉する。また、蓋体４の容器本体３の収容部３ａに対向する面には、突部４ａが設けられている。この突部４ａは、収容部３ａ内において上部近傍に嵌合されて、収容部３ａの密閉性を高めるとともに、蓋体４の容器本体３に対するずれ防止を図る。

また、容器本体３及び蓋体４は、それぞれ、図２に示すように、放射線を吸収する放射線吸収層１０と、放射線吸収層１０に設けられた更なる層１１とを有する。

なお、更なる層１１は、図２に示すように、放射線吸収層１０の収容部３ａ側の面及び／又は外部側の面に、固体層として１層又は複数層設けることが可能である。更なる層１１は、下記表１に示す元素周期表の第１の周期から第７の周期の元素を少なくとも１つ含む材質で形成されている。より具体的には更なる層１１は、例えば、鉄系素材や鉛系素材等主成分とする金属類、陶器素材や磁器素材等を主成分とするセラミックス類、板ガラスやガラスカレット等のガラス質を主成分とするガラス類、コンクリート、アスファルト、天然樹脂や合成樹脂類やゴム類等の高分子化合物類、木類或いはそれらから構成される複合材料によって、例えば繊維強化材化するなどして構成される。勿論、更なる層１１の表面には防錆層や耐食層、耐水層、防水層、ガスバリア層、緩衝層、耐酸性や耐塩基性等を有する耐薬品層、耐蝕層、耐熱層耐紫外線層等を設けても好い。従って、放射線遮蔽容器１は、機械的強度や耐薬品性など各種の耐久性の向上を図ることが出来る。

放射線吸収層１０は、更なる層１１と同様に、固定層である。放射線吸収層１０は、上記表１に示す元素周期表の第１の周期から第７の周期の元素を少なくとも１つ含む材質で形成されている。より具体的には放射線吸収層１０は、例えば、鉄系素材や鉛系素材等主成分とする金属類、陶器素材や磁器素材等を主成分とするセラミックス類、板ガラスやガラスカレット等のガラス質を主成分とするガラス類、コンクリート、アスファルト、天然樹脂や合成樹脂類やゴム類等の高分子化合物類、木類或いはそれらから構成される複合材料によって、例えば繊維強化材化するなどして構成される。勿論、放射線吸収層１０の表面には防錆層や耐食層、耐水層、防水層、ガスバリア層、緩衝層、耐酸性や耐塩基性等を有する耐薬品層、耐蝕層、耐熱層耐紫外線層等を設けても好い。

更に、放射線吸収層１０は、下記（１）式によって算出される厚さを有するように設けられている。

ｘ：放射線吸収層の厚さ
μ：放射線吸収層を構成する物質固有のγ線に対する減衰係数
ε：比例定数（原始減衰係数）
ｅ：自然対数の底
ρ：放射線吸収層を構成する物質の質量体積密度
Ｉ_０：放射線遮蔽容器に透過前の放射線強度
Ｉ：放射線遮蔽容器に透過後の放射線強度

ここで、原始減衰係数εについて説明する。γ線の物質中での減衰のメカニズムは、物質（電子を含む）と光（γ線）との光電効果並びに物質（電子を含む）と光（γ線）の散乱現象であるコンプトン効果によるものが支配的であると考えられる。つまり、γ線の減衰係数μは、原子核子や電子の数量の関数であり、物質の質量体積密度ρに比例すると考えられる。すなわち、μ∝ρと表される。従って、物質固有に定まる減衰係数μは、μ＝ερと表される。ここでεは比例定数扱いとする原始減衰係数である。

下記表２は、γ線の減衰性をまとめたものである。表２の左欄は、γ線のエネルギーの大きさ毎の各種物質の線吸収係数（γ線に対する減衰係数）の実測値をまとめたものである（三井金属エンジニアリング株式会社のＨＰ参照。）。表２の右欄は、左欄の値をそれぞれの質量体積密度ρで割った値を示している。表２から分かるように、減衰の大きさは、γ線のエネルギーの大きさによって異なる。その一方で、同じエネルギーレベルを物質間で比較すると、原始減衰係数εは、ほぼ一定であると考えられる。

参考として、放射線吸収層１０が例えばコンクリートであり、収容部３ａに収容された放射性物質を含む物質２から放出されるγ線のエネルギーが２ＭｅＶであり、このγ線を２０分の１まで減衰するのに必要な放射線吸収層１０の厚さを算出する。なお、ここでは、コンクリートの質量体積密度ρ＝２．３ｇ／ｃｍ^３とする。例えば、表２のγ線のエネルギーが２ＭｅＶの場合の原始減衰係数ε＝０．０４８ｃｍ^２／ｇを用いれば、コンクリートの減衰係数μは、μ＝ερ＝０．０４８×２．３＝０．１１（ｃｍ^−１）となる。従って、放射線吸収層１０の厚さｘは、ｘ＝−（１／０．１１）ｌｏｇ_ｅ（１／２０）＝２７．１（ｃｍ）と算出される。

すなわち、放射線遮蔽容器１は、放射線吸収層１０がコンクリートであり、収容部３ａに収容された放射性物質を含む物質２から放出されるγ線のエネルギーが２ＭｅＶであり、このγ線を２０分の１まで減衰するのに必要な放射線吸収層１０の厚さは２７．１ｃｍである。換言すると、放射線遮蔽容器１は、放射線吸収層１０がコンクリートの場合、放射線吸収層１０の厚さを２７．１ｃｍとすることで、収容部３ａに収容された放射性物質を含む物質２から放出されたエネルギーが２ＭｅＶのγ線を、２０分の１まで減衰することが出来る。

以上のように、放射線遮蔽容器１は、容器本体３及び蓋体４に設けられた放射線吸収層１０によって、容器本体３の収容部３ａに収容された放射性物質を含む物質２から放出される放射線を低減することが出来る。従って、放射線遮蔽容器１は、保管及び運搬の際に、放射性物質を含む物質を収容する収容容器として用いることが出来る。

なお、容器本体３及び蓋体４は、更なる層１１を、放射線吸収層１０と同様に、放射線を吸収する吸収層として用いるようにしても良い。この際、容器本体３及び蓋体４は、下記（２）式を満たすように設けられる。このような場合であっても、放射線遮蔽容器１は、容器本体３の収容部３ａに収容された放射性物質を含む物質２から放出される放射線を低減することが出来る。更に、放射線遮蔽容器１は、更なる層１１を吸収層として用いる分、放射線吸収層１０の厚さを薄くするなどの調整が可能であり、全体として小型化を図ることが出来る。

ｊ：１からｎまでの自然数
ｎ：放射線吸収層や更なる層などの全層数であって、１以上の自然数
μ_ｊ：ｊ番目の層を構成する物質固有のγ線に対する減衰係数
ｘ_ｊ：ｊ番目の層の厚さ
ｅ：自然対数の底
Ｉ_０：収容部に収容された放射性物質を含む物質から発せられる放射線遮蔽容器透過前
の放射線強度
Ｉ_ｎ：ｎ層の層を有する放射線遮蔽容器透過後の放射線強度
ε_ｊ：ｊ番目の層を構成する物質固有の比例定数（原始減衰係数）
ρ_ｊ：ｊ番目の層を構成する物質固有の質量体積密度

また、放射線吸収層１０は、容器本体３の少なくとも一面に設けられていれば良い。例えば、放射線遮蔽容器１は、保管所の床面が遮蔽処理されていたり、他の放射線遮蔽容器１上に積み重ねて保管及び運搬される場合等では、容器本体３の底面には放射線吸収層１０を設けずに、底面を除いた面だけに放射線吸収層１０を設けるようにしても良い。更に、放射線遮蔽容器１は、例えば、他の放射線遮蔽容器１と側面が接した状態で保管及び運搬される場合等では、その側面には放射線吸収層１０を設けずに、その側面を除いた面だけに放射線吸収層１０を設けるようにしても良い。更に、放射線遮蔽容器１は、例えば、他の放射線遮蔽容器１を上部に積み重ねて保管及び運搬される場合等では、蓋体４には放射線吸収層１０を設けずに、容器本体３だけに放射線吸収層１０を設けるようにしても良い。

また、放射線遮蔽容器１は、容器本体３及び／又は蓋体４に、他の放射線遮蔽容器１と係合する係合部２０と、他の放射線遮蔽容器１の係合部２０に係合される被係合部２１とを有するようにしても良い。例えば、係合部２０は、図３に示すように、容器本体３の外側に設けられた更なる層１１の底面及び側面に設けられた凸部であって、被係合部２１は、蓋体４の上側に設けられた更なる層の上面及び容器本体３の外側に設けられた更なる層の側面に設けられた凹部である。従って、放射線遮蔽容器１は、複数個を積み重ねて又は並べて保管及び運搬する際に、係合部２０と被係合部２１とが係合することで、ずれ止めを図ることが出来る。なお、係合部２０及び被係合部２１は、上述したものに限定されるものではなく、放射線遮蔽容器１と他の放射線遮蔽容器１とが係合することでずれ止めを図ることが出来るものであれば、如何なるものであっても良い。

また、放射線遮蔽容器１は、容器本体３を、上部に開口部が形成された有底筒状に設けることに限定されるものではなく、上部及び下部に開口部が形成された筒状に設けるようにしても良い。更に、放射線遮蔽容器１は、図４に示すように、有底筒状の容器本体３上に、上部及び下部に開口部が形成された筒状の容器本体３を複数個積み重ねて、最上段の容器本体３の上面３ｂに蓋体４を設けて、積み重ねられた容器本体３の収容部３ａを閉塞して密閉するようにしても良い。

また、放射線遮蔽容器１は、図５に示すように、容器本体３の側面３ｃを底面３ｄに対して鈍角又は鋭角に設けるようにしても良い。これにより、放射線遮蔽容器１は、容器本体３の側面自体の厚さｔ１を、底面３ｄに対して略直角に設けた側面３ｅの厚さｔ２よりも薄くしても、放射線が透過する透過距離ｔ３が、側面３ｅを底面３ｄに対して略直角に設けた場合と略同じ距離となるので、底面３ｄに対して略直角に設けた側面３ｅの場合と略同様に、放射線を低減することが出来る。なお、放射線吸収層等の媒質中における散乱効果や所謂スカイシャイン効果は支配的な放射線強度ではないことからここでは省略している。

また、放射線遮蔽容器１は、トラックの荷台、電車の車両上、船の船体上等、運搬手段に予め設置されているようにしても良い。

１放射線遮蔽容器、２放射性物質を含む物質、３容器本体、３ａ収容部、３ｂ上面、３ｃ側面、３ｄ、底面、３ｅ側面、４蓋体、４ａ突部、１０放射線吸収層、１１更なる層、２０係合部、２１被係合部

Claims

放射性物質を含む物質を収容する放射線遮蔽容器において、
放射線を吸収する放射線吸収層と、
上記放射線吸収層に設けられた少なくとも１つの更なる層とを備え、
上記放射線吸収層及び上記更なる層は、固体層であることを特徴とする放射線遮蔽容器。
上記放射線吸収層は、下記（１）式によって規定される厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の放射線遮蔽容器。

ｘ：放射線吸収層の厚さ
μ：γ線に対する放射線吸収層を構成する物質固有の減衰係数
ｅ：自然対数の底
Ｉ_０：放射線遮蔽容器に透過前の放射線強度
Ｉ：放射線遮蔽容器に透過後の放射線強度
ε：比例定数（原始減衰係数）
ρ：放射線吸収層を構成する物質の質量体積密度
上記更なる層は、放射線を吸収する放射線吸収層であることを特徴とする請求項１に記載の放射線遮蔽容器。
上記放射線吸収層及び上記更なる層は、下記（２）式を満たすように設けられていることを特徴とする請求項３に記載の放射線遮蔽容器。

ｊ：１からｎまでの自然数
ｎ：放射線吸収層の層数であって、１以上の自然数
μ_ｊ：ｊ番目の放射線吸収層を構成する物質固有のγ線に対する減衰係数
ｘ_ｊ：ｊ番目の放射線吸収層の厚さ
ｅ：自然対数の底
Ｉ_０：収容部に収容された放射性物質を含む物質から発せられる放射線遮蔽容器透過前
の放射線強度
Ｉ_ｎ：ｎ層の放射線吸収層を有する放射線遮蔽容器透過後の放射線強度
ε_ｊ：ｊ番目の放射線吸収層を構成する物質固有の比例定数（原始減衰係数）
ρ_ｊ：ｊ番目の放射線吸収層を構成する物質固有の質量体積密度
当該放射線遮蔽容器は、
放射性物質を含む物質を収容する収容部を有する容器本体を備え、
上記容器本体の少なくとも一面は、上記放射線吸収層と、上記更なる層とを有することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の放射線遮蔽容器。
当該放射線遮蔽容器は、
上記容器本体の収容部を閉塞する蓋体を備え、
上記蓋体は、上記放射線吸収層及び／又は上記更なる層とを有することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の放射線遮蔽容器。
上記容器本体は、他の放射線遮蔽容器及び／又は上記蓋体と係合する係合部と、他の放射線遮蔽容器の係合部に係合される被係合部の何れか一方又は両方を有することを特徴とする請求項５に記載の放射線遮蔽容器。
上記蓋体は、他の放射線遮蔽容器と係合する係合部と、他の放射線遮蔽容器の係合部に係合される被係合部の何れか一方又は両方を有することを特徴とする請求項６に記載の放射線遮蔽容器。