JP2013170891A

JP2013170891A - 放射線防護体

Info

Publication number: JP2013170891A
Application number: JP2012034304A
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】放射線を遮蔽して特定の防護対象を放射線から防護する。
【解決手段】放射線を遮蔽して放射線から防護対象４を防護する放射線防護体１であって、放射線を吸収する放射線吸収部２を収容する容器本体３を備えている。そして、放射線吸収部２は、流体である。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線を遮蔽して特定の防護対象を放射線から防護する放射線防護体に関する。

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、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、放射性物質が確認されている。除染作業を行ってはいるが、大量に飛散された放射性物質を完全に除染するのには、時間がかかる。そこで、除染作業を行うことに平行して、放射線を遮蔽して防護する必要がある。

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、放射線を遮蔽して特定の防護対象を放射線から防護する放射線防護体を提供することを目的とする。

本発明に係る放射線防護体は、放射線を遮蔽して放射線から防護対象を防護する放射線防護体であって、放射線を吸収する放射線吸収部を収容する容器本体を備えている。そして、放射線吸収部は、流体である。

本発明は、容器本体の放射線吸収部によって、外部から防護対象に向けて放出された放射線を低減することが出来る。従って、本発明では、防護対象を放射線から防護することが出来る。

また、本発明では、放射線吸収部が流体層であるので、予め放射線吸収部を容器本体内に注入しておくことに限らず、設置作業現場に運搬後に、放射線吸収部を容器本体内に注入することが出来る。従って、本発明では、設置作業現場まで、放射線吸収部を容器本体内に設けていない軽量化した状態で、運搬することが出来る。

本発明を適用した放射線防護体を示した断面図である。本発明を適用した放射線防護体の使用例を示した平面図である。容器本体に更なる層を設けた放射線防護体を示した断面図である。複数個積み重ねた放射線防護体を示した断面図である。パネル状に設けた放射線防護体を示した断面図である。容器本体に係合部及び被係合部を設けた放射線防護体を示した断面図である。防護対象に対して鋭角（鈍角）に設けた放射線防護体を示した断面図である。千鳥状に設置した放射線防護体を示した断面図である。平面視略「く」字状に設けた放射線防護体を示した断面図である。

以下、本発明を適用した放射線防護体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防護体１は、例えば、積み上げ可能なブロック体であって、放射線を吸収する放射線吸収部２と、放射線吸収部２を収容する容器本体３とを備えている。放射線防護体１は、複数個を積み重ねて或いは組み合わせて、図２に示すように、防護対象４の周囲を囲むように設置されることで、外部からの放射線を遮蔽して防護対象４を放射線から防護する。具体的には、放射線防護体１によって、防護対象４を囲む内側壁１ａと、内側壁１ａと離間して設けられ、出入口１ｂを防護する外側壁１ｃとが形成される。防護対象４は、内側壁１ａによって放射線から防護されるとともに、外側壁１ｃによって出入口１ｂを介して侵入する放射線から防護される。防護対象４は、例えば、住宅、学校、病院、校庭、公園等、子供の出入りが多い建物や場所である。なお、これらはあくまで一例であり、防護対象４は、これらに限定されるものではない。

容器本体３は、図１に示すように、積み上げ可能なブロック状に形成され、内部に収容部３ａを有する。容器本体３は、固体層であって、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。より具体的には容器本体３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、容器本体３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、容器本体３の収容部３ａ内には、放射線を吸収する放射線吸収部２が収容されている。

放射線吸収部２は、容器本体３の収容部３ａ内に設けられた流体層である。放射線吸収部２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。例えば、放射線吸収部２は、入手が容易な水や海水等で設けられている。より具体的には放射線吸収部２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等を含んで構成することが可能であるが、流動可能な状態に構成する。勿論、放射線吸収部２を成す流体としては、液相体の他、ゲル状体、スラリー状体、粉体、粒体、或いはそれらの混合体、若しくは、注入時には、流体でありながら、注入後に硬化して固体化するものであってもよい。本発明の放射線防護体においては、これらの配合によって、放射線の減衰率を調整することが出来る。

特に、放射線吸収部２を、水を主成分として成る流体によって構成した場合には、水分子に含まれる水素原子の数量が非常に多くなる。水素原子は、中性子線の質量と非常に近く、多量の水分子中においてファンデルワールス力を多分に受けながら、また水素結合をしながら略静止状態にあることから、それらの水素原子に外部から飛来してきた中性子線が衝突すると、中性子線の運動エネルギーが著しく減衰し、平均１８回程度の水素原子との衝突によって放射線として有していた強力な運動エネルギーの殆どを失うことになる。従って、放射線吸収部２を、水を主成分として成る流体によって構成した場合には、放射線の一種であるγ線を減衰させられるだけでなく、中性子線の運動エネルギーも吸収させることが出来て好ましい。

放射線吸収部２は、予め容器本体３の収容部３ａ内に注入しておくようにしても良く、放射線防護体１を設置作業現場に運搬後に、容器本体３の収容部３ａ内に注入するようにしても良い。更に、放射線吸収部２は、設置作業現場に運搬後に、設置前に容器本体３の収容部３ａ内に注入するようにしても良く、設置後に容器本体３の収容部３ａ内に注入するようにしても良い。

更に、放射線吸収部２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：放射線吸収部の厚さ
μ：放射線吸収部を構成する物質固有のγ線に対する減衰係数
ｅ：自然対数の底
Ｉ_０：放射線防護体に透過前の放射線強度
Ｉ：放射線防護体に透過後の放射線強度
ε：比例定数（原始減衰係数）
ρ：放射線吸収部を構成する物質の質量体積密度

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。

具体的に、放射線吸収部２が例えば水であり、外部からの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部２の厚さを算出する。上記表２のγ線のエネルギーが２ＭｅＶの場合の水の原始減衰係数ε＝０．０４８ｃｍ^２／ｇを用いれば、水の減衰係数μは、μ＝ερ＝０．０４８×１．００＝０．０４８（ｃｍ^−１）となる。従って、放射線吸収部２の厚さｘは、ｘ＝−（１／０．０４８）ｌｏｇ_ｅ（１／２０）＝６２．４（ｃｍ）と算出される。

すなわち、放射線防護体１は、放射線吸収部２が水であり、外部からの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部２の厚さは６２．４ｃｍである。換言すると、放射線防護体１は、放射線吸収部２が水の場合、放射線吸収部２の厚さを６２．４ｃｍとすることで、防護対象４に向けて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、放射線防護体１は、容器本体３に設けられた流体層から成る放射線吸収部２によって、外部から防護対象４に向けて放出された放射線を低減することが出来る。従って、放射線防護体１は、防護対象４を放射線から防護することが出来る。

また、放射線防護体１は、放射線吸収部２が流体層であるので、予め放射線吸収部２を容器本体３の収容部３ａ内に注入しておくことに限らず、設置作業現場に運搬後に、放射線吸収部２を容器本体３の収容部３ａ内に注入することが出来る。従って、放射線防護体１は、設置作業現場まで、放射線吸収部２を容器本体３の収容部３ａ内に設けていない軽量化した状態で、運搬することが出来る。

更に、放射線防護体１は、例えば、積み上げ可能なブロック体であって、積み上げることによって、図２のような防護壁を形成することが出来る。勿論、放射線防護体１は、設置作業現場において、放射線吸収部２を容器本体３の収容部３ａ内に注入していない軽量化した状態で、組み上げることも可能でる。従って、軽量で作業性が良い現場施工を行うことが可能となる。

なお、容器本体３には、図３に示すように、更なる層５を設けるようにしても良い。更なる層５は、容器本体３の収容部３ａ側の全面及び容器本体３の外部側の全面に、一層又は複数層設けるようにしても良く、これらの面のうちの少なくとも一面に、一層又は複数層設けるようにしても良い。このような更なる層５は、固体層又は流体層であって、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。従って、放射線防護体１は、放射線の遮蔽性、機械的強度、耐久性等の向上を図ることが出来る。勿論、容器本体３や更なる層５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よい。

また、放射線防護体１は、容器本体３を、放射線吸収部２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、放射線防護体１は、下記（２）式を満たすように設けられる。更に、放射線防護体１は、更なる層５が設けられている場合、容器本体３と更なる層５とを、放射線吸収部２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、放射線防護体１は、下記（２）式を満たすように設けられる。更に、放射線防護体１は、更なる層５が設けられている場合、更なる層５を、放射線吸収部２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、放射線防護体１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、放射線防護体１は、外部から防護対象４に向けて放出された放射線を低減することが出来る。更に、放射線防護体１は、容器本体３や更なる層５を吸収層として用いる分、放射線吸収部２の厚さを薄くするなどの調整が出来、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：放射線吸収部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：外部から入射する放射線の放射線防護体（放射線吸収部）透過前の放射線強度
Ｉ_ｎ：ｎ層の層を有する放射線防護体（放射線吸収部）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、放射線防護体１は、容器本体３を、上部及び／又は下部に開口部が形成されるようにしても良い。更に、放射線防護体１は、図４に示すように、上部及び下部に連結手段を兼ねる開口部が形成され、下部の開口部が栓体１２で閉止された容器本体３上に、上部及び下部に連結手段を兼ねる開口部が形成された容器本体３を複数個積み重ねて、最上段に下部及び上部に連結手段を兼ねる開口部が形成された容器本体３を設けて、積み重ねられた容器本体３の収容部３ａ内に、放射線吸収部２を収容するようにしても良い。このように構成することで、容器本体３内部を空にしておきながら複数の容器本体３を連結手段を兼ねる開口部同士を互い連結させて連通させ、組み上がった時点で、最上段の上部の開口部から流体である放射線吸収部２を注入することが可能で、最下段に位置する容器本体３の収容部３ａの内部に至るまで全ての連結された容器本体３内に、放射線吸収部２を行き渡らせることが可能となる。

また、放射線防護体１は、図５に示すように、所定の高さを有する板状（パネル状）に設けられ、積み重ねることなく、複数個を、例えば、Ｈ形鋼等から成る支柱１３を適宜間隔で地面から鉛直に立設し、隣接する支柱１３，１３間にパネル状に設けられた放射線防護体１を挿嵌して並設することで、防護対象４の周囲を囲むようにしても良い。これにより、放射線防護体１は、容易に設置作業を行うことが出来る。なお、放射線防護体１を、パネル状に形成する場合には、容器本体３の内部に補強用リブやフランジを設けてもよい。

また、放射線防護体１は、容器本体３に、他の放射線防護体１と係合する係合部１０と、他の放射線防護体１の係合部１０に係合される被係合部１１とを有するようにしても良い。例えば、係合部１０は、図６に示すように、容器本体３の上面及び底面に設けられた凸部であって、被係合部１１は、容器本体３の底面及び側面に設けられた凹部である。従って、放射線防護体１は、複数個を積み重ねて又は並べて設置される際に、係合部１０と被係合部１１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１０及び被係合部１１は、上述したものに限定されるものではなく、放射線防護体１と他の放射線防護体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、放射線防護体１は、図７に示すように、防護対象４の床面又は地面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、放射線防護体１は、容器本体３自体の厚さｔ１を、防護対象４の床面又は地面に対して略直角に設けた容器本体３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、防護対象４の床面又は地面に対して略直角に設けた場合と略同じ距離となるので、防護対象４の床面又は地面に対して略直角に設けた場合と略同様に、放射線を低減することが出来る。なお、放射線吸収部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、放射線防護体１は、防護対象４の周囲の全周に設置されるようにしても良く、防護対象４の周囲の一部に設置されるようにしても良い。例えば、放射線防護体１の対象が建物の場合には、建物の窓の周囲だけに設置されるようにしても良い。更に、放射線防護体１は、防護対象４に設置されるようにしても良い。

また、放射線防護体１は、図８に示すように、千鳥状に防護対象４の周囲に設置されるようにしても良い。これにより、放射線防護体１は、防護対象４を放射線から防護しながらも、外部から風を取り入れることが出来る。更に、放射線防護体１は、図９に示すように、平面視略「く」字状に設け、防護対象４の周囲に並べて設置されるようにしても良い。これにより、放射線防護体１は、防護対象４を放射線から防護しながらも、外部から風を取り入れるなど通気性を確保することも可能となる。

また、放射線防護体１は、放射線吸収部２及び容器本体３を、光透過性を有する材質で形成されるようにしても良い。これにより、放射線防護体１は、防護対象４を放射線から防護しながらも、外部から光（可視光）を取り入れることも可能となる。

１放射線防護体、１ａ内側壁、１ｂ出入口、１ｃ外側壁、２放射線吸収部、３容器本体、３ａ収容部、４防護対象、５更なる層、１０係合部、１１被係合部、１２栓体、１３支柱

Claims

放射線を吸収する放射線吸収部を収容する容器本体を備え、
上記放射線吸収部は、流体で構成され、
放射線を遮蔽して放射線から防護対象を防護することを特徴とする放射線防護体。
上記放射線吸収部は、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に記載の放射線防護体。

ｘ：放射線吸収部の厚さ
μ：放射線吸収部を構成する物質固有のγ線に対する減衰係数
ｅ：自然対数の底
Ｉ_０：放射線防護体（放射線吸収部）透過前の放射線強度
Ｉ：放射線防護体（放射線吸収部）透過後の放射線強度
ε：比例定数（原始減衰係数）
ρ：放射線吸収部を構成する物質の質量体積密度
上記容器本体には、少なくとも１つの更なる層が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線防護体。
上記放射線吸収部及び／又は上記更なる層は、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１又は３に記載の放射線防護体。

ｊ：１からｎまでの自然数
ｎ：放射線吸収部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：外部から入射する放射線の放射線防護体（放射線吸収部）透過前の放射線強度
Ｉ_ｎ：ｎ層の層を有する放射線防護体（放射線吸収部）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
上記放射線防護体は、複数の上記放射線防護体同士を互いに連結する連結手段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防護体。
上記連結手段は、互いに連結された上記放射線防護体各々の容器本体の内部同士を連通させるものであることを特徴とする請求項５に記載の放射線防護体。