JP2016090277A

JP2016090277A - 放射線遮蔽パネル及び遮蔽構造体

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Publication number: JP2016090277A
Application number: JP2014221554A
Authority: JP
Inventors: 正法木畑; Masanori Kihata
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-05-23

Abstract

【課題】放射性物質から放出されるγ線などの放射線を遮蔽すると共に、放射性物質の形状やサイズ等に応じた高い自由度を実現できること。
【解決手段】放射線遮蔽パネル１０は、純アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分とし鉛を含有する遮蔽材としての内層１１と、純アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分とし内層１１の外表面を覆う被覆材としての外層１２と、を有して構成されたものである。内層１１は、純アルミニウムまたはアルミニウム合金に鉛が含有されることで、比重が５〜１８に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、γ線などの放射線を遮蔽する放射線遮蔽パネル、及びこの放射線遮蔽パネルを用いて構築される遮蔽構造体に関する。

一般に、原子力発電プラントにおいては、発電所から排出される放射性物質の遮蔽、保管、廃棄などが通常の定常作業によって行なわれている。しかしながら、大地震等の災害時においては、例えば放射性滞留水の回収などのように、全く予期せぬ作業が伴う。更に、それに関連して処理設備の据付工事をサイト内で施工するなどの様々な作業が必要になる。従って、これらの作業において、γ線などの放射線に対する遮蔽部材の必要性が高まることが想定される。

現状では、厚めのコンクリートや水を張ったドラム缶、敷き鉄板などを用いて放射線を遮蔽しているが、作業者、建屋、仮設構造物または輸送機器などに対して、より安全で且つ作業効率を図るための遮蔽部材が必要になる。なお、従来技術として、ボロンが添加されたアルミニウム合金製の板材からなり、中性子を吸収する中性子遮蔽板が、特許文献１に開示されている。

特開２００５−１００００号公報

地震後における原子力発電所または原子力発電所外にある避難区域では、住民及び作業者の移動、作業場所、作業に使用する各種機器類などに対して、現場の状況に応じた簡便で且つ自由度の高い放射線遮蔽部材が必要になる。また、高レベル放射性物質（海水や水を含む）の養生やハンドリングのための遮蔽など、放射性物質の様々な形状やサイズに対応した放射線遮蔽能力を有する遮蔽部材が必要になる。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、放射性物質から放出されるγ線などの放射線を遮蔽すると共に、放射性物質の形状やサイズ等に応じた高い自由度を実現できる放射線遮蔽パネル及び遮蔽構造体を提供することにある。

本発明に係る放射線遮蔽パネルは、純アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分とし鉛を含有する遮蔽材と、純アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分とし前記遮蔽材の外表面を覆う被覆材と、を有して構成されたことを特徴とするものである。

また、本発明に係る遮蔽構造体は、前記発明に係る放射線遮蔽パネルを用い、放射性物質を収容するよう構成されたことを特徴とするものである。

本発明によれば、放射線遮蔽パネルの遮蔽材に鉛が含有されることで、この鉛によりγ線などの放射線を遮蔽することができる。また、放射線遮蔽パネルの遮蔽材及び被覆材が、耐食性及び加工性に優れた純アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分として構成されたことで、放射線遮蔽パネルが放射性物質の形状やサイズ等に応じた自由度を実現できる。

本発明に係る放射線遮蔽パネルの第１実施形態を示す斜視図。本発明に係る放射線遮蔽パネルの第２実施形態を示す斜視図。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１）
図１は、本発明に係る放射線遮蔽パネルの第１実施形態を示す斜視図である。この図１の放射線遮蔽パネル１０は、原子力発電プラントなどの施設に設置される遮蔽構造体としての遮蔽壁や遮蔽床などを構築することで、この施設で発生する放射線を作業者または作業機器などに対して遮蔽するものである。更に、この放射線遮蔽パネル１０は、放射性物質を収容する遮蔽構造体としての遮蔽容器を構築することで、この放射性物質から放出される放射線を遮蔽するものである。

放射性遮蔽パネル１０は、遮蔽部材としての板状の内層１１、及び被覆材としての板状の外層１２を有して構成される。外層１２は、内層１１の外表面、本実施形態では内層１１の対向する両面１３Ａ及び１３Ｂに接合されて、内層１１を保護する。

内層１１は、純アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分とし、鉛(Ｐｂ)を含有して構成される。具体的には、この内層１１は、純アルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末と鉛の粉末とを、耐熱性樹脂の存在下で、例えばメカニカルアロイング法により混合して混合粉末とし、この混合粉末を成形した成形体を加圧焼結して焼結体（ビレット）とし、この焼結体を加熱しながら押出し成形して、板状に成形されたものである。

また、外層１２は、純アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分として構成される。具体的には、この外層１２は、純アルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末を成形して成形体とし、この成形体を加圧焼結して焼結体（ビレット）とし、この焼結体を加熱しながら押出し成形して、板状に成形されたものである。

ここで、鉛は、γ線などの放射線を遮蔽する機能を果たすものである。γ線などの放射線を遮蔽する金属として鉛以外にタングステン（Ｗ）があるが、鉛は、タングステンに比べて加工性に優れ、且つコストが安価な利点がある。

純アルミニウムまたはアルミニウム合金は、大気中で外表面に不働態皮膜を形成するため大気中での耐食性に優れ、更に、加工性及び汎用性にも優れた特徴を有する。このうちの純アルミニウムは、アルミニウムが９９重量％以上の非熱処理型に属する１０００系のアルミニウムである。

また、アルミニウム合金としては、銅が１．５〜６．８重量％添加された熱処理型合金に属する２０００系のアルミニウム−銅系合金、マンガンが０．３〜１．５重量％添加された非熱処理型合金に属する３０００系のアルミニウム−マンガン系合金、ケイ素が１１〜１３．５重量％添加された非熱処理型合金に属する４０００系のアルミニウム−ケイ素系合金、マンガンが０．２〜５．６重量％添加された非熱処理型合金に属する５０００系のアルミニウム−マグネシウム系合金、マグネシウムが０．３５〜１．８重量％及びケイ素が０．２〜１．２重量％添加された熱処理型合金に属する６０００系の合金、並びに亜鉛が０．８〜６．５重量％添加された熱処理型合金に属する７０００系の合金が挙げられる。更に、このアルミニウム合金は、タングステンが１〜３０重量％添加されてγ線遮蔽性能を有するアルミニウム合金であってもよい。

上述の内層１１または外層１２のアルミニウム合金は、更に具体的には、１重量％以上で且つ３重量％以下の鉄を含有し、高強度なアルミニウム合金（第１アルミニウム合金）である。また、この内層１１または外層１２のアルミニウム合金は、３重量％以下のシリコン、３重量％以下のマンガン、１重量％以上で且つ３重量％以下の鉄、及び１重量％以上で且つ３重量％以下のマグネシウムを含有し、耐食性及び耐熱性に特に優れたアルミニウム合金（第２アルミニウム合金）である。また、この内層１１または外層１２のアルミニウム合金は、３重量％以下のシリコン、３重量％以下のマンガン、及び１重量％以上で且つ３重量％以下のニッケルを含有し、高強度なアルミニウム合金（第３アルミニウム合金）である。

更に、内層１１または外層１２のアルミニウム合金は、３重量％以下のシリコン、３重量％以下のマンガン、１重量％以上で且つ３重量％以下のニッケル、及び１重量％以上で且つ３重量％以下のマグネシウムを含有し、高強度で且つ耐食性及び耐熱性に特に優れたアルミニウム合金（第４アルミニウム合金）である。また、この内層１１または外層１２のアルミニウム合金は、０．２重量％以上で且つ０．８重量％以下のシリコン、３．５重量％以上で且つ４．５重量％以下の銅、０．４重量％以上で且つ１．０重量％以下のマンガン、及び０．４重量％以上で且つ０．８重量％以下のマグネシウムを含有し、耐食性及び耐熱性に特に優れたアルミニウム合金（第５アルミニウム合金）である。

また、内層１１または外層１２のアルミニウム合金は、０．０５重量％以上で且つ０．３重量％以下の銅、０．３重量％以上で且つ１．５重量％以下のマンガン、及び１．３重量％以下のマグネシウムを含有し、加工性（展伸性）に特に優れたアルミニウム合金（第６アルミニウム合金）である。また、この内層１１または外層１２のアルミニウム合金は、１．０重量％以下のマンガン、０．２重量％以上で且つ５．０重量％以下のマグネシウム、及び０．３５重量％以下のクロムを含有し、耐食性に特に優れたアルミニウム合金（第７アルミニウム合金）である。

更に、内層１１または外層１２のアルミニウム合金は、０．４０重量％以上で且つ０．８重量％以下のシリコン、０．１５重量％以上で且つ０．４０重量％以下の銅、０．８重量％以上で且つ１．２重量％以下のマグネシウム、及び０．０４重量％以上で且つ０．３５重量％以下のクロムを含有し、耐食性に特に優れたアルミニウム合金（第８アルミニウム合金）である。また、この内層１１または外層１２のアルミニウム合金は、２．０重量％以下の銅、２．９重量％以下のマグネシウム、０．３０重量％以下のクロム、及び０．８重量％以上で且つ６．５重量％以下の亜鉛を含有し、加工性（展伸性）に特に優れたアルミニウム合金（第９アルミニウム合金）である。

上述のような純アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分とし、鉛を含有する内層１１は、比重が５〜１８に設定される。内層１１の比重を５以上にすることで、鉛によりγ線などの放射線の遮蔽性能を高めることが可能になる。また、内層１１の比重が１８以下に設定されることで、過大な重量にならず作業効率を向上させ、且つ環境に配慮したものとなる。この第１実施形態の内層１１は比重が１２に設定されている。

また、本実施形態では、内層１１の板厚は２０ｍｍ、外層１２の板厚は２ｍｍ、従って、内層１１の両面１３Ａ及び１３Ｂに外層１２が接合された放射性遮蔽パネル１０の板厚は２４ｍｍにそれぞれ設定されている。内層１１の比重及び板厚は、遮蔽対象の放射線及び目標放射線減衰率に基づいて決定され、その際に次式（１）が用いられる。

Ｉ_２／Ｉ_１＝Ｂ・ｅｘｐ(−μｔ) …（１）
この式（１）中で、Ｉ_２は内層１１を通過した後の放射線強度を、Ｉ_１は内層１１を通過する前の放射線強度を、Ｉ_２／Ｉ_１は放射線減衰率を、Ｂはビルドアップファクタを、μは内層１１の比重が加味された線減衰係数を、ｔは内層１１の板厚をそれぞれ表す。

また、外層１２がアルミニウム合金を主成分として構成されている場合、この外層１２のアルミニウム合金は、内層１１の純アルミニウムまたはアルミニウム合金よりも高強度な組成にて構成される。例えば、外層１２のアルミニウム合金は、前述の第１、第３または第４アルミニウム合金のように高強度なアルミニウム合金が用いられ、これにより内層１１の保護が確実になる。

上述のように構成された放射性遮蔽パネル１０を複数枚用いることで、放射性物質を収容する遮蔽構造体としての遮蔽容器が構築され、または、放射線が発生する施設において遮蔽構造体としての遮蔽壁や遮蔽床が構築される。

以上のように構成されたことから、本第１実施形態によれば、次の効果（１）〜（５）を奏する。
（１）放射線遮蔽パネル１０の内層１１に鉛が含有されることで、この鉛によりγ線などの放射線を好適に遮蔽することができる。

（２）放射線遮蔽パネル１０の内層１１及び外層１２が、耐食性及び加工性に優れた純アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分として構成されたことで、放射線遮蔽パネル１０が放射性物質の形状やサイズ、現場の状況に応じた自由度を実現できる。この結果、放射性物質を収容して放射線を遮蔽する遮蔽容器などの遮蔽構造体を簡便に構築することができる。

（３）放射線遮蔽パネル１０は、輸送に容易な板状に構成されている。このため、例えば放射性物質の保管施設への輸送方法が限られて大型の遮蔽構造体を輸送できない場合には、小さなサイズの放射線遮蔽パネル１０を保管施設へ運搬した後、現地にて目標形状の遮蔽構造体に容易に組み立てることができる。

また、保管施設の移動や拡張に対しても、遮蔽構造体を容易に分解でき、放射性パネル１０の状態で運搬して、遮蔽構造体に容易に組み立てることができる。

（４）放射線遮蔽パネル１０の内層１１及び外層１２は、加工性に優れた純アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分として構成されているので、例えば遮蔽構造体を構築する場合にも、収容される放射性物質の形状に適合させて形状を容易に変更できる。更に、放射線遮蔽パネル１０により構築される遮蔽構造体の狭隘部分の加工も容易に実施できる。

（５）放射線遮蔽パネル１０を用いて遮蔽壁や遮蔽容器を構築し、これらが放射線により汚染された場合にも、これらの遮蔽壁などを解体し、放射線遮蔽パネル１０として所定箇所に運搬することで、この所定箇所で、放射線遮蔽パネル１０の表面に付着した放射性物質の除染を効率的に実施できる。

［Ｂ］第２実施形態（図２）
図２は、本発明に係る放射線遮蔽パネルの第２実施形態を示す斜視図である。この第２実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第２実施形態の放射線遮蔽パネル２０が第１実施形態と異なる点は、外層１２が内層１１の面１３Ａまたは１３Ｂの片側、本実施形態では面１３Ａのみに接合された点である。

この放射線遮蔽パネル２０においても、複数枚の放射線遮蔽パネル２０を用いて遮蔽容器や遮蔽壁などの遮蔽構造体を構築できると共に、内層１１が純アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分とし鉛を含有して構成され、外層１２が純アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分として構成されているので、第１実施形態の効果（１）〜（５）と同様な効果を奏するほか、次の効果（６）を奏する。

（６）この放射線遮蔽パネル２０では、内層１１の片面１３Ａまたは１３Ｂにのみ耐食性を有する外層１２が接合され、他の片面１３Ｂまたは１３Ａには外層１２が存在しないので、放射線遮蔽パネル２０を例えば屋内で使用する場合に、コストを抑制することができる。

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。これらの実施形態は、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、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。

１０、２０放射線遮蔽パネル
１１内層（遮蔽材）
１２外層（被覆材）

Claims

純アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分とし鉛を含有する遮蔽材と、
純アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分とし前記遮蔽材の外表面を覆う被覆材と、を有して構成されたことを特徴とする放射線遮蔽パネル。
前記遮蔽材は、純アルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末と鉛の粉末とを混合して混合粉末とし、この混合粉末を成形し加圧焼結して焼結体とし、この焼結体を加熱しながら押出し成形することにより構成されたことを特徴とする請求項１に記載の放射線遮蔽パネル。
前記被覆材は、純アルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末を成形し加圧焼結して焼結体とし、この焼結体を加熱しながら押出し成形することにより構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の放射線遮蔽パネル。
前記被覆材のアルミニウム合金は、遮蔽材の純アルミニウムまたはアルミニウム合金よりも高強度な組成に構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線遮蔽パネル。
前記遮蔽材は、純アルミニウムまたはアルミニウム合金に鉛が含有されることで、比重が５〜１８に設定されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線遮蔽パネル。
前記遮蔽材と前記被覆材の少なくとも一方のアルミニウム合金は、１重量％以上で且つ３重量％以下の鉄を含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線遮蔽パネル。
前記遮蔽材と前記被覆材の少なくとも一方のアルミニウム合金は、３重量％以下のシリコン、３重量％以下のマンガン、１重量％以上で且つ３重量％以下の鉄、及び１重量％以上で且つ３重量％以下のマグネシウムを含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線遮蔽パネル。
前記遮蔽材と前記被覆材の少なくとも一方のアルミニウム合金は、３重量％以下のシリコン、３重量％以下のマンガン、及び１重量％以上で且つ３重量％以下のニッケルを含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線遮蔽パネル。
前記遮蔽材と前記被覆材の少なくとも一方のアルミニウム合金は、３重量％以下のシリコン、３重量％以下のマンガン、１重量％以上で且つ３重量％以下のニッケル、及び１重量％以上で且つ３重量％以下のマグネシウムを含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線遮蔽パネル。
前記遮蔽材と前記被覆材の少なくとも一方のアルミニウム合金は、０．２重量％以上で且つ０．８重量％以下のシリコン、３．５重量％以上で且つ４．５重量％以下の銅、０．４重量％以上で且つ１．０重量％以下のマンガン、及び０．４重量％以上で且つ０．８重量％以下のマグネシウムを含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線遮蔽パネル。
前記遮蔽材と前記被覆材の少なくとも一方のアルミニウム合金は、０．０５重量％以上で且つ０．３重量％以下の銅、０．３重量％以上で且つ１．５重量％以下のマンガン、及び１．３重量％以下のマグネシウムを含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線遮蔽パネル。
前記遮蔽材と前記被覆材の少なくとも一方のアルミニウム合金は、１．０重量％以下のマンガン、０．２重量％以上で且つ５．０重量％以下のマグネシウム、及び０．３５重量％以下のクロムを含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線遮蔽パネル。
前記遮蔽材と前記被覆材の少なくとも一方のアルミニウム合金は、０．４０重量％以上で且つ０．８重量％以下のシリコン、０．１５重量％以上で且つ０．４０重量％以下の銅、０．８重量％以上で且つ１．２重量％以下のマグネシウム、及び０．０４重量％以上で且つ０．３５重量％以下のクロムを含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線遮蔽パネル。
前記遮蔽材と前記被覆材の少なくとも一方のアルミニウム合金は、２．０重量％以下の銅、２．９重量％以下のマグネシウム、０．３０重量％以下のクロム、及び０．８重量％以上で且つ６．５重量％以下の亜鉛を含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線遮蔽パネル。
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の放射線遮蔽パネルを用い、放射性物質を収容するよう構成されたことを特徴とする遮蔽構造体。