JP2016090535A

JP2016090535A - 放射線遮蔽構造体

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Publication number: JP2016090535A
Application number: JP2014228874A
Authority: JP
Inventors: 岩宮　陽子; Yoko Iwamiya; 陽子岩宮; 幸明原田; Yukiaki Harada
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2016-05-23

Abstract

【課題】より放射線遮蔽能に優れた放射線遮蔽構造体を得る。
【解決手段】正面から来る放射線に対して、遮蔽性のシート状素材を角度を持たせて長手方向に配して、その素材中の放射線通過距離を確保し、かつこの素材を並べることで、斜めからくる放射線に対して複数の素材断面を通過させることにより、面に対する全方向からの放射線を減衰させてなる、放射線遮蔽構造体。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力関連施設や、放射線汚染地等で用いられる放射線防護服の素材に好適な放射線遮蔽構造体に関する。

従来、例えば原子力発電所や放射線診断、放射線治療を行う医療施設等の原子力関連施設、さらには福島原発近郊などの放射線汚染地においてエプロン型やコート型等の放射線防護服が用いられている。ここで、放射線を遮蔽する効果が高い材料としては、鉛、タングステン、スズ等の重金属が知られており、このような重金属を粉末状にして樹脂やゴムと配合したシート材が放射線防護服の素材として用いられている（例えば特許文献１参照）。なお、鉛は安価であるものの人体に有害であるのに対し、タングステンは無害で環境への影響が小さいという点でタングステンを配合したシート材が好ましいと考えられている。

しかしながら、このような重金属を配合したシート材は一定の柔軟性は備えているものの、着用されて曲折を繰り返すうちにひび割れのような破損が生じてしまうことがある。特に、タングステンを配合したシート材は、このような破損が生じやすい傾向がある。このような破損は、たとえ部分的であっても、その個所からの被曝が懸念されるため破損が生じた場合には新たな放射線防護服と交換されることが多く、放射線防護服のトータルコストの増大の一因となりうる。
また、放射線遮蔽能は、これら重金属の重量に比例すると言われており、放射線遮蔽能に優れた放射線防護服を得るには、それなりにこれらの重金属類の使用量を増やさねばならず、経済的ばかりか、重くなって作業効率も悪い。

ところで、放射線の遮蔽は、主として遮蔽材中の電子による放射線の散乱によるもものであるため、遮蔽材の能力とされる線透過係数は、透過する放射線の衝突する電子の量により決まる。そのため、遮蔽体の遮蔽能は、ほぼその密度に比例することになる。それゆえ、より大きな遮蔽能を得るには、より密度の大きい物質を用いざるを得ず、防護服などに用いる際に、重く作業性に劣るものにならざるを得ない。
また、高い遮蔽能を得るためには、高密度の遮蔽性物質を分厚く用いなければならず、通気性および柔軟性も犠牲とならざるを得ない。
このような状態の中で、東北大震災において、これからも除染作業とともに、復興に向けた取り組みが進む中で、作業性にも優れ、かつ遮蔽能を持つ防護服や、生活空間で使いやすい、重くない遮蔽性の素材が求められている。

実用新案登録第３０９８３１７号公報

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、経済的でかつ放射線遮蔽能に優れ、放射線防護服に好適な放射線遮蔽構造体を提供することを目的とする。

本発明は、保護すべき対象への放射線は正面の点源からだけでなく全方向からくることら注目し、正面から来る放射線に対して、遮蔽性のシート状素材を角度を持たせて長手方向に配して、その素材中の放射線通過距離を確保し、かつこの素材を並べることで、斜めからくる放射線に対して複数の素材断面を通過させることにより、保護すべき面に対する全方向からの放射線を減衰させる放射線遮蔽構造体に関するものである。
ここで、本発明の放射線遮蔽構造体は、遮蔽性のシート状素材が正面から来る放射線の方向に対して鋭角に折り重ねてなるものが挙げられる。
また、本発明の放射線遮蔽構造体は、遮蔽性のシート状素材を、正面から来る放射線の方向に対して、ひだ状に折り重ねてなるものであってもよい。
この場合、ひだ状に折り重ねてなる遮蔽性のシート状素材には、通気性の孔が穿孔されていてもよい。
以上の遮蔽性のシート状素材としては、タングステンを主体とするシート、タングステン含有複合アルミニウムシート、アルミニウムシート、鉛を主体とするシート、スズを主体とするシート、アンチモンを主体とするシート、鉄を主体とするシート、遮蔽剤としてバリウム、タングステン、鉛、ビスマス、アンチモン、希土類などのγ線遮蔽性の物質、もしくはナノカーボン、ホウ素、カドミウムなどの中性子線遮蔽性物質からその遮蔽の目的に応じて選ばれた少なくとも１種の単体または化合物の微粒子を熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーもしくはポリオルガノシロキサンに分散することにより形成されたシート、または基材の片面または両面に、遮蔽剤としてバリウム、タングステン、鉛、ビスマス、アンチモン、ナノカーボン、ホウ素、カドミウム、希土類系酸化物から選ばれた少なくとも１種の単体または化合物の微粒子を熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーもしくはポリオルガノシロキサンに分散することにより形成された薄層が積層されてなる積層シートが挙げられる。

本発明によれば、平板な放射線遮蔽性のシート状素材を、鋭角にプリーツ状に折り重ねるか、あるいは、ひだ状（ループ状）に折り重ねているので、展開した場合の面積が折り畳んだ状態での面積よりも大となり、また放射線が素材を通過する際の実効厚みが増大するので、放射線遮蔽能が向上する。また、これにより、斜めからくる放射線に対して複数の素材断面を通過させることにより、面に対する全方向からの放射線を減衰させることができて、単位面積あたりの実効放射線遮蔽能が一段と向上する。

本発明の第一の実施態様であり、正面方向からの放射線を遮蔽する放射線遮蔽構造体の構成図である。本発明の放射線遮蔽構造体の第一の実施態様であり、斜めから放射線が入射した場合における本発明の放射線遮蔽構造体の構成図であり、（ａ）はブロック状の遮蔽構造体の構成図、（ｂ）は実際に遮蔽体の折り曲げ角度をαとして鋭角をもって折り曲げた状態の本発明の放射線遮蔽構造体に、放射線の入射角をθとして入射した場合の本発明の遮蔽構造体の構成図である。本発明の第二の実施態様で、丸折り（ひだ折り）形式の場合の本発明の放射線遮蔽構造体の構成図である。本発明の第二の実施態様で、丸折り（ひだ折り）のシート状素材に孔を穿孔させた場合の本発明の放射線遮蔽構造体の構成図である。本発明の第二の実施態様で、屈曲性を有する本発明の放射線遮蔽構造体の構成図である。（ａ）は実施例１における水平折りに係わる写真、（ｂ）は比較例１における垂直折りに係わる写真である。

これまでの放射線の遮蔽の多くは、限られた領域から直線的もしくは放射状に発散する特定の発生源の放射線を遮蔽するという視点から開発されてきた。しかしながら、環境中に飛散した放射線性物質からの放射線は、あらゆる方向から守るべき被防護体に向かってくる。この点を考慮すると、優れた放射線遮蔽素材を得るには、従来の線透過係数についてだけ注目するだけではなく、本発明のように、放射線の飛来する方向を考慮した構造をとることで、より低い密度でもより高い遮蔽能を得ることが可能になると考えられる。

すなわち、ある放射線の飛来方向に対しては、その方向にほぼ平行に遮蔽材を配置することにより、遮蔽材の厚みよりもはるかに大きな距離を通過させることで、実効遮蔽能が増す。また、角度のある方向に対しては、幾重にも遮蔽材の層を通過させることで、同じく実効遮蔽能を増すことができる。

さらに、本発明では、遮蔽材をプリーツ状におりまげ、あるいはひだ状（ループ状）の構造としたもので、さらに遮蔽材の通気性の孔を穿孔することにより、通気性の確保もできるものである。また、プリーツ状あるいはひだ状にすることで、屈曲部に変形の自由度を持たせることができ、柔軟性も確保することができる。
まず、本発明に用いられる放射線遮蔽性のシート状素材、さらには鋭角に折り重ね、あるいは、ひだ状に折り重ねについて説明する。

本発明の放射線遮蔽構造体の基材となるシート状素材は、以下のようなものが挙げられるが、放射線遮蔽能を有するシート状のものであればいかなるものでもよい。
すなわち、本発明の放射線遮蔽構造体に用いられる基材シートとしては、タングステンを主体とするシート、タングステン含有複合アルミニウムシート、アルミニウムシート、鉛を主体とするシート、スズを主体とするシート、アンチモンを主体とするシート、遮蔽剤としてγ線、X線の遮蔽を意図する場合はバリウム、タングステン、鉛、アンチモン、ビスマス、希土類、中性子線の遮蔽を意図する場合にはナノカーボン、ホウ素、カドミウムから選ばれた少なくとも１種の単体または化合物の微粒子を熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーもしくはオルガノポリシロキサンに分散することにより形成されたシート、または基材の片面または両面に、遮蔽剤としてγ線、X線の遮蔽を意図する場合はバリウム、タングステン、鉛、アンチモン、ビスマス、希土類、中性子線の遮蔽を意図する場合にはナノカーボン、ホウ素、カドミウムから選ばれた少なくとも１種の単体または化合物の微粒子を熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーもしくはオルガノポリシロキサンに分散することにより形成された薄層が積層されてなる積層シートなどが挙げられる。これらの詳細については、例えば特開２０１４−２０２９号公報、ＷＯ２０１２／１５３７７２パンフレット、特開２００７−８９５８６５号公報、実用新案登録第３１８４２２０号公報などに詳述されている。

なお、上記積層シートに用いられる基材としては、編物、織物、不織布、紙などの布帛や、フィルム、シートなどが挙げられる。具体的には、ポリアミド繊維やポリエステル繊維、レーヨン繊維、ガラス繊維、綿、パルプなどからなる布帛類やフィルムのほか、和紙、コピー紙、タイペック（デュポン社製のポリエチレン製不織布）、壁紙、襖紙、障子紙、天井紙、テーブルクロス、カーテン、マット、ゴムシートなどが挙げられる。

本発明の放射線遮蔽構造体の製造方法としては、例えば下記のような機械プリーツ法による製造方法が挙げられるが、これに限定されるものではない。
（１）プリーツの形状に合ったカルトン（プリーツ加工用の型）を作成する。
（２）カルトンにシートをのせる。
（３）もう一枚の型で挟み込んでサンドイッチのような状態にする。
（４）折り目（プリーツ）にそって畳み、固定する。
（５）シートが有機系素材で構成されている場合には、例えばそれを真空高温釜に入れて、真空→加熱→真空→加熱→真空→冷却と言った工程を経ることでシートに折り目(プリーツ)を記憶させる。
（６）型をはがして、製品（プリーツ状の放射線遮蔽構造体）を取り出す。

さらに、本発明のプリーツ状あるいはヒダ状の放射線遮蔽構造体の形状は、折り目の隣接する山どうしあるいは谷どうしが離隔している場合に限らず、ほぼ接しているような密な状態の折り目であってもよい。

この場合の山と谷との間（幅）の長さは、好ましくは１〜１０ｍｍ、さらに好ましくは３〜５ｍｍである。１ｍｍ未満ではプリーツ（あるいはひだ）加工による放射線遮蔽能の向上に乏しく、一方１０ｍｍを超えると、防護服にした場合にかさばるなどの弊害が生じる。
本発明のプリーツ形状を有する放射線遮蔽シートは、プリーツ形状あるいはヒダ状とすることにより、単位面積あたりの実際の面積が増加することに加えて、放射線が入射角をもって入射した場合に、シート状素材の実効厚さを増すことができ、放射線遮蔽効果を向上させることができる。
また、山と谷の間（幅）長さは、放射線遮蔽効果を必要とする箇所、及び放射線遮蔽機能効果シート（機能材）の材質、性能を鑑み、より効果を高めるべく、適宜設計することが好ましい。

以下、本発明を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第一の実施態様であり、正面方向から放射線が入射した場合の本発明の放射線遮蔽構造体の構成図である。
ここでは、本発明の放射線遮蔽構造体は、遮蔽性のシート状素材が鋭角に重ねてプリーツ状に折り重ねられている。
このシート状素材は、厚みｄ、密度ρであり、このシート状素材を折り返し幅Ｕ、長さＬで折り返す。そして、折り返し角度をαとすると、ｔａｎα＝Ｕ／Ｌの関係となる。
ここで、正面から放射線が入射するとする。このとき、正面から来る放射線は遮蔽体を斜めに横切り、遮蔽実効厚みｄ’は、ｄ’＝ｄ／sinαになる。
したがって、実効遮蔽能は、α＝１０°で５．７倍、５°で１１倍になる。
また、折り曲げた部分の外辺が形成する遮蔽性素材のみかけの密度は、ｄ／Ｕと小さくなる。

次に、図２を用いて、本発明の第一の実施態様における、遮蔽体の折り曲げ角度をαとして鋭角をもって折り曲げた状態の本発明の放射線遮蔽構造体に、放射線の入射角をθとして入射した場合について説明する。
ここで、図２の（ａ）は、参考例であり、水平に載置された厚さがｄの放射線遮蔽性のシート状素材（ブロック）に、角度θで放射線が入射した場合の放射線のシート状素材中での走行距離を示している。
一方、図２（ｂ）は、このシート状素材を用いて、鋭角に折り重ねた場合の本発明の放射線遮蔽構造体の構成図である。
図２の（ｂ）の場合、ｄ＝０．３４ｍｍ、Ｌ＝１ｃｍ、Ｕ＝２ｍｍ、ρ＝２．２７、μ（線透過係数）＝０．２３と設定する。このとき、ｔａｎα＝０．２、α＝１１°、ｓｉｎα＝０．２、ｃｏｓα＝０．９８となる。図２（ｂ）において、「ｄ／ｓｉｎ（θ＋α）」、「ｄ／ｓｉｎ（θ−α）」は、それぞれの箇所における放射線の実際の走行距離（実効厚み）を示している。
ここで、角度を変えた場合を表１に示す。厚みdのままでは遮蔽率は1%であるがはるかに大きな遮蔽率が得られている。さらに角度が大きくなるほど、実効厚みが増えて、遮蔽率が高くなる。
また、正面方向で同じ実効厚みとなるブロック[図２の（ａ）]と比較しても効果が大きいことが分かる。

次に、図３を用いて、本発明の第二の実施態様について説明する。
図３に示す本発明の放射線遮蔽構造体は、放射線遮蔽性のシート状素材を、正面から来る放射線の方向に対して、ひだ状に折り重ねたものである。
この場合の実効厚み「ｄ’」＝（２ｄ／ｓｉｎθ）＋（ｄ／ｓｉｎα）（注；実効厚みは、この部分の効果が大きい）である。
本発明の第二の実施態様では、鋭角的に折り曲げる必要はなく、柔軟性を持った遮蔽物質ならば、その柔軟性に沿った丸折り（ひだ折り）でも、同様の効果が得られる。
ここで、ｔａｎα＝Ｒ／Ｌで表されるので、「Ｌ／Ｒ」と「１／ｓｉｎα」の関係は、表２のとおりとなる。
表２から明らかなように、丸折り（ひだ状折り重ね）の場合、素材厚のＬ／Ｒ倍の効果が期待されることが分かる。

次に、図４は、図３の丸折り形式の場合において、ひだ状に折り重ねてなる遮蔽性のシート状素材に、通気性の孔を穿孔した場合の本発明の放射線遮蔽構造体の構造図である。小孔を開けることで、通気性を確保することができる。小孔の孔径は、下限は4オングストロームと空気分子が通過できるサイズであり、上限はひだの構造を損なわないRであり、好ましくは基材の性能を損なわない100μmから1000μm程度である。

さらに、図５は、丸折り形式（ひだ状折り重ね）の場合の他の形態であり、丸折り部分に変形の自由度があり、外部で形成される厚みのある本発明の放射線遮蔽構造体全体が屈曲可能となり、柔軟性を有する場合である。
その他の構成および作用は、図３の場合と同様である。

以下、実施例を挙げて、本発明をさらに具体的説明する。
実施例１
図６（ａ）を用い、本発明の実施例１について、具体的に説明する。
ここで、図６（ａ）は、アルミホイルを水平折りにした構造体、すなわち本発明の放射線遮蔽構造体であり、厚さ１μｍ、幅が８センチの長尺のアルミホイルを長さが１．６センチ間隔で交互に鋭角に折り返して、奥行きが８センチ、幅１．６センチ、高さが５センチとなした本発明の放射線遮蔽構造体を製造した。
この遮蔽構造体を、汚染土壌の袋置き場（矢印右手方向）で検出器前を遮断して放射線を測定した。
なお、遮蔽率は、「ナシ」に対する比較である。

比較例１
これに対し、図６（ｂ）は、アルミホイルを垂直折りにした構造体であり、厚さ１μｍ、幅が８センチの長尺のアルミホイルを５センチ間隔で交互に鋭角に折り返して、奥行きが８センチ、幅が１．６センチ、高さが５センチとなした放射線遮蔽構造体であり、本発明に対し比較例に相当する。
この遮蔽構造体を、上記実施例１と同様に、汚染土壌の袋置き場（矢印右手方向）で検出器前を遮断して放射線を測定した。
以上の実施例１および比較例１の結果を表３に示す。
表３から、放射線入射方向である正面に対して水平に折ったもの、すなわち本発明の実施例１の放射線遮蔽構造体の方が、垂直に折ったもの、すなわち比較例１のブロック状の構造体に比べて放射線の遮蔽率が高いことが分かる。
なお、表３において、見かけ（μ）とは、見かけの線透過係数を示す。

本発明の放射線遮蔽構造体は、単位面積あたりの放射線遮蔽能が従来の放射線遮蔽シートに比べて高くすることができて、γ線、Ｘ線などの放射線を遮蔽する効果が高いので、放射線遮蔽用防護服や、放射線治療に用いられる放射線防護服などに用いられるほか、放射線遮蔽性に優れた各種の用具などに用いることができる。

Ｌ：折り重ね部分の長さ
ｄ：シート状素材の厚み
α ：折り重ね角度
Ｕ：折り重ね幅
ｄ’ ：実効厚み
θ ：放射線の入射角
Ｒ：曲率半径

Claims

正面から来る放射線に対して、遮蔽性のシート状素材を若干角度を持たせて長手方向に配して、その素材中の放射線通過距離を確保し、かつこの素材を並べることで、斜めからくる放射線に対して複数の素材断面を通過させることにより、面に対する全方向からの放射線を減衰させてなる、放射線遮蔽構造体。
遮蔽性のシート状素材を、正面から来る放射線の方向に対して、鋭角に折り重ねてなる、請求項１記載の放射線遮蔽構造体。
遮蔽性のシート状素材を、正面から来る放射線の方向に対して、ひだ状に折り重ねてなる、請求項１記載の放射線遮蔽構造体。
ひだ状に折り重ねてなる遮蔽性のシート状素材に、通気性の孔が穿孔されてなる、請求項３記載の放射線遮蔽構造体。
遮蔽性のシート状素材が、タングステンを主体とするシート、タングステン含有複合アルミニウムシート、アルミニウムシート、鉛を主体とするシート、スズを主体とするシート、アンチモンを主体とするシート、鉄を主体とするシート、遮蔽剤としてγ線、X線の遮蔽を意図する場合はバリウム、タングステン、鉛、アンチモン、ビスマス、希土類、中性子線の遮蔽を意図する場合にはナノカーボン、ホウ素、カドミウムから選ばれた少なくとも１種の単体または化合物の微粒子を熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーもしくはオルガノポリシロキサンに分散することにより形成されたシート、または基材の片面または両面に、遮蔽剤としてγ線、X線の遮蔽を意図する場合はバリウム、タングステン、鉛、アンチモン、ビスマス、希土類、中性子線の遮蔽を意図する場合にはナノカーボン、ホウ素、カドミウムから選ばれた少なくとも１種の単体または化合物の微粒子を熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーもしくはポリオルガノシロキサンに分散することにより形成されたシート、または基材の片面または両面に、遮蔽剤としてγ線、X線の遮蔽を意図する場合はバリウム、タングステン、鉛、アンチモン、ビスマス、希土類、中性子線の遮蔽を意図する場合にはナノカーボン、ホウ素、カドミウムから選ばれた少なくとも１種の単体または化合物の微粒子を熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーもしくはポリオルガノシロキサンに分散することにより形成された薄層が積層されてなる積層シート、および、コンクリート、水、ガラス、土壌などの低遮蔽性物質を一辺に対して厚みの薄いプレート状とした遮蔽能を増強した、請求項１〜４いずれかに記載の放射線遮蔽構造体。