JP2018100843A - 放射線遮蔽複合材及び放射線遮蔽複合材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より確実に放射線を遮蔽して安全性を高めることができ、かつ、放射線の遮蔽のための作業を効率良く行える放射線遮蔽複合材及びその製造方法を提供する。【解決手段】鉛又はタングステンの少なくとも一方を含有するステンレス鋼合金からなる内層と、前記内層の少なくとも一方の面に形成されたステンレス鋼からなる外層とを具備し、板状に構成された放射線遮蔽複合材。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、放射線遮蔽複合材及び放射線遮蔽複合材の製造方法に関する。

一般に、原子力発電所においては、発電所において排出された放射性物質の遮蔽、保管、廃棄などは通常の定常作業の中で行われていた。しかし、地震などの災害が発生した場合、平常時では行われない作業、例えば放射線滞留水回収などの作業を行うことが必要とされる場合が想定される。さらに、上記作業に関連して、処理設備の据付工事を施工することも想定される。このような様々な作業状況において、放射線量の高い環境下での作業が必要とされることも想定され、このため、放射線つまりガンマ線等に対する遮蔽を如何にして行うかが重要となる。

例えば、地震などの災害発生後の原子力発電所の外にある避難区域では、住民および作業者の移動、作業場所、作業に使用する各種機器類など現場の状況に応じで簡便でかつ自由度の高い放射線遮蔽材が必要となる。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するための遮蔽など、様々な形状やサイズをカバーした遮蔽材が必要である。さらに原子力発電所内における、さらに高レベルの放射線をともなう環境下では、汚染された廃材の撤去や、それに伴う廃棄物処理建屋の早急な建設が急務となり、作業ベースの確保も必要となる。

このような放射線の遮蔽を行う場合、従来は、厚めのコンクリート、水を張ったドラム缶、敷き鉄板などを用いている。しかし、作業者、建屋、仮設構造物および輸送機器などにおいては、より確実に放射線を遮蔽して安全性を高めることが求められ、かつ、放射線の遮蔽のための作業を効率良く行えるようにする必要がある。

従来の放射線遮蔽複合材としては、例えば金属板と樹脂層とを積層したものが提案されている。しかしこのよう放射線遮蔽複合材は、シート状に形成され、他の構造部材と建屋内の壁構造を形成することを前提としたものであり、屋外などに設置して放射線の遮蔽を行うものではない。

特開２０１２−２２５８９１号公報

上述したとおり、災害発生時などにおいて、作業環境における放射線の遮蔽を行う場合、従来は厚めのコンクリート、水を張ったドラム缶、敷き鉄板などを用いている。このため、より確実に放射線を遮蔽して安全性を高めることができ、かつ、放射線の遮蔽のための作業を効率良く行えるようにすることのできる放射線遮蔽材の開発が求められている。

本発明の目的は、より確実に放射線を遮蔽して安全性を高めることができ、かつ、放射線の遮蔽のための作業を効率良く行える放射線遮蔽複合材及び放射線遮蔽複合材の製造方法を提供することにある。

実施形態の放射線遮蔽複合材は、鉛又はタングステンの少なくとも一方を含有するステンレス鋼合金からなる内層と、前記内層の少なくとも一方の面に形成されたステンレス鋼からなる外層とを具備し、板状に構成されている。

実施形態に係る放射線遮蔽複合材の構成を示す図。 実施形態に係る放射線遮蔽複合材の製造方法を示すフロー図。 他の実施形態に係る放射線遮蔽複合材の構成を示す図。

以下、図面を参照して放射線遮蔽複合材及び放射線遮蔽複合材の製造方法実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る放射線遮蔽複合材１００の構成を模式的に示す図である。図１に示すように、放射線遮蔽複合材１００は、板状に構成されている。放射線遮蔽複合材１００の厚さ方向の内側には、内層１１０が設けられており、この内層１１０の両側の面には、夫々外層１１１が設けられている。外層１１１は、板状のステンレス鋼から構成されている。

内層１１０は、ステンレス鋼よりも放射線遮蔽能力の高い金属である鉛又はタングステンの少なくとも一方を含有するステンレス鋼合金から構成されている。なお、以下の実施形態の説明では、内層１１０が、鉛を含有するステンレス鋼合金から構成されている場合について説明する。しかし、内層１１０が、タングステンを含有するステンレス鋼合金から構成されている場合や、鉛とタングステンを含有するステンレス鋼合金から構成されている場合についても同様である。

大気中にて耐食性を有する材料は様々あるが、本実施形態では、材料の汎用性や加工性が良好である鉄合金、その中でも汎用性の高いステンレス鋼を用いている。鉄はクロムの添加によって耐食性が変化し、代表的な鉄合金であるステンレス鋼は大気中にて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る特徴を有している。

本実施形態において使用可能なステンレス鋼としては、例えば、ニッケルを３．５〜２８質量％、クロムを１５〜２５質量％添加され、耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼、ニッケルを４質量％以下、クロムを１１〜３２質量％添加され、熱伝導性や機械的特性に優れたフェライト系ステンレス鋼、ニッケルを３〜１０質量％、クロムを２１〜３２質量％添加され、オーステナイト系ステンレス鋼とフェライト系ステンレス鋼のどちらの特性も有するオーステナイト・フェライト系の二相ステンレス鋼、などが挙げられる。

上記した内層１１０を構成する鉛を含有するステンレス鋼合金は、例えば、ステンレス鋼の粉末と鉛粉末を混合し、焼結させる粉末冶金法等によって製作することができる。以下、図２を参照して実施形態に係る放射線遮蔽複合材の製造方法について説明する。

図２に示すように、実施形態に係る放射線遮蔽複合材の製造方法では、まず、ステンレス鋼の粉末と、鉛の粉末とを混合して混合粉末を得る粉末混合工程を行う（図２のステップ１２１）。

この粉末混合工程で使用するステンレス鋼の粉末としては、例えば、粒径が１００メッシュ（ｍｅｓｈ）程度のＳＵＳ３０４ステンレス鋼粉末などを用いることができる。また、鉛粉末としては、例えば、粒径が２００メッシュ（ｍｅｓｈ）程度の鉛粉末などを用いることができる。また、ステンレス鋼の粉末と、鉛の粉末との混合方法としては、例えばメカニカルアロイング法を用いることができる。メカニカルアロイング法を用いることによって、ステンレス鋼の粉末と、鉛の粉末とを均一に分散させることができる。

上記のステンレス鋼の粉末と鉛の粉末との混合割合は、鉛の粉末が多くなるほど放射線（ガンマ線）に対する遮蔽効果が高くなり、鉛の粉末の量が少なすぎると放射線に対する遮蔽効果が不十分になる。しかし、鉛の粉末が多くなると重量が増大するため作業効率の低下などを招く可能性がある。このため、例えば、内層１１０を構成する鉛を含有するステンレス鋼合金の比重が１０ｇ/ｃｍ³程度になる混合比率とすることが好ましい。

比重を１０ｇ/ｃｍ³程度とするためには、例えば、容積比率で鉛粉末が６０〜７０％程度となるように混合する。この場合、ステンレス鋼の密度が７．７〜７．９程度であるため、約３０％程度密度が高くなり、ステンレス鋼単体の場合に比べて放射線の遮蔽効果が高くなる。

次に、上記の粉末混合工程によって得られた混合粉末を、所定の板状に成形して成形体を得る成形工程を行う（図２のステップ１２２）。

この場合、成形体の板厚は、出来上がりの内層１１０の板厚が、例えば数十ミリ程度となるように成形する。この内層１１０の板厚は、放射線の遮蔽効果に直接関係するため、必要とされる放射線の遮蔽効果によって、適宜選択することができるが、厚くし過ぎると重量が重くなるため、例えば２０ｍｍ程度とすることが好ましい。

なお、一般にガンマ線などの放射線を遮蔽する機能を有した遮蔽材料の種類や板厚は、遮蔽対象となる放射線および目標となる放射線減衰率により決定される。その際には、以下に示す式（１）により板厚などが算出される。
Ｉ_２／Ｉ_１＝Ｂｘ・ｅｘｐ（−μｔ） （１）
（ここで、Ｉ_２ は遮蔽材料を通過した後の放射線強度、Ｉ_１は遮蔽材料を通過する前の放射線強度、Ｉ_２／Ｉ_１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。）

次に、上記成形工程で得られた成形体を加圧焼結して仮焼結体を得る焼結工程を行う（図２のステップ１２３）。この焼結工程では、例えば、１１００℃〜１２００℃程度の温度で成形体の加圧焼結を行う。

そして、上記焼結工程によって得られた仮焼結体の両面に、外層１１１として、例えばＳＵＳ３０４ステンレス鋼などからなるステンレス板を、熱間圧延および冷間圧延などによって張り合わせる張り合わせ工程を行い（図２のステップ１２４）、図１に示した構造の放射線遮蔽複合材１００を製造する。

上記の外層１１１としてのステンレス板としては、例えば、板厚が２ｍｍ程度のものを使用することができる。前述したとおり、ステンレス鋼合金からなる内層１１０の厚さを２０ｍｍ程度とした場合、その両面に外層１１１として厚さ２ｍｍ程度のステンレス板を張り付け、全体の厚さが２４ｍｍ程度となる。

また、板状の放射線遮蔽複合材１００の縦横の大きさは、任意に選択することができるが、例えば、１メートルから数メートル程度とすることにより、運搬、設置作業などを容易に行うことができる。

上記の放射線遮蔽複合材１００は、原子力発電所などの施設において、高い放射線量の作業環境の中で、作業者や作業機器類などに対して放射線を遮蔽する際、或いは、放射性物質からの放射線を遮蔽する際などに使用することができる。この際に、放射線遮蔽複合材１００が板状であるため、運搬、設置などを容易に行うことができる。また、複数の放射線遮蔽複合材１００を組み合わせることによって、任意の形状とすることができ、任意の領域の放射線遮蔽を、容易に行うことができる。

また、耐蝕性の高いステンレス鋼からなる外層１１１を具備しているので、腐食性の高い環境下、例えば、放射能汚染水等に晒される環境下などにおいても、長期間、安定的に放射線の遮蔽を行うことができる。さらに、例えば鉛板を単体で放射線遮蔽材として使用した場合などに比べて、その強度を高めることができ、使用できる範囲を大幅に拡大することができる。

次に、図３を参照して他の実施形態について説明する。図３に示す放射線遮蔽複合材１００ａは、内層１１０の片面（図３において上側の面）にのみ外層１１１が設けられている。なお、内層１１０及び外層１１１の構成は、図１に示した放射線遮蔽複合材１００と同様である。

上記構成の放射線遮蔽複合材１００ａでは、内層１１０の片面のみに外層１１１が形成されているので、内層１１０の両面に外層１１１を設けた場合に比べて、製造コスト及び製作性の面でメリットがある。

このように構成された放射線遮蔽複合材１００ａは、一方の面のみに耐蝕性が必要とされ、他方の面に耐蝕性が必要とされない場合、例えば、構造物の周囲を放射線遮蔽複合材１００ａで囲む場合などに好適に使用することができる。この場合、例えば、耐蝕性が必要とされる外側の面に外層１１１が位置し、内側の面に外層１１１の無い内層１１０の面が位置するように放射線遮蔽複合材１００ａを配設する。

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、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。

１００，１００ａ……放射線遮蔽複合材、１１０……内層、１１１……外層。

Claims (6)

1. 鉛又はタングステンの少なくとも一方を含有するステンレス鋼合金からなる内層と、
   前記内層の少なくとも一方の面に形成されたステンレス鋼からなる外層とを具備し、
   板状に構成された
   ことを特徴とする放射線遮蔽複合材。
2. 請求項１記載の放射線遮蔽複合材であって、
   前記内層は、鉛を含有するステンレス鋼合金からなることを特徴とする放射線遮蔽複合材。
3. 請求項２記載の放射線遮蔽複合材であって、
   前記内層の、鉛を含有するステンレス鋼合金の比重は、１０ｇ／ｃｍ^３以上であることを特徴とする放射線遮蔽複合材。
4. 請求項１乃至３いずれか１項記載の放射線遮蔽複合材であって、
   前記内層のステンレス鋼合金を構成するステンレス鋼、及び前記外層を構成するステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼のいずれかであることを特徴とする放射線遮蔽複合材。
5. 請求項１乃至４記載の放射線遮蔽複合材の製造方法であって、
   前記内層を構成するステンレス鋼合金は、
   ステンレス鋼の粉末と、鉛又はタングステンの少なくとも一方の粉末とを混合して混合粉末を得る工程と、
   前記混合粉末を板状に成形して成形体を得る工程と、
   前記成形体を加圧焼結して仮焼結体を得る工程と、
   を用いて製造することを特徴とする放射線遮蔽複合材の製造方法。
6. 請求項５記載の放射線遮蔽複合材の製造方法であって、
   前記混合粉末は、ステンレス鋼の粉末と、鉛又はタングステンの少なくとも一方の粉末とをメカニカルアロイング法により混合することによって得ることを特徴とする放射線遮蔽複合材の製造方法。

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