JP2019178967A - 中性子遮蔽材及び使用済燃料集合体貯蔵容器 - Google Patents
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本実施形態に係る中性子遮蔽材は、エポキシ樹脂を主成分の一つとするエポキシ樹脂製の中性子遮蔽材である。本実施形態に係る中性子遮蔽材は、樹脂マトリックスを形成するエポキシ樹脂中に、難燃剤、中性子吸収材等が任意に配合され、適宜の形状に成形されて用いられる。この中性子遮蔽材は、中性子を遮蔽する各種の用途に用い得るが、特に、150℃ないし200℃以上の高温が継続する可能性がある用途、例えば、乾式キャスクの部材として好適に用いられる。
主剤としては、分子内にエポキシ基を二つ以上含むエポキシ化合物を少なくとも一つの成分として用いる。主剤としては、エポキシ化合物のみを用いてもよいし、エポキシ化合物とその他の化合物とを併用してもよい。エポキシ樹脂は、常温付近で流動性を有し、常温硬化が可能であるため、中性子遮蔽材を配置すべき空間への充填性に優れている。そのため、中性子遮蔽材をキャスク等の用途に適用するとき、空間が狭隘な箇所や複雑形状の箇所を有している場合にも、充填率が高く、良好な中性子遮蔽性能を示す硬化物を形成することができる。
硬化剤ないし硬化促進剤としては、エポキシ化合物のエポキシ基を開環重合させる化合物を用いる。硬化剤としては、フェノール樹脂のみを用いてもよいし、フェノール樹脂とその他の化合物とを併用してもよい。その他の硬化剤ないし硬化促進剤としては、それ自体が付加反応、縮合反応等によって架橋を形成する化合物を用いてもよいし、塩基性触媒や酸性触媒として作用する化合物を用いてもよい。
難燃剤としては、エポキシ樹脂の機械的特性等を損なわず、化学的に安定である限り、適宜の種類を用いることができる。但し、加熱硬化を行う場合は、加熱温度において安定な化合物を用いることが好ましい。具体的には、150℃以上で作用を示す化合物が好ましく、200℃以上で作用を示す化合物がより好ましい。難燃剤としては、一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。難燃剤は、中性子遮蔽材の用途、使用条件、使用環境等によっては、配合しなくてもよい。
中性子吸収材としては、エポキシ樹脂の機械的特性等を損なわず、化学的に安定である限り、中性子の吸収断面積が大きい適宜の物質を用いることができる。中性子吸収材としては、一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。中性子吸収材は、中性子遮蔽材の用途、使用条件、使用環境等によっては、配合しなくてもよい。
中性子遮蔽材は、エポキシ化合物を少なくとも一つの成分として含む主剤と、エポキシ化合物のエポキシ基を開環重合させる硬化剤と、任意に添加される硬化促進剤と、を含んで組成される樹脂組成物を、エポキシ基を介した重合反応で硬化させて得ることができる。硬化剤として、フェノール樹脂を用いることにより、ガラス転移温度が高い硬化物が得られる。
図1に示すように、キャスク1は、内筒(内側容器)2と、内筒(内側容器)2の外側に設置された外筒(外側容器)3と、内筒(内側容器)2内に設置されており、使用済燃料集合体を収納するためのバスケット5と、内筒(内側容器)2を囲む中性子遮蔽材6と、を備えている。なお、図1においては、略円柱形状を呈するキャスク1の一部を切り欠いて、その内部構造及び断面構造を示している。
重量減少率(%)=(X0−Xt)/X0×100・・・(1)
図2及び図3に示すように、硬化剤として酸無水物を用いた場合(グラフ右参照)と比較して、硬化剤としてフェノールノボラックを用いた場合(グラフ左参照)は、150℃、160℃及び170℃のいずれの加熱においても、重量減少率が大きく減少し、ガラス転移温度は顕著に上昇した。また、エポキシ樹脂を常温硬化させた場合(グラフ中央参照)と比較して、エポキシ樹脂を加熱硬化させた場合(グラフ左参照)は、重量減少率が減少すると共に、ガラス転移温度が上昇した。表2に示したように、各種のフェノール樹脂を配合したエポキシ樹脂は、いずれも、150℃前後の高いガラス転移温度を示しており、硬化剤としてフェノール樹脂を用いると、エポキシ樹脂の耐熱性が高くなり、加熱硬化するほど、耐熱性が大きく向上することが確認された。
2 内筒(内側容器)
3 外筒(外側容器)
4 伝熱フィン
5 バスケット
6 中性子遮蔽材
7 一次蓋
8 二次蓋
9 トラニオン
Claims (9)
- エポキシ樹脂を主成分の一つとする中性子遮蔽材であって、前記エポキシ樹脂は、分子内にエポキシ基を二つ以上含む化合物を少なくとも一つの成分として含む主剤と、前記エポキシ基を開環重合させる硬化剤と、を含む樹脂組成物の硬化物で構成され、前記硬化剤が、フェノール樹脂である中性子遮蔽材。
- 前記主剤が、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、及び、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテルのうちの一以上を含む請求項1に記載の中性子遮蔽材。
- 前記フェノール樹脂が、フェノールノボラック、キシリレンノボラック、ビスフェノールAノボラック、トリフェニルメタンノボラック、ビフェニルノボラック、ジシクロペンタジエンノボラック、及び、テルペンフェノールノボラックのうちの一以上である請求項1に記載の中性子遮蔽材。
- 前記エポキシ樹脂が、前記エポキシ基を介した重合を促進する硬化促進剤を含み、
前記硬化促進剤が、イミダゾール類、イミダゾール塩、ホスフィン類、ホスホニウム塩、三級アミン、及び、三級アミン塩のうちの一以上である請求項1に記載の中性子遮蔽材。 - 前記主剤が、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、及び、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテルのうちの一以上を含み、
更に、ビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノール樹脂型エポキシ化合物、フェノール樹脂型エポキシ樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ化合物、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ化合物、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ化合物、及び、グリシジルアミン型エポキシ樹脂のうちの一以上を含む請求項1に記載の中性子遮蔽材。 - 前記主剤が、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、及び、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテルのうちの一以上を含み、
分子内にエポキシ基を三つ以上含む多官能エポキシ化合物、及び、前記エポキシ化合物を重合させて得られる多官能エポキシ樹脂のうちの一以上を含む請求項1に記載の中性子遮蔽材。 - 前記樹脂組成物が、難燃剤を含み、
前記難燃剤が、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、ポリリン酸アンモニウム、無機リン酸化合物、リン酸エステル、ヘキサブロモベンゼン、及び、テトラブロモビスフェノールAのうちの一以上である請求項1に記載の中性子遮蔽材。 - 前記樹脂組成物が、中性子吸収材を含み、
前記中性子吸収材が、炭化ホウ素、及び、窒化ホウ素のうちの一以上である請求項1に記載の中性子遮蔽材。 - 内側容器と、前記内側容器の外側に設置された外側容器と、前記内側容器内に設置されており、使用済燃料集合体を収納するためのバスケットと、前記内側容器を囲む中性子遮蔽材と、を備え、
前記中性子遮蔽材は、エポキシ樹脂を主成分の一つとする中性子遮蔽材であって、前記エポキシ樹脂は、分子内にエポキシ基を二つ以上含む化合物を少なくとも一つの成分として含む主剤と、前記エポキシ基を開環重合させる硬化剤と、を含む樹脂組成物の硬化物で構成され、前記硬化剤が、フェノール樹脂である使用済燃料集合体貯蔵容器。
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