JP3697559B2

JP3697559B2 - 放射線遮蔽用タングステン基合金材料

Info

Publication number: JP3697559B2
Application number: JP24842895A
Authority: JP
Inventors: 直義秋吉; 勝実幸田
Original assignee: Toho Kinzoku Co Ltd
Current assignee: Toho Kinzoku Co Ltd
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2015-08-31
Also published as: JPH0971828A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線医療機器、原子炉関連機器等に用いられる放射線遮蔽用材料の分野に属するもので、特に遮蔽効果にすぐれたタングステン基合金材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、患部に集中的に放射線を照射して治療を行う医療技術が発達し、これに使用する種々の医療機器が開発されている。この種の治療では、正常な細胞を放射線で損傷しないようにするため、患部以外の部分に放射線が照射されないよう遮蔽する必要がある。従来、このような機器の放射線遮蔽材料として、鉛が広く使用されてきた。しかしながら、近年、公害防止や環境衛生等の見地から、鉛の使用が困難となってきており、鉛に代わる放射線遮蔽材料の開発が行われるようになっている。
【０００３】
上記鉛に代わる放射線遮蔽材料として代表的なものは、タングステンを主成分とする高密度合金であり、例えば特開昭５３ー３５６１０号公報、特開平１ー１９５２４７号公報、特開平４ー１２４２０１号公報、特開平４ー３０８００３号公報、特開平４−３０８００７号公報等に開示されているものがある。これらの他に、純タングステンを使用することもできるが、タングステンは加工性が悪く、高価であるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のタングステン基合金材料は、燒結体であり、これらに含まれているタングステン粒子は丸みを帯びた粒体で、これらの粒体の隙間に鉄、ニッケル、銅等を含むバインダー層が充填されている状態のものであるから、放射線が遮蔽効果の低い上記バインダー層を通って散乱漏出することが多く、遮蔽効果が不十分であった。本発明は、この種のタングステン基合金材料の遮蔽効果を改良することを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような構成とした。すなわち、本発明にかかる放射線遮蔽用タングステン基合金材料は、タングステン８５重量％以上を主成分とし、残部がニッケルと鉄もしくは銅よりなる燒結体に圧延加工を施して、タングステン粒子とニッケルを含むバインダー層を扁平化すると共に、これら扁平な層が重なり合った層状構造を有する板状材料としたことを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の態様】
以下、具体例をあげつつ詳細に説明する。まず、本発明にかかるタングステン基合金材料の好ましい組成範囲（重量％）は、タングステンが８５％以上９７％以下であり、より好ましくは、８９〜９５％である。また、ニッケルの好ましい範囲は１．５〜１２．０％、鉄及び銅の好ましい範囲は０．６〜７．５％である。タングステンの量が少ないと、加工性が向上しコストも低下するが、期待した遮蔽効果が得られなくなる。逆にタングステンが多過ぎると、加工性が低下し、高価なものとなる。
【０００７】
ニッケルと鉄もしくはニッケルと銅は合金化してバインダー層を形成するもので、ニッケルの量が少な過ぎると燒結性が低下し、燒結温度が高くなるので好ましくない。また、ニッケルの量が多過ぎると、加工性と遮蔽効果が低下する。鉄及び銅はバインダー層の形成に必要なものであり、少な過ぎると良好なバインダー層が得られなくなり、多過ぎると遮蔽効果が低下する。
【０００８】
このタングステン基合金材料は、粉末冶金法によって製造される。まず、原料粉末すなわちタングステン粉末、ニッケル粉末、鉄粉末又は銅粉末を所定の配合比で配合し、混合する。得られた合金粉を所定の形状に加圧成形し、燒結する。この燒結は、例えば水素雰囲気中で液相の出る温度（１３８０〜１４８０℃）で行う。燒結時間は、１〜２時間程度である。
【０００９】
得られた燒結体は、塑性加工を行い、タングステン層とバインダー層を扁平化する。塑性加工温度（予熱温度）は、液相の現れる温度（１４００〜１４７０℃）の８５〜９０％（１１７５〜１３２０℃程度）とするのが好ましい。また、加工率は、１パス当たり５〜２０％とし、これを所望の厚さになるまで繰り返す。塑性加工の前に、予め真空脱ガス処理を行って圧延性を改良しておくのが好ましい。
【００１０】
このようにして得られるタングステン基合金材料は、断面の顕微鏡組織がファイバー状の板状材料となる。すなわち、結晶構造が、薄いタングステン層と薄いバインダー層とが複雑に重なり合った層状構造となっており、板状材料の表裏方向に照射される放射線は、比重の大きいタングステン層によって遮蔽され、殆ど通過しない。
【００１１】
【実施例】
タングステン、ニッケル、鉄の原料粉を重量比で９３Ｗー４．９Ｎｉー２．１Ｆｅとなるように配合したのち、公知の方法で混合、成形した。この成形体を水素雰囲気中で１４７０℃で１．５時間燒結し、寸法６．０ｔｘ３５ｗｘ１５０Ｌ（ｍｍ）の角型燒結体を得た。
【００１２】
この燒結体を真空中で１１００℃で５時間保持し、真空脱ガス処理を行った。しかるのち、圧延加工を行い、タングステン粒子を扁平化した。圧延加工の加熱温度（ワ−クの予熱温度）は１３００℃であり、１パス当たりの加工率は５〜１０％とした。また、ト−タルの加工率は約６０％であった。
【００１３】
図はタングステン基合金材料の金属組織をあらわすもので、図１は塑性（圧延）加工を施す前の燒結体の断面組織である。同図において、球状の粒子はタングステン粒子であり、その隙間をバインダー層が埋めているのがわかる。この組織のままでは、放射線がタングステン粒子の隙間のバインダー層を通って散乱し、透過するので、遮蔽効果は低い。
【００１４】
図２〜４は上記燒結体を塑性加工（加工率６０％）した後の組織を示す。図２は塑性加工後の表面組織をあらわすもので、タングステン粒子が扁平化していることがわかる。また、図３と図４は互いに直交する断面の組織を示すもので、扁平化したタングステンとバインダー層が複雑に重なり合った層状構造となっていることがわかる。各層の細長比（短径と長径の比）は１：７〜１：８程度に達しており、十分な扁平化が行われていることを示す。この構造では、表裏方向に照射された放射線は重なり合った多数のタングステン層によって阻まれるので、殆ど透過しない。
【００１５】
上記のようにして製造した板状のタングステン基合金材料を用いて実際に放射線遮蔽効果を調べたところ、従来の鉛のほぼ２倍、純タングステンとほぼ同程度の均質な遮蔽効果が得られた。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかるタングステン基合金材料は、タングステン粒子をニッケルと鉄又はニッケルと銅からなるバインダー層中に分散させたものでありながら、タングステン層とバインダー層とが扁平化して複雑に重なり合った層状構造となっているので、放射線の遮蔽効果がきわめて高いものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】燒結体の金属組織写真である。
【図２】圧延後の表面をあらわす金属組織写真である。
【図３】圧延後の表面と直角な断面をあらわす金属組織写真である。
【図４】圧延後の図３と直角な断面をあらわす金属組織写真である。

Claims

タングステン８５重量％以上を主成分とし、残部がニッケルと鉄もしくは銅よりなる燒結体に圧延加工を施して、タングステン粒子とニッケルを含むバインダー層を扁平化すると共に、これら扁平な層が重なり合った層状構造を有する板状材料としたことを特徴とする放射線遮蔽用タングステン基合金材料。