JP5285173B2 - 放射線防護服および宇宙服 - Google Patents
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Description
以下、本発明の実施の形態を添付の図により説明する。図1に本実施形態に係る放射線遮蔽素材の断面図を示す(なお、説明のため、放射線遮蔽素材の両端部は省略して示している)。放射線遮蔽素材1は、内皮層2と中皮層3と上皮層4とを有する3層構造によって形成されている。放射線遮蔽素材1は、上皮層4側から入射する放射線を遮断するように設計されている。上皮層4は中性子線を遮蔽し、中皮層3はガンマ線を遮蔽する。ガンマ線が物質に接触すると、光電効果およびコンプトン散乱により、散乱エックス線と電子線を発生させる。したがって、中皮層3によってガンマ線を遮蔽した際に生じる可能性のある散乱エックス線と電子線を、内皮層2によって遮蔽するように構成している。
第2の実施形態に係る放射線防護服を図3〜図5に示す。図3は放射線防護服10の正面図であり、図4及び図5は放射線防護服10の側面図及び背面図である。放射線防護服10は、着用者の頭部、上肢、体幹、下肢を覆う外皮部11と、外皮部11の上から頭部を保護するヘルメット12と、両手を保護するグローブ14と、両足先を保護するブーツ15を備えている。外皮部11とヘルメット12はジョイント部17によって接合し、外皮部11とグローブ14はジョイント部18によって接合し、外皮部11とブーツ15はジョイント部19によって接合する。また、着用者の膝及び肘に対応する部位には、膝当て20(図3参照)及び肘あて21(図5参照)を設けている。
第3の実施形態に係る宇宙服の断面図を図9に示す。宇宙服50は、着用者の全身を覆う宇宙環境保護部51と、宇宙環境保護部51の内側において着用者の全身を覆う放射線防護部52と、冷却下着53を備えている。宇宙環境保護部51は、断熱と耐宇宙線機能を有する多層構造からなり、宇宙環境から着用者を保護する。冷却下着53は、宇宙服の着用による異常な体温上昇を防止する。放射線防護部52は、第1の実施形態において前述した放射線遮蔽素材1によって形成され、中性子線、ガンマ線、散乱エックス線及び電子線等の放射線から着用者を保護する。着用者の両手及び両足先を保護するグローブ54及びブーツ55も、他の部分と同様に、宇宙環境保護部51と放射線防護部52とから構成されている。
前述した独自のガンマ線遮蔽材は、ビスマス及びチタンの少なくとも1種、ケイ素、並びにストロンチウムを必須元素として有する。例えば、ビスマス20〜50質量%、ケイ素3〜25質量%及びストロンチウム20〜50質量%を含有する。一例として、チタン20〜50質量%、ケイ素3〜25質量%及びストロンチウム20〜50質量%を含有する。酸化ビスマス、チタン及び酸化チタンの少なくとも1種、ケイ素酸化物、並びに炭酸ストロンチウムを焼成して得ても良い。上記ガンマ線遮蔽材の製造に際して、ビスマス化合物及びチタン化合物の少なくとも1種、ケイ素化合物、並びにストロンチウム化合物を混合し、焼成する焼成工程を備えても良い。一例として、この焼成工程は、上記化合物に加えて、さらにホウ酸を混合し、焼成する工程である。
(i)酸化ビスマス(Bi2O3)、チタン及び酸化チタンの少なくとも1種、
(ii)ケイ素酸化物、並びに
(iii)炭酸ストロンチウム(SrCO3)、
を混合し、焼結する工程を経ることにより製造することができる。
(1)酸化ビスマス30〜60質量%、好ましくは40〜50質量%
ケイ素酸化物5〜30質量%、好ましくは10〜20質量%、
炭酸ストロンチウム30〜60質量%、好ましくは40〜50質量%、
(2)チタン又は酸化チタン30〜60質量%、好ましくは40〜50質量%
ケイ素酸化物5〜30質量%、好ましくは10〜20質量%、
炭酸ストロンチウム30〜60質量%、好ましくは40〜50質量%、
等とすればよい。
焼結時間は、焼結温度に応じて適宜決定すればよいが、例えば、5分〜2時間、好ましくは10分〜1時間とすればよい。
SiO2(岩井化学薬品社製)12.58質量%、SrCO3(本荘ケミカル社製)42.42質量%、Bi2O3(岩井化学薬品社製)43.85質量%及びH3BO3(岩井化学薬品社製)1.15質量%をボールミル混合器に入れ、1時間混合した。次いで、電気炉に入れ、大気雰囲気で、900℃、2時間の条件で焼成した。焼成後、常温まで自然冷却し、ボールミル混合機にて平均粒子径が7μmになるまで粉砕した(図11参照)。これにより、実施例1のガンマ線遮蔽材を得た。
SiO2(岩井化学薬品社製)12.58質量%、SrCO3(本荘ケミカル社製)42.42質量%、Ti(トーホーテック社製)43.85質量%及びH3BO3(岩井化学薬品社製)1.15質量%をボールミル混合器に入れ、1時間混合した。次いで、プラズマ焼結機(SPSシンテック社製、製品名「SPS−1030」)にて、1000℃で、約30分焼結した。これにより、実施例2のガンマ線遮蔽材(ペレット状、厚み3mm)を得た。
鉛板(厚さ1mm、市販品)、アルミニウム板(厚さ3mm、市販品)をそれぞれ比較例1及び比較例2とした。
実施例1のガンマ線遮蔽材については、さらにプラズマ焼結によりペレット状(厚み3mm)に加工した。下記の条件にて、実施例及び比較例の試料にガンマ線を照射し、遮蔽率を測定した。この結果を表1に示す。
Current:200mA,Coll:3mmφ,DTCT:NaI6)
前述した独自の散乱エックス線及び電子線遮蔽材は、少なくともケイ素、ストロンチウム、マグネシウム、ユーロピウム及びジスプロシウムを必須元素として有する。例えば、ケイ素5〜30質量%、ストロンチウム30〜60質量%、マグネシウム1〜20質量%、ユーロピウム0.1〜5質量%、及びジスプロシウム0.1〜5質量%を含有する。一例として、少なくともケイ素酸化物、炭酸ストロンチウム、酸化マグネシウム、酸化ユーロピウム及び酸化ジスプロシウムを焼成して得られる。この場合、焼成後、さらにプラズマ焼結されて、少なくともケイ素酸化物、炭酸ストロンチウム、酸化マグネシウム、酸化ユーロピウム及び酸化ジスプロシウムを得てもよい。上記散乱エックス線及び電子線遮蔽材を製造する際には、例えば、ケイ素化合物、ストロンチウム化合物、マグネシウム化合物、ユーロピウム化合物及びジスプロシウム化合物を混合し、焼成する焼成工程を備える。前記焼成工程が、上記化合物に加えて、さらにホウ酸を混合し、焼成する工程であってもよい。さらに、プラズマ焼結する工程を備えてもよい。
ユーロピウム(Eu)の含有量は、好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは0.5〜3質量%である。ジスプロシウム(Dy)の含有量は、好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは0.5〜3質量%である。
ケイ素酸化物20〜60質量%、好ましくは30〜50質量%、
炭酸ストロンチウム20〜60質量%、好ましくは30〜50質量%、
酸化マグネシウ5〜40質量%、好ましくは10〜30質量%、
酸化ユーロピウム0.1〜5質量%、好ましくは0.2〜1質量%及び
酸化ジスプロシウム0.1〜5質量%、好ましくは0.2〜1質量%、
とすればよい。
焼結時間は、焼結温度に応じて適宜決定すればよいが、例えば、5分〜2時間、好ましくは10分〜1時間とすればよい。
SiO2(岩井化学薬品社製)40質量%、SrCO3(本荘ケミカル社製)38.2質量%、MgO(宇部マテリアルズ社製)20質量%、Eu2O3(ネオマグ社製)0.4質量%、Dy2O3(ネオマグ社製)0.4質量%及びH3BO3(岩井化学薬品社製)1質量%をボールミル混合器に入れ、1時間混合した。次いで、電気炉に入れ、大気雰囲気で、1300℃、2時間の条件で焼成した。焼成後、常温まで自然冷却し、ボールミル混合機にて平均粒子径が7μmになるまで粉砕した(図12参照)。これにより、実施例1の散乱エックス線及び電子線遮蔽材を得た。実施例1で得られた散乱エックス線及び電子線遮蔽材の画像を図13に示す。
実施例1で得られた散乱エックス線及び電子線遮蔽材をさらに、プラズマ焼結機(SPSシンテック社製、製品名「SPS−1030」)にて、1000℃で、約30分焼結した。焼結後、常温まで自然冷却し、実施例2の散乱エックス線及び電子線遮蔽材(ペレット状、厚み3mm)を得た。
鉛板(厚さ0.3mm、市販品)、アルミニウム板(厚さ3mm、市販品)をそれぞれ比較例1及び比較例2とした。
実施例1の散乱エックス線及び電子線遮蔽材は、さらにプレス機によりペレット状(厚み3.95mm)に加工した。透過法により、測定エネルギー50keVの条件で、実施例1〜2及び比較例1〜2の試料のエックス線の透過率を測定し、透過率から線吸収係数を計算した。なお、線吸収係数は、透過率の自然対数をとった値を、試料の厚み(cm)で除することにより計算される。得られた測定結果を表1に示す。
紫外可視分光光度計(UV2400PC、島津製作所製)により、実施例1の紫外線の透過率を測定した。その結果、250nm〜400nmの波長域においては、透過率が20%以下であった。
第4の実施形態に係る放射線防護服を図14〜図17に示す。図14は放射線防護服110の正面図であり、図15は放射線防護服110の右側面図である。図16は放射線防護服110の左側面図である。図17は放射線防護服110の背面図である。放射線防護服110は、第2の実施形態において前述した放射線防護服10と同一の構成を有するが、異なる構成について、説明する。放射線防護服110は、図14〜図17に示すように、着用者と前記内皮層との間にクッション材を設けている。クッション材140は、ウレタンまたはシリコンから形成されるものであって、着用者の肩、胸、腰、背を防護するものである。
2 内皮層
3 中皮層
4 上皮層
5 中空層
6 外層部
7 隔壁部
7a 連通孔
10 放射線防護服
11 外皮部
41 供給口
50 宇宙服
52 放射線防護部
61 水銀層
65 水銀保持層
67 供給口
110 放射線防護服
130 生命維持装置
131 第一のエアータンク
132 第二のエアータンク
133 電源部
134 呼吸循環エアー冷却装置
135 供給口
136 二酸化炭素吸収材
137 機器制御部
138 マイクロポンプユニット
138 給水用タンク
139 流動食用タンク
Claims (23)
- 散乱エックス線及び電子線を遮蔽する、少なくともケイ素、ストロンチウム及びマグネシウムを加えたシリコンゴムから形成される内皮層と、
前記内皮層に積層された、ガンマ線を遮蔽する、ビスマス及びチタンの少なくとも1種、ケイ素、並びにストロンチウムを少なくとも加えたシリコンゴムから形成されるものであって、前記内皮層側に、気体により構成される複数の中空層と、該中空層を仕切る隔壁部を備える波形状の中皮層と、
前記中皮層に積層された、中性子線を遮蔽する、少なくともホウ素を加えたシリコンゴムから形成される波形状の上皮層とを備える放射線遮蔽素材を用いて、
着用者の体表面を覆うように形成した放射線防護服。 - 前記中空層は、ガンマ線遮蔽材を含む物質が充填されたものであることを特徴とする請求項2記載の放射線防護服。
- 前記ガンマ線遮蔽材は、粒状、ペレット状、塊状、フィルム状、板状のいずれかの形状であることを特徴とする請求項2記載の放射線防護服。
- 前記ガンマ線遮蔽材は、水、有機溶剤、界面活性剤、樹脂バインダー、無機粒子、有機粒子のいずれかであることを特徴とする請求項2記載の放射線防護服。
- 前記隔壁部は、該隔壁部を介して隣り合う前記中空層内の充填物を連通させる連通孔を備えることを特徴とする請求項2から4記載いずれか1項記載の放射線防護服。
- 前記シリコンゴムと該シリコンゴムに加えられる物質との混合体積比は、40:60であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の放射線防護服。
- 前記シリコンゴムに加える物質の割合を変化させて、前記シリコンゴムの硬さを調整したことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の放射線防護服。
- 着用者の関節に対応する部位において、他の部位よりも前記中空層内の充填物を減らしたことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の放射線防護服。
- 前記内皮層の外表面に繊維布を貼付したことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項記載の放射線防護服。
- 着用者の体表面と前記内皮層との間に空気を供給する供給口を、前記内皮層の外表面に設けたことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項記載の放射線防護服。
- 着用者と前記内皮層との間にクッション材を設けたことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項記載の放射線防護服。
- 散乱エックス線及び電子線を遮蔽する、少なくともケイ素、ストロンチウム及びマグネシウムを加えたシリコンゴムから形成される内皮層と、
前記内皮層に積層された、ガンマ線を遮蔽する、ビスマス及びチタンの少なくとも1種、ケイ素、並びにストロンチウムを少なくとも加えたシリコンゴムから形成されるものであって、前記内皮層側に、気体により構成される複数の中空層と、該中空層を仕切る隔壁部を備える波形状の中皮層と、
前記中皮層に積層された、中性子線を遮蔽する、少なくともホウ素を加えたシリコンゴムから形成される波形状の上皮層とを備える放射線遮蔽素材を用いて、
着用者の体表面を覆うように形成した放射線防護部を備える宇宙服。 - 前記中皮層は、前記内皮層側に、気体により構成される複数の中空層と、該中空層を仕切る隔壁部を備えることを特徴とする請求項12記載の宇宙服。
- 前記中空層は、ガンマ線遮蔽材を含む物質が充填されたものであることを特徴とする請求項12又は13記載の宇宙服。
- 前記ガンマ線遮蔽材は、粒状、ペレット状、塊状、フィルム状、板状のいずれかの形状であることを特徴とする請求項14記載の宇宙服。
- 前記ガンマ線遮蔽材は、水、有機溶剤、界面活性剤、樹脂バインダー、無機粒子、有機粒子のいずれかであることを特徴とする請求項14記載の宇宙服。
- 前記隔壁部は、該隔壁部を介して隣り合う前記中空層内の充填物を連通させる連通孔を備えることを特徴とする請求項13記載の宇宙服。
- 前記シリコンゴムと該シリコンゴムに加えられる物質との混合体積比は、40:60であることを特徴とする請求項12〜17のいずれか1項記載の宇宙服。
- 前記シリコンゴムに加える物質の割合を変化させて、前記シリコンゴムの硬さを調整したことを特徴とする請求項12〜18のいずれか1項記載の宇宙服。
- 着用者の関節に対応する部位において、他の部位よりも前記中空層内の充填物を減らしたことを特徴とする請求項12〜19のいずれか1項記載の宇宙服。
- 前記内皮層の外表面に繊維布を貼付したことを特徴とする請求項12〜20のいずれか1項記載の宇宙服。
- 着用者の体表面と前記内皮層との間に空気を供給する供給口を、前記内皮層の外表面に設けたことを特徴とする請求項12〜21のいずれか1項記載の宇宙服。
- 着用者と前記内皮層との間にクッション材を設けたことを特徴とする請求項12〜22のいずれか1項記載の宇宙服。
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