JP5632873B2

JP5632873B2 - 複合金属板及び放射線遮蔽容器

Info

Publication number: JP5632873B2
Application number: JP2012086430A
Authority: JP
Inventors: 寛敏吉田; 和幸田原
Original assignee: SHINEI METALTEC CO., LTD.
Current assignee: SHINEI METALTEC CO., LTD.
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2032-04-05
Also published as: JP2013215922A

Description

本発明は、放射線遮蔽性能を備えた複合金属板及び放射線遮蔽容器に関する。

従来、放射線を遮蔽するための樹脂タングステン複合材料が特許文献１により知られている。この特許文献１記載の樹脂タングステン複合材料は、熱可塑性エラストマー樹脂にタングステン粉末が混合されたものである。この樹脂タングステン複合材料は、シート状に形成されている。

特開２００７−２７１５３９号公報

ところで、昨今、原子力発電所の事故に端を発する放射能汚染が問題になっている。この放射能汚染により発生した放射性廃棄物の放射線量は、時間の経過と共に減少してゆき、半減期に半分に減少する。放射性廃棄物には、放射性セシウム１３７や放射性ストロンチウムが多く含まれている。この放射性セシウム１３７の半減期はおよそ３０年であり、放射性ストロンチウムの半減期はおよそ２８年である。

このように、放射性廃棄物の放射線量を廃棄できる状態にまで減らすためには、放射性廃棄物を長期間に亘って保管・管理しなくてはならない。

そこで本発明者は、この放射性廃棄物を長期間に亘って保管・管理するために、上記のように、タングステン粉末を含む樹脂タングステン複合材料を保管に用いることを考えた。

しかしながら、熱可塑性エラストマーを主体とする上記樹脂タングステン複合材料は、径時的な劣化に弱く、長期間に亘る保管には適していない。このため、従来の樹脂タングステン複合材料では、半減期を迎えるまでに劣化してしまう可能性が高いという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、長期間に亘って放射線遮蔽性能を発揮でき、径時的な劣化にも強い複合金属板及び放射線遮蔽容器を提供することにある。

本発明の複合金属板は、タングステン粒子が混入されたタングステン樹脂シートの表裏両面に、金属板が積層一体化されていることを特徴とする。

またこの複合金属板において、金属板がステンレス鋼板であることが好ましい。

また本発明の放射線遮蔽容器は、上記複合金属板により形成されたことを特徴とする。

本発明の複合金属板及び放射線遮蔽容器によれば、長期間に亘って放射線遮蔽性能を発揮でき、径時的な劣化にも強い。

本実施形態の複合金属板の断面図である。本実施形態の複合金属板により形成された放射線遮蔽容器の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面に基づいて説明する。

本実施形態の複合金属板は、放射線遮蔽性能を備えた鋼板である。複合金属板は、タングステン樹脂シート３と、金属板４とを備えている。金属板４は、タングステン樹脂シート３の表裏両面に積層一体化されている。金属板４は、厚み方向に見て、第１層と第３層とを構成する。タングステン樹脂シート３は、厚み方向に見て、第２層を構成する。複合金属板は、三層一体構造となっている。

タングステン樹脂シート３は、タングステン粒子１が混入された樹脂２が、シート状に形成されたものである。タングステン粒子１の平均粒子径は、好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは２〜１００μｍ、さらに好ましくは３〜３０μｍである。

樹脂２は、熱可塑性樹脂が用いられる。詳しくは、熱可塑性エラストマーが用いられる。具体的には、スチレン系熱可塑性エラストマー樹脂、オレフィン系熱可塑性エラストマー樹脂、ポリアミド系熱可塑性エラストマー樹脂、ポリエステル系熱可塑性エラストマー樹脂、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー樹脂、ナイロン系熱可塑性エラストマー樹脂、塩ビ系熱可塑性エラストマー樹脂等が挙げられる。また樹脂２は、１，２−ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー樹脂、トランス１，４−ポリイソプレン系熱可塑性エラストマー樹脂、アイオノマー樹脂、エチレン酢酸ビニルコポリマー系熱可塑性エラストマー樹脂等を使用することも可能である。

タングステン樹脂シート３は、第１の工程と第２の工程とを経て成形される。第１の工程は、流動性樹脂内にタングステン粒子１を混入してタングステン混入樹脂材を形成する工程である。タングステン混入樹脂材は流動性を有する。第１の工程は、熱可塑性樹脂２を加熱しながらタングステン粒子１を混合する。第１の工程は、熱可塑性樹脂２を攪拌しながらタングステン粒子１を混入することが好ましい。これにより第１の工程は、タングステン混入樹脂材を形成する。

第２の工程は、タングステン混入樹脂材をシート状に成形する工程である。第２の工程は、タングステン混入樹脂材を温間成形し、これによりタングステン樹脂シート３を成形する。第２の工程は、タングステン樹脂シート３を、例えば、押出成形や、射出成形等の樹脂成形方法により成形する。

タングステン樹脂シート３の厚みは、１ｍｍ，２ｍｍ，３ｍｍ，４ｍｍ，５〜１０ｍｍを放射線量に応じて使い分けることが好ましい。また、タングステン樹脂シート３の比重は、１１以上が好ましいが、より好ましくは、１１．３〜１２．５、さらに好ましくは、１１．３〜１１．６である。なお、比重が大きいほど、放射線遮蔽能力が向上することが知られている。具体的に厚みと比重との関係として、（比重）×（厚み）≧４６となることが好ましい。これにより、複合鋼板を通過したγ線セシウム１３７等の放射線量を、通過前に比べて約１／１０以下とすることができる。

金属板４は、タングステン樹脂シート３に積層一体化されている。より詳しくは、金属板４は、タングステン樹脂シート３の表裏両面に積層一体化されている。金属板４は、タングステン樹脂シート３に、接着層を介して接着され、これにより積層一体化されている。具体的に金属板４は、ステンレス鋼板４０が好ましいが、他の金属板４であってもよい。本実施形態のステンレス鋼板４０には、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等のオーステナイト系のステンレス鋼が用いられる。

金属板４の厚みは、２ｍｍ以上が好ましい。これにより、複合金属板の剛性及び耐食性を高く保持することができる。また、金属板４の厚みは、２ｍｍ以上３ｍｍ以下が、より好ましい。これにより、コストや加工性を考慮しつつ、剛性や耐食性を高く保持することができる。

金属板４の表面には、鏡面加工やヘアライン加工などの表面仕上げを施してもよい。

このような構成の複合金属板は、タングステン樹脂シート３と金属板４とが積層一体化されているため、タングステン樹脂シート３の剛性が小さくても、複合金属板として剛性を高くすることができる。また、タングステン樹脂シート３の表裏面が、金属板４に覆われて露出せず、外観を金属面で構成できるため、見栄えをよくすることができる。

また本実施形態の複合金属板は、金属板４がステンレス鋼板４０により構成されているため、耐食性や剛性や意匠性に優れた複合金属板とすることができる。特に、本実施形態の複合金属板は、ステンレス鋼板４０が径時的劣化に強いため、長期間に亘った放射性廃棄物の保管に適した材料として用いることができる。

また本実施形態の複合金属板は、タングステン樹脂シート３の比重が、鉛と同程度又はそれ以上となっているため、放射線遮蔽性能につき、タングステン樹脂シート３の遮蔽性に加えて、金属板４による遮蔽性も寄与させることができる。つまり、本実施形態の複合金属板によれば、少なくとも鉛と同等以上の放射線遮蔽性能を発揮することができる。

このような複合金属板を用いて、放射性廃棄物を長期間に亘って収容できる放射線遮蔽容器５を製造する。以下、説明する。

本実施形態の放射線遮蔽容器５は、図２に示されるように、収容部６と、蓋部７とを備えている。収容部６は、上方が開口した有底箱形状に形成され、放射性廃棄物を内部に収容できるようになっている。収容部６は、上記複合金属板により形成されている。

蓋部７は、収容部６の開口に開閉自在に取り付けられる。蓋部７は、閉塞部７１と、延設部７２とを備えている。閉塞部７１は収容部６の開口を覆う。延設部７２は、閉塞部７１の外縁から当該閉塞部７１に直角な方向に向けて延設されている。延設部７２は、閉塞部７１の外縁全周に亘って設けられている。延設部７２は、収容部６の側面に沿って形成されている。蓋部７は、上記複合金属板により形成されている。

このように本実施形態の放射線遮蔽容器５は、複合金属板により形成されている。この複合金属板はタングステン樹脂シート３の表裏両面に金属板４が積層一体化された構造である。このため、タングステン樹脂シート３の剛性が小さいものであったとしても、金属板４の剛性により形状を保持できる。このように本実施形態の複合金属板を用いれば、放射線遮蔽容器５を簡単に形成することができる。

しかも本実施形態の複合金属板により形成された放射線遮蔽容器５は、タングステン樹脂シート３が放射性廃棄物（収容物）に直接接触しない。また、タングステン樹脂シート３が外側に露出しない。このように本実施形態の複合金属板は、径時的な劣化に弱いタングステン樹脂シート３が金属板４により覆われているため、径時的な強度を向上させることができる。

特に放射性廃棄物には、放射性セシウム１３７や放射性ストロンチウムが多く含まれている。この放射性セシウム１３７や放射性ストロンチウムは、半減期を経るまでに長い期間が必要である（放射性セシウム１３７はおよそ３０年、放射性ストロンチウムはおよそ２８年）。これに対し、本実施形態の放射線遮蔽容器５は、複合金属板の金属板４として、ステンレス鋼板４０が用いられているため、剛性を高く保つことができるだけでなく、耐食性を長期に亘って高く保つことができる。したがって、本実施形態の放射線遮蔽容器５によれば、放射線を効果的に遮蔽しながら、放射性廃棄物を長期に亘って保管・管理することができる。

本実施形態の放射線遮蔽容器５は、タングステン樹脂シート３の層と、金属板４の層との多層構造になっている。タングステン樹脂シート３は、タングステン粒子を樹脂に混合したものである。このため、要求される放射線遮蔽能力に応じて、比重を変えることができ、放射線遮蔽能力も容易に設定することができる。したがって、タングステン鋼をそのまま用いるよりも、低コストで放射線遮蔽容器５を製造することができる。

特に、タングステン鋼は、いわゆるレアメタルであるため、タングステン鋼で形成された放射線遮蔽容器５では、大量に製造することが困難である。これに対し、本実施形態の放射線遮蔽容器５によれば、大型の容器とすることができる上に、大量生産することも可能である。したがって、本実施形態の放射線遮蔽容器５によれば、大型の放射線遮蔽容器を多くの場所に設置することもできる。この結果、例えば、原子力発電所の事故に起因して発生した大量の放射性廃棄物の保管を、効果的に行なうことができる。

なお、本実施形態の放射線遮蔽容器５は、持ち運びが容易な小型の容器であったが、本発明の放射線遮蔽容器５は、コンテナのような大型の放射線遮蔽容器５とすることも可能である。また、放射線遮蔽容器５に車輪等を取り付けて、運搬用の放射線遮蔽容器５としてもよい。また、放射線遮蔽容器５にアイボルト等を取り付けて、クレーンにより吊り下げ可能に構成されていてもよい。トラックの荷台等に用いて、放射性廃棄物を輸送するための放射線遮蔽容器としてもよい。また、本発明の放射線遮蔽容器５は、耐食性に優れるため、地中に埋めることを目的とした放射線遮蔽容器５としても、好適に用いることができる。

また、既存のコンテナの内面の全面に、本実施形態の複合金属板を貼着し、放射線遮蔽容器５を形成してもよい。さらに、金属板で形成した容器の内面に、タングステン樹脂シートを積層して、本実施形態のような放射線遮蔽容器５を製造してもよい。

以下、実験例を示す。

［実験１］
実施例１〜５として、複合金属板を使用した。タングステン樹脂シートとして、スチレン系熱可塑性エラストマーにタングステン粒子を混入してシート状に形成したものを用いた。金属板として、ステンレス鋼板（SUS304）を用いた。複合金属板として、このタングステン樹脂シートの表裏両面に、ステンレス鋼板を接着剤を用いて積層した。なお、以下、タングステン樹脂シートに対し、容器外側のステンレス鋼板を外側ステンレス鋼板と言い、容器内側のステンレス鋼板を内側ステンレス鋼板と言う。この複合金属板を１３０ｍｍ×１３０ｍｍの正方形状にカットして使用した。

（実施例１）
実施例１の複合金属板は、タングステン樹脂シートとして、比重１１．５〜１１．６、厚さ３ｍｍのものを使用した。外側ステンレス鋼板として、厚さ２ｍｍのものを使用した。内側ステンレス鋼板として、厚さ２ｍｍのものを使用した。複合金属板全体としては厚さ７ｍｍであった。

（実施例２）
実施例２の複合金属板は、タングステン樹脂シートとして、比重１１．５〜１１．６、厚さ３ｍｍのものを使用した。外側ステンレス鋼板として、厚さ３ｍｍのものを使用した。内側ステンレス鋼板として、厚さ２ｍｍのものを使用した。複合金属板全体としては厚さ８ｍｍであった。

（実施例３）
実施例３の複合金属板は、タングステン樹脂シートとして、比重１１．５〜１１．６、厚さ６ｍｍのものを使用した。外側ステンレス鋼板として、厚さ２ｍｍのものを使用した。内側ステンレス鋼板として、厚さ２ｍｍのものを使用した。複合金属板全体としては厚さ１０ｍｍであった。

（実施例４）
実施例４の複合金属板は、タングステン樹脂シートとして、比重１１．５〜１１．６、厚さ６ｍｍのものを使用した。外側ステンレス鋼板として、厚さ３ｍｍのものを使用した。内側ステンレス鋼板として、厚さ３ｍｍのものを使用した。複合金属板全体としては厚さ１２ｍｍであった。

（実施例５）
実施例５の複合金属板は、タングステン樹脂シートとして、比重１１．５〜１１．６、厚さ６ｍｍのものを使用した。外側ステンレス鋼板として、厚さ５ｍｍのものを使用した。内側ステンレス鋼板として、厚さ５ｍｍのものを使用した。複合金属板全体としては厚さ１５ｍｍであった。

（実験方法）
放射線源から放射される放射線量を放射線測定装置を用いて測定した。放射線測定装置の放射線測定部を、実施例１〜５の各複合金属板で覆い、複合金属板を通過する放射線量を測定した。放射線測定装置として、電離箱式サーベイメータ ICS-331B（日立アロカメディカル株式会社製）を使用した。

放射線測定装置と放射線源との間の距離を変えて、複数の場合について測定した。また、放射線源として、コバルト６０と、セシウム１３４とを使用し、それぞれの場合について測定した。

以下、その実験結果を表１，２に示す。表１は、測定した放射線量を示している。表２は測定した放射線量の、遮蔽なしの場合に比べた低減率を示している。

上記結果から、複合金属板の厚さが大きいほど、放射線遮蔽能力が高いことが分かった。また、タングステン樹脂シートの厚さが同じであっても、金属板が厚いほど放射線遮蔽能力が高いことが分かった。

［実験２］
次に、本実施形態の複合金属板を用いて放射線遮蔽容器を形成した。放射線遮蔽容器として、底面が２５０ｍｍ×２５０ｍｍの正方形状、高さが３００ｍｍの上方が開口した有底直方体形状の収容部と、これを覆う蓋部とを備えたものを使用した。

複合金属板には、タングステン樹脂シートの表裏両面にステンレス鋼板を接着剤で接着したものを使用した。タングステン樹脂シートとして、比重１１．５〜１１．６、厚さ３ｍｍのものを使用した。外側ステンレス鋼板として、厚さ２ｍｍのものを使用した。内側ステンレス鋼板として、厚さ２ｍｍのものを使用した。

（実験方法）
放射線源を放射線遮蔽容器に収容し、放射線遮蔽容器の外側から放射線測定装置を用いて放射線量を測定した。放射線測定装置は、放射線遮蔽容器に対し、前方から測定（Ａ方向）、前後方向に直角な横方向から測定（Ｂ方向）、上方から測定（Ｃ方向）の３点から測定した。各方向において、放射線遮蔽容器と放射線測定装置との間の距離を変えて、それぞれの場合について測定した。放射線測定装置として、シンチレーションサーベイメータ TCS-171B（日立アロカメディカル株式会社製）を使用した。

放射線源として、福島県における原子力発電所の事故後の地域（原子力発電所から半径約２０km範囲内の警戒区域）の土と空気とを複数箇所において採取し、これらの組成を分析して平均値を採り、同等の組成の放射線源を再現したものを使用した。この放射線源は、８．５μSv/hであった。なお、この放射線源には、セシウム１３７、セシウム１３４、放射性ヨウ素、ストロンチウム等の様々な放射性核種が含まれていた。

以下、その実験結果を表３に示す。表３は、測定した放射線量を示している。表４は、測定した放射線量の低減率を示している。

上記結果から、放射線遮蔽容器に放射線源を収容した場合、どの方向に対しても、効果的に放射線を遮蔽できることがわかった。つまり、放射線遮蔽容器に放射性廃棄物を収容すれば、放射線を効果的に遮蔽した状態で、放射性廃棄物を収容しておくことができることがわかる。

また、実験２の放射線量の低減率は、実験１のものに比べて、より大きく遮蔽できているが、これは放射線源として、コバルト６０やセシウム１３７といった、純度の高い放射線源よりも、原子力発電所の事故により汚染されて生成された放射性廃棄物の放射線源のほうがエネルギーが弱いためであると考えられる。

つまり、本実施形態の放射線遮蔽容器に、原子力発電所の事故により生成された放射性廃棄物を収容すれば、放射線を効果的に遮蔽しながら、放射性廃棄物を保管・管理することができることがわかる。

１タングステン粒子
２樹脂
３タングステン樹脂シート
４金属板
４０ステンレス鋼板
５放射線遮蔽容器
６収容部
７蓋部
７１閉塞部
７２延設部

Claims

タングステン粒子が混入されたタングステン樹脂シートの表裏両面に、金属板が積層一体化されている
ことを特徴とする複合金属板。
前記金属板がステンレス鋼板である
ことを特徴とする請求項１記載の複合金属板。
請求項１又は請求項２に記載の複合金属板により形成された
ことを特徴とする放射線遮蔽容器。