JP6080562B2

JP6080562B2 - 放射線遮蔽積層材

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Publication number: JP6080562B2
Application number: JP2013007908A
Authority: JP
Inventors: 克彦高海; 弘明駒田; 安廣北本; 新一郎籾井
Original assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION YAMAGUCHI UNIVERSITY
Current assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION YAMAGUCHI UNIVERSITY
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2033-01-18
Also published as: JP2014137361A

Description

本発明は、放射性遮蔽積層材に関し、より詳細には、原子力発電所、高エネルギー放射線を扱う研究施設等の放射線発生設備や放射線廃棄物の運搬、保管、貯蔵のために用いられる容器、保管・貯蔵設備においてプレキャスト積層材として用いられる放射線遮蔽積層材に関する。

原子力発電所の原子炉及び関連設備、高エネルギー放射線を扱う研究施設等の放射線発生設備や放射線廃棄物の運搬、保管、貯蔵のために用いられる容器、保管・貯蔵設備において放射線遮蔽材が用いられ、そのうちでもセメントモルタル、コンクリートを基本とした放射線遮蔽材が多く用いられる。

放射線遮蔽材としての、セメントモルタル、コンクリートに関しては、一般的建築物、構造物用のものとは異なって、放射線遮蔽能力を高めたものとすることが必要であり、一方でコンクリート使用量を過大にしないようにすることも要求され、そのようなことから放射線関連設備用に適合するセメントモルタル、コンクリートの構成に関する技術開発がなされている。

さらに、原子力発電所の大規模な事故により放射性物質が飛散したことから、放射線の遮蔽、放射性物質の保管についての要請が高まっている。原子力発電設備、放射線廃棄物の運搬・貯蔵のような設備に限らず、放射線で汚染された土壌の保管・移動ということが必要になり、これに用いられる容器、設備としても放射線遮蔽能力を有することが求められるが、そのような意味で要求される放射線遮蔽の性能を有する遮蔽材としてどのようなものを用いるかということに関しては未だ的確な方策がとられていないと言える。

放射線遮蔽材として用いられるコンクリート関連の技術として、以下の文献に開示されているようなものがある。特許文献１には、中性子遮蔽を必要とする施設等に用いられる粗骨材として、かんらん岩採石、細骨材としてかんらん岩砕砂及び灰ホウ石を含む中性子遮蔽用コンクリートについて記載され、特許文献２には、ケイ酸カルシウム、酸化マグネシウム及びリン酸塩を含むセメントまたはコンクリートとするための放射線遮蔽構造物用組成物について記載されている。また、特許文献３には、放射線遮蔽材としてのコンクリートに使用される骨材として陰極線管のリサイクルガラスを含むガラスによるガラス球骨材を用いるものについて記載されている。

非特許文献１には、廃ブラウン管ガラスカレットを細・粗骨材として用いたコンクリートとすることにより放射線遮蔽性能を向上させることについて記載されており、非特許文献２は、開発された２例のブラウン管ガラスカレットを混入したコンクリートにより有効な放射線遮蔽能力が得られることを紹介している。

これら従来技術によるセメントモルタル、コンクリートによる放射線遮蔽材は、放射線を効果的に遮蔽するための技術的改善はなされているが、放射線遮蔽能力を保持しつつ放射線遮蔽材を軽量にし、可搬性を高め扱いを容易にする面においては有効な手だてがなされていない。

特開２００８−３９４５３号公報特開２０１２−５０４７７３号公報特開２００８−３０９７３５号公報

黒田正信他「ブラウン管破砕カレットを用いた放射線遮蔽コンクリートの検討」（土木学会第６７回年次学術講演会、平成２４年９月、第８３−８４頁）独立行政法人物質・材料研究機構「ブラウン管破砕カレットを利用した放射線遮蔽材開発、実用化へ前進」、［online］、平成２４年３月１２日、独立行政法人物質・材料研究機構、［平成２４年１２月４日検索］、インターネット、（URL:http://www.nims.go.jp/news/press/2012/03/p201203120.html）

原子力発電所、高エネルギー放射線を扱う研究施設等の放射線発生施設や放射線廃棄物の運搬・保管のための容器の外殻、保管・貯蔵設備においては、放射線遮蔽材を用いて容器、施設、設備における遮蔽構造を構成する必要があるが、従来開発利用されているコンクリート等の放射線遮蔽材は密度が高く、肉厚が大きいため、重量が大きい構造となっており、可搬性に関する難点があった。このようなことから、放射線遮材として、放射線を良好に遮蔽する性能、可搬性、扱いの容易性を備える放射線遮蔽材とすることが求められていた。

本発明は、前述した課題を解決すべくなしたものであり、本発明による放射線遮蔽積層材は、セメント、細骨材、ガラスカレットを含有して形成されたセメントモルタル版またはさらに粗骨材を含むコンクリート版の同形のものを２枚と、該２枚のセメントモルタル版またはコンクリート版の間に挟持され該セメントモルタル版と厚さ以外該セメントモルタル版またはコンクリート版と略同形のパラフィンの層とを一体化して構成し、前記パラフィンの層が前記２枚のセメントモルタル版またはコンクリート版の間に挟持され厚さ以外前記セメントモルタル版またはコンクリート版と略同形の密閉容器内に流動パラフィンを封入してなる層であることを特徴とする。

前記密閉容器内において前記流動パラフィンに加えてガラスカレットを混入したものとしてもよく、また、前記セメントモルタル版またはコンクリート版の細骨材におけるガラス置換率が３０〜６０％であるようにしてもよい。

本発明によれば、セメントモルタル版またはコンクリート版と封入した流動パラフィンとの積層構造による遮蔽材とすることにより、従来のセメントモルタル材ないしコンクリート材による放射線遮蔽材と同等の放射線遮蔽能力を有し、かつ、より肉厚が薄く軽量の放射線遮蔽材とすることができ、可搬性に優れ扱いが容易なものとすることができる。

本発明による放射線遮蔽積層材について、放射性透過試験に用いる供試体の形での放射線遮蔽積層材を断面図で示す図である。放射線透過試験により得られたデータによる供試体の厚さとγ線透過率との関係を示すグラフである。

以下、本発明による放射線遮蔽積層材の実施形態について説明する。図１は、本発明による放射線遮蔽積層材の構成を断面図で示し、放射線透過試験を行う際の供試体の形のものを表している。この放射線遮蔽積層材１は、２枚のセメントモルタル版２，３と、その間に挟持される密閉容器４内に封入された流動パラフィン５とを一体化して構成されている。一体化するには、接着剤による接着あるいはバインダによる固定等の手段が用いられる。

セメントモルタル版２，３はセメントと、廃ブラウン管ガラスカレットと、製鋼スラグとを混練して板状に成形された１対の同形のものであり、流動パラフィン５はアクリル製密閉容器４内に封入されたものである。流動パラフィン５は放射線を遮蔽する要素であり、セメントモルタル版２、３の間に挟持されて一体的な積層材を形成することから、流動パラフィン５の部分がアクリル製密閉容器４の図で左右方向から見てセメントモルタル版２、３の形状と同等になるようにしている。そのために、図１に示される供試体の形の放射線遮蔽材１ではアクリル製密閉容器４がその厚さ分だけセメントモルタル版２、３の部分より突出した形状になっている。

本発明の放射線遮蔽積層材は、図１に示される構造の２枚のセメントモルタル版とその間に挟持される密閉容器内に封入された流動パラフィンとを一体化したものを基本構成とするものであり、実際の放射線発生施設、放射線廃棄物の容器、保管・貯蔵設備等において適用するに際しては、所定の寸法として構成された放射線遮蔽積層材を多数用意し、それらを接合部材等により接合し組み合わせて、放射性発生部を包囲被覆する形態として構成する。また、その際に、図１のようにアクリル製密閉容器の部分が厚さ分だけ突出することなく、全体として直方体等の放射線遮蔽設備、容器等の要素とするための形状となるようにする。なお、流動パラフィンを封入する密閉容器としては、特にアクリルに限られることなく、他の樹脂等の材質を用いてもよい。

放射線遮蔽材の放射線遮蔽能力は、コンクリート板、セメントモルタル板等の場合に、それらの構成材質の成分比、板材の厚さに応じたものになる。本発明による放射線遮蔽積層材の場合、２枚のセメントモルタル版またはコンクリート版とその間に挟持される封入された流動パラフィンとを一体化した構成であることにより、各要素の放射線遮蔽能力を合わせたものになり、各要素の構成材質の成分比、厚さに応じたものになる。

〔放射線透過試験〕
放射線遮蔽材の放射線遮蔽能力を検査するために、本発明による放射線遮蔽積層材と、コンクリート単板による遮蔽材との供試体を作製し、放射線照射を行った時の透過線量を測定し、対比評価を行った結果について以下に説明する。
表１に、作製した供試体における成分要素の配合割合を示す。

供試体の寸法は縦横３００ｍｍ×３００ｍｍで、種々の厚さのものを作製した。供試体ａがコンクリート（清水建設作製）、供試体ｄはセメントモルタルの単板，ｇは同じセメントモルタル単板２枚でパラフィン層を挟持した本発明による積層材として用いたものである。

放射線透過試験は、それぞれ作製された供試体を供試架台上に垂直に設置し、供試体の背後の位置に透過線量測定器を配置し、前方側の供試体から離れた位置に放射線照射装置を配置し、放射線照射装置先端から透過線量までの距離が３３０ｍｍとなるように設定して、透過線量の測定を行った。放射線照射としては、γ線透過試験と、Ｘ線透過試験とを行っており、使用した放射線照射装置、照射時間は以下のようなものである。
Ｘ線照射：ラジオフレックス１００ＧＳ−Ｂ（リガク社製）
照射時間１２秒
γ線照射：東亜非破壊検査株式会社試験場における装置
照射時間９秒
照射時間については、実験中の散乱ができるだけ少なく、かつ測定値が安定するように設定している。

表２は、パラフィン層を含まない供試体（No.1〜18）について、γ線透過試験、Ｘ線透過試験を行った結果を示している。供試体の標記について、GL0、GL30、GL60はそれぞれガラス置換率が０％、３０％、６０％を表す。ガラス置換率は細骨材中に占める廃ブラウン管ガラスカレット成分の割合だある。saは細骨材が海砂、sgは細骨材が鉄鋼スラグの場合であり、その後の数値は供試体の厚さを表す。No.3’、No.4’はそれぞれNo.3、No.4の供試体の厚さの半分の板を２枚張り合わせたものである。

遮蔽体なしでは、透過線量は0.304mSv（γ線）、2.709mSv（Ｘ線）であった。
表２に示す放射線透過試験の結果から、次のことがわかる。
γ線透過試験、Ｘ線透過試験に関して
１）細骨材として製鋼スラグを用いたものの方が、海砂を用いたものより透過率が小さい。
２）供試体の厚さが大きくなるほど透過率は小さい。
３）ガラス置換率０％に対し、３０％の方が顕著に透過率が小さくなるが、ガラス置換率３０％に対し６０％ではそれほど変化しない。
このほか、Ｘ線透過試験に関して、厚さ１００ｍｍ、２００ｍｍのものではガラス置換率が大きいと透過率が小さくなるが、厚さ３０ｍｍのものではそれほど違いがない。

このことから、細骨材に製鋼スラグを使用した方が透過率は小さくなるが、質量は大きくなり、細骨材に関してはブラウン管ガラスによる置換率を３０〜６０％とするのがよく、効率の面からは３０％程度とするのが妥当であると考えられる。
表３は、パラフィン層を有する本発明による放射線遮蔽積層材（No.19〜30）について、γ線透過試験、Ｘ線透過試験を行った結果を示している。流動パラフィンの層は厚さ１０ｍｍの縦横３２０ｍｍ×３２０ｍｍで厚さ４０ｍｍ（内部厚さ２０ｍｍ）のアクリル製容器内に流動パラフィン、流動パラフィンにブラウン管ガラスカレットを混入したものを封入した形態とし、これを厚さ３０ｍｍのセメントモルタル板２枚の間に挟持し一体化して形成している。供試体の標記について、GL0、GL30、GL60は表１の場合と同様であり、流動パラフィンを表すPA-PL-20は流動パラフィンのみのもの、PA-Bg-20は流動パラフィンにガラスを混入したものを示している。

表３の実験結果から、
１）細骨材として製鋼スラグを用いたものの方が、海砂を用いたものより透過率が小さい。
２）供試体の厚さが大きくなるほど透過率は小さい。
３）ガラス置換率０％に対し、３０％の方が顕著に透過率は小さくなるが、ガラス置換率３０％に対し６０％ではそれほど変化しない。
ということでは、セメントモルタル単板の場合と同様であり、流動パラフィン層を有するものでは、流動パラフィンのみの場合にはセメントモルタルのみのものと比較して透過率に大きな差異は見られないが、流動パラフィンにブラウン管ガラスカレットを混入したものでは透過率が格段に小さくなることがわかる。このことから、流動パラフィン層を有す積層材に関しても、セメントモルタルにおけるガラス置換率を３０〜６０％とするのが放射線遮蔽の面から妥当であり、また、効率性の面からは３０％程度とするのが好適である。

図２のグラフは、放射線透過試験により得られたデータに基づき供試体の厚さとγ線透過率との関係を示したものである。供試体ａ，ｄ，ｇは表１に示される構成のものであり、同じ縦横寸法のもので、同じ厚さのものについて対比している。供試体ａ，ｇに関する式は重回帰分析を行って求められたものである。厚さ１０ｃｍの供試体に関してみると、モルタル単体板ｄの質量は２１．１ｋｇであり、パラフィン層を含む積層材ｇの質量は１８．４ｋｇであって、パラフィン層を含む積層材が１３％軽量となっている。

パラフィン層として、密閉容器内に流動パラフィンを封入してなる層としたものについて説明したが、固形状パラフィンの層としてもよい。すなわち、２枚のセメントモルタル板の間に、厚さ以外これと略同形の固形パラフィン層を挟持し一体化して構成してもよい。実際の収納容器、放射線設備の形成においては、固形パラフィン層を挟持した放射線遮蔽積層材の側辺に枠組みを取り付けたものとして、組み立てを行うことにより、構造物としての強度は維持される。

セメント、細骨材、ガラスカレットを含有して形成されたセメントモルタル版の同形のもの２枚の間にパラフィン層を挟持し一体化して構成した放射線遮蔽積層材の実施例について説明したが、本発明においては、パラフィン層を挟持し一体化した構成により放射線遮蔽能力に比し重量を小さくできるものであり、セメントモルタル版の代わりにさらに粗骨材を含有するコンクリート版の同形のもの２枚の間にパラフィン層を挟持し一体化して構成したものとしても、放射線遮蔽能力としては基本的に同等であり、重量を小さくする放射線遮蔽積層材とすることができる。

このように、放射線遮蔽材として同程度の放射線遮蔽能力を有するものとして、２枚のセメントモルタル板セメント、細骨材、ガラスカレットを含有して形成されたセメントモルタル版またはさらに粗骨材を含有するコンクリート版の間にパラフィン層を有する積層材の構成とすることにより、放射線遮蔽積層材として軽量のものとすることが可能になり、可搬性に優れ、扱いが容易な放射線遮蔽材とすることができる。

１放射線積層材
２セメントモルタル版
３セメントモルタル版
４密閉容器
５流動パラフィン

Claims

セメント、細骨材、ガラスカレットを含有して形成されたセメントモルタル版またはさらに粗骨材を含むコンクリート版の同形のものを２枚と、該２枚のセメントモルタル版またはコンクリート版の間に挟持され該セメントモルタル版と厚さ以外該セメントモルタル版またはコンクリート版と略同形のパラフィンの層とを一体化して構成し、前記パラフィンの層が前記２枚のセメントモルタル版またはコンクリート版の間に挟持され厚さ以外前記セメントモルタル版またはコンクリート版と略同形の密閉容器内に流動パラフィンを封入してなる層であることを特徴とする放射線遮蔽積層材。
前記密閉容器内において前記流動パラフィンに加えてガラスカレットを混入したことを特徴とする請求項１に記載の放射線遮蔽積層材。
前記セメントモルタル版またはコンクリート版の細骨材におけるガラス置換率が３０〜６０％であるようにしたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の放射線遮蔽積層材。