JP7204133B2 - 放射線遮蔽材 - Google Patents
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Description
項1.
繊維状ナノカーボン材料と、第1の放射線遮蔽粒子と、バインダーとを含む複合体を備える放射線遮蔽材において、
前記繊維状ナノカーボン材料及び前記第1の放射線遮蔽粒子が前記バインダーに分散されてなる、放射線遮蔽材。
項2.
前記複合体の密度が0.8~3.0g/cm3である、項1に記載の放射線遮蔽材。
項3.
前記複合体は、前記第1の放射線遮蔽粒子の平均粒子径よりも小さい第2の放射線遮蔽粒子をさらに含み、該第2の放射線遮蔽粒子は、前記バインダーに分散されてなる、項1又は2に記載の放射線遮蔽材。
項4.
前記該第2の放射線遮蔽粒子の平均粒子径が10~800nmである、項1~3のいずれか1項に記載の放射線遮蔽材。
項5.
前記第2の放射線遮蔽粒子が、タングステン、グラフェン、カーボンナノホーン及びナノグラファイトからなる群より選ばれる少なくとも1種以上である、項1~4のいずれか1項に記載の放射線遮蔽材。
繊維状ナノカーボン材料として、直径10~15nmであるカーボンナノチューブ1質量部を十分な蒸留水と共にビーカーに加えて攪拌混合した後、28kHzに設定した超音波洗浄機で2時間、次いで、45kHzに設定した超音波洗浄機で2時間、超音波を照射した。これにより、カーボンナノチューブ水分散液を得た(工程A)。
カーボンナノチューブの直径を40~60nmに変更したこと以外は実施例1と同様の方法で、評価用試料を得た。
混合物の調製において、硫酸バリウム粉の使用量を20質量部に、ケイ酸ナトリウムの使用量を70質量部に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で、評価用試料を得た。
混合物の調製において、混合後のカーボンナノチューブの全量を20質量部に、硫酸バリウム粉の使用量を50質量部に、ケイ酸ナトリウムの使用量を30質量部に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で、評価用試料を得た。
混錬用容器に硫酸バリウム粉(堺化学工業株式会社製、平均粒子径0.03μm)30質量部を加えた。一方、蒸留水にケイ酸ナトリウム(富士化学株式会社、1号珪酸ソーダ)を加え、さらにpH10以上に調製した後、これを前記硫酸バリウム粉が入った混錬用容器に、ケイ酸ナトリウムが70質量部となるように加え、高速ミキサーで混錬した。この混錬中、高速ミキサーを一旦停止させて分散状態を確認しつつ、合計1時間にわたって高速ミキサーによる混錬を行った。これにより、混合物を得た。
混合物の調製において、硫酸バリウム粉の使用量を50質量部に、ケイ酸ナトリウムの使用量を50質量部に変更したこと以外は比較例1と同様の方法で、評価用試料を得た。
混合物の調製において、硫酸バリウム粉の使用量を80質量部に、ケイ酸ナトリウムの使用量を20質量部に変更したこと以外は比較例1と同様の方法で、評価用試料を得た。
混合物の調製において、硫酸バリウム粉を使用量せず、また、ケイ酸ナトリウムの使用量を90質量部に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で、評価用試料を得た。
繊維状ナノカーボン材料として、直径10~15nmであるカーボンナノチューブ1質量部を十分な蒸留水と共にビーカーに加えて攪拌混合した後、28kHzに設定した超音波洗浄機で2時間、次いで、45kHzに設定した超音波洗浄機で2時間、超音波を照射した。これにより、カーボンナノチューブ水分散液を得た(工程A)。
繊維状ナノカーボン材料として、直径10~15nmであるカーボンナノチューブ1質量部を十分な蒸留水と共にビーカーに加えて攪拌混合した後、28kHzに設定した超音波洗浄機で2時間、次いで、45kHzに設定した超音波洗浄機で2時間、超音波を照射した。これにより、カーボンナノチューブ水分散液を得た(工程A)。
混合物の調製において、硫酸バリウム粉の使用量を10質量部に、タングステンの使用量を20質量部に変更したこと以外は実施例6と同様の方法で、評価用試料を得た。
混合物の調製において、硫酸バリウム粉の使用量を0質量部に、タングステンの使用量を30質量部に変更したこと以外は実施例6と同様の方法で、評価用試料を得た。
混合物の調製において、混合後のカーボンナノチューブの全量を30質量部に、ケイ酸ナトリウムの使用量を40質量部に変更したこと以外は実施例5と同様の方法で、評価用試料を得た。
混合物の調製において、硫酸バリウム粉の使用量を30質量部に、ケイ酸ナトリウムの使用量を50質量部に変更したこと以外は実施例6と同様の方法で、評価用試料を得た。
混合物の調製において、混合後のカーボンナノチューブの全量を40質量部に、硫酸バリウム粉の使用量を10質量部に、ケイ酸ナトリウムの使用量を50質量部に変更したこと以外は実施例5と同様の方法で、評価用試料を得た。
混合物の調製において、硫酸バリウム粉の使用量を30質量部に、タングステンの使用量を20質量部に、ケイ酸ナトリウム50質量部の代わりにセメント(株式会社リックス社製)40質量部に変更したこと以外は実施例6と同様の方法で、評価用試料を得た。
タングステンの使用量を50質量部に、セメントの使用量を10質量部に変更したこと以外は実施例12と同様の方法で、評価用試料を得た。
ケイ酸ナトリウム60質量部の代わりに紙粘土(株式会社クツワ社製)60質量部に変更したこと以外は実施例5と同様の方法で、評価用試料を得た。
混合物の調製において、硫酸バリウム粉の使用量を30質量部に変更し、ケイ酸ナトリウム60質量部の代わりに紙粘土(株式会社クツワ社製)50質量部に変更したこと以外は実施例6と同様の方法で、評価用試料を得た。
タングステンの使用量を20質量部に、紙粘土の使用量を40質量部に変更したこと以外は実施例15と同様の方法で、評価用試料を得た。
タングステンの使用量を50質量部に、紙粘土の使用量を10質量部に変更したこと以外は実施例15と同様の方法で、評価用試料を得た。
混合物の調製において、セメントの使用量を60質量部に、タングステンの使用量を0質量部に変更したこと以外は実施例12と同様の方法で、評価用試料を得た。
混合物の調製において、混合後のカーボンナノチューブの全量を2質量部に、ケイ酸ナトリウムの使用量を68質量部に、タングステンの使用量を0質量部に変更したこと以外は実施例12と同様の方法で、評価用試料を得た。
セメントのみを硬化させて評価用試料を得た。
バインダーとしてのポリエステル樹脂50質量部と、硫酸バリウム50質量部とを混合し、硬化させることで評価用試料を得た。
バインダーとしての紙粘土70質量部と、硫酸バリウム30質量部とを混合し、硬化させることで評価用試料を得た。
厚さ7.2mmの鉛板を評価用試料として得た。
厚さ10mmの鉄板を評価用試料として得た。
工程Bにおいて、高速ミキサーを使用せずに単に容器を振るなどして混合させたこと以外は実施例18と同様の方法で、評価用試料を得た。
図1の(a)、(b)及び(c)はそれぞれ、実施例18、比較例6及び比較例11の試料断面の走査型電子顕微鏡(SEM)画像を示す。
図2の(a)及び(b)、並びに図3(a)及び(b)はそれぞれ、実施例18、実施例19、比較例6及び比較例11の試料の交流インピーダンス測定によるナイキストプロットを示す。
(放射線遮蔽性能)
放射線遮蔽材(評価用試料)の評価は、密封微量線源からの放射線を、評価用試料に通過させ、ピーク計数を検出器で検知する測定方法で行った。検出器は、セイコー・イージー・アンド・ジー社製「Ge検出器GMX-20180-Plus」を使用した。密封微量線源は、アメニシウム24(Am-241、エネルギー59.5keV)、セシウム137(Cs137、エネルギー661.7keV)、60Co(1173.2keV)、60Co(1332.5keV)とした。一定時間の測定を行ったときの遮蔽率及び全減衰係数を導出した。
遮蔽率(%)={(I-Is)/I}×100 (1)
(1)式中、Iは試料が無い場合の放射線量、Isは試料がある場合の放射線量である。
μ/ρ=-ln(Is/I)×(1/ρd) (2)
(2)式中、μは試料の線形吸収係数、Iは試料が無い場合の放射線量、Isは試料がある場合の放射線量、ρは試料の密度、dは試料の厚みである。試料密度は、試料の質量及び体積を計測して算出した。
走査型電子顕微鏡は、日本電子社製の「JSM7100F」を使用し、放射線遮蔽材中の分散状態の観察を行った。
放射線遮蔽材の交流インピーダンス測定は、交流インピーダンス法により行った。測定装置は、東陽テクニカ社製の高周波LCRメーター「WAYNE KERR 6500P」を使用した。プローブは円盤状の電極SH2-Zを使用した。インピーダンスの周波数特性から得られるインピーダンスの実部と虚部の値からナイキストプロットを作成し、インピーダンスの値及びプロットの挙動から放射線遮蔽材の抵抗、容量及び等価回路を見積もって、インピーダンスの値を得た。このインピーダンスの値から、放射線遮蔽材中の繊維状ナノカーボン材料及び放射線遮蔽粒子の分散状態を評価した。
Claims (7)
- 繊維状ナノカーボン材料と、第1の放射線遮蔽粒子と、バインダーとを含む複合体を備える放射線遮蔽材であって、
前記繊維状ナノカーボン材料及び前記第1の放射線遮蔽粒子が前記バインダーに分散されてなり、
前記複合体の密度が0.8~3.0g/cm 3 であり、
前記バインダーは、無機材料から成り、
インピーダンス値が1×10 6 Ω以下である
放射線遮蔽材。 - 数百nm以下の閉ざされた空孔をさらに含む
請求項1に記載の放射線遮蔽材。 - 前記バインダーは、ケイ酸ナトリウム、炭酸カルシウム、紙粘土、粘土鉱物、層状ケイ酸塩化合物、パルプ、石膏、セメント、モルタルまたはコンクリートである
請求項1または2に記載の放射線遮蔽材。 - 前記バインダーは、ケイ酸ナトリウム、紙粘土またはセメントである
請求項3に記載の放射線遮蔽材。 - 前記複合体は、前記第1の放射線遮蔽粒子の平均粒子径よりも小さい第2の放射線遮蔽粒子をさらに含み、前記第2の放射線遮蔽粒子は、前記バインダーに分散されてなる
請求項1から4のいずれか1項に記載の放射線遮蔽材。 - 前記第2の放射線遮蔽粒子の平均粒子径が10~800nmである
請求項5に記載の放射線遮蔽材。 - 前記第2の放射線遮蔽粒子が、タングステン、グラフェン、カーボンナノホーン及びナノグラファイトからなる群より選ばれる少なくとも1種以上である、請求項5または6に記載の放射線遮蔽材。
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