JP7450365B2 - 放射化抑制構造 - Google Patents

Description

本願発明は、例えば中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：Ｂｏｒｏｎ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｃａｐｔｕｒｅ Ｔｈｅｒａｐｙ）など中性子が発生する放射線医療施設や、研究施設といった室内において、その壁体の放射化を抑制する技術に関するものであり、より具体的には、木材とホウ素含有板を含む遮蔽体を備えた放射化抑制構造と、この構造が設けられた壁体の放射化を管理する方法に関するものである。

中性子捕捉療法は、癌細胞にホウ素化合物を取り込ませ、そのホウ素と中性子との核反応によって癌細胞を破壊する治療法である。ホウ素（特に１０Ｂ）は、熱中性子をはじめとする低エネルギーの中性子と大きく反応する性質があり、癌細胞内のホウ素と中性子が核分裂反応した結果、粒子線（アルファ線）が発生し、この粒子線によって癌細胞を破壊する。

核分裂反応によって発生する粒子線の飛程は、癌細胞の直径程度（約１０～１４μｍ）であり、癌細胞以外の正常な細胞に影響を与えることがない。従来のＸ線やガンマ線による治療が、癌細胞とほぼ同じ物理的ダメージを正常細胞に与えることから、中性子捕捉療法は「癌細胞選択性治療」とも呼ばれ、特に悪性脳腫瘍や悪性黒色腫などの治療にとって現状では最も理想に近い治療法とされている。

ところで中性子捕捉療法では、照射器や加速器などを用いて患者に対する中性子線の照射が行われるが、当然ながらこの照射は外部に中性子線が漏れないよう壁体等で閉鎖された室内で行われる。もちろん、照射された中性子線すべてが患者に吸収されるわけではなく、部分的には壁体等にも吸収される。中性子は電荷を持たないため、物質中の原子核に比較的容易に到達しやすく、しかも中性子捕捉療法で好適に使用される低エネルギーの中性子は吸収現象が顕著である。そして壁体を構成する物質の一部が、中性子を吸収した結果、安定同位体から放射性同位体となるいわゆる放射化現象を起こすことがある。

短半減期核種によって放射化したコンクリートは、多量の放射線を放出することが知られている。そのため、室内にいる者は無用な被曝を受けることとなる。また、長年にわたって中性子が照射されると、コンクリート製の壁体は放射化が進んで、長半減期核種が多量に生成され、その結果、放射化したコンクリート壁体は、放射性廃棄物として処分する必要があり、通常の廃棄物に比べ多大な廃棄コストを強いられる。

このように、放射化の原因となる中性子が発生する施設等では、壁体の放射化が一つの大きな問題となっていた。そこで特許文献１では、ホウ素含有樹脂からなる遮蔽体と減衰空間からなる中性子遮蔽構造によって、コンクリート製の壁体の放射化を抑制する発明を開示している。

特許６３４９５７４号公報

特許文献１で提案される発明は、室内側に設置した遮蔽体（ホウ素含有）で中性子を吸収し、さらに遮蔽体を通過した中性子は減衰空間（遮蔽体と壁体の間に形成される空間）で減衰させ、これによりコンクリート壁体の放射化を抑制する構造である。

特許文献１の発明も極めて高い放射化抑制効果を期待することができるが、本願の発明者らがさらに高い放射化抑制効果を求めて研究、開発を行ったところ、遮蔽体として木材を利用することが有効であることを見出した。木材、特にパープルハートやイペといった比重が大きく硬い木材（以下、「ハードウッド等」という。）には多量の水素が含有されている。水素を多量に含む物質は高速中性子を減速させる能力が高く、減速された中性子は周囲と熱平衡に達し熱中性子となる（いわゆる弾性散乱）。つまり、多量の水素を含有する木材を通過する際に中性子を熱中性子に変化させ、この熱中性子をホウ素含有の遮蔽体で吸収することによって、さらに高い放射化抑制効果が得られるわけである。また、多量の水素を含有する木材は中性子を減衰させることができることから、少量の中性子を対象とするケースではコンクリート壁体の放射化の抑制も可能となる。

他方、遮蔽体などを用いてコンクリート壁体の放射化抑制を図ったとしても、実際には壁体の一部が放射化していることも考えられる。ところが従来の放射化抑制技術では、遮蔽体等を設置した後に（つまり対策後に）コンクリート壁体の放射化状況を検査しあるいは確認することはそれほど多くなかった。室内にいる者の無用な被曝を確実に避け、放射性廃棄物の排出を極力抑えるためには、放射化抑制の対策を行った後であってもコンクリート壁体の放射化の状況を確認し、その状況によっては早い段階で何らかの対策を講じることが望ましい。

本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち、従来技術よりもさらに高い効果をもって中性子発生室（中性子が発生する部屋）内の壁体の放射化を抑制することができる放射化抑制構造を提供することである。

本願発明は、多量の水素を含有する木材、及び炭化ホウ素等のホウ素化合物を含有する部材を利用して中性子発生室内の壁体の放射化を抑制する、という点、さらには第１遮蔽体と第２遮蔽体を設置するとともに計測素子の計測結果に基づいて壁体の放射化の有無を評価し第２遮蔽体の交換の要否を判定する、という点に着目してなされたものであり、これまでにない発想に基づいて行われたものである。

本願発明の放射化抑制構造は、中性子が発生する室内を閉鎖する壁体の放射化を抑制する構造であり、表面板と中間板と裏面板が積層された遮蔽体を備えたものである。なお、表面板が室内側となり裏面板が壁体側となるように、壁体の前面に遮蔽体が設置される。また、中間板はハードウッドを用いた板状の部材であり、この中間板に含有される水素によって中性子を弾性散乱させる。

本願発明の放射化抑制構造は、遮蔽体の表面板が準不燃材又は不燃材からなる板状の部材であるものとすることもできる。

本願発明の放射化抑制構造は、遮蔽体の裏面板がＢ４Ｃを含む樹脂を成型した薄膜状又は板状の部材であるものとすることもできる。

本願発明の放射化抑制構造は、遮蔽体と壁体との間に設けられた空隙部をさらに備えた構造とすることもできる。この空隙部は、複数個所にスペーサーを離散的に配置することによって、あるいは形鋼を線状や格子状に配置することによって形成されるものである。

本願発明の放射化抑制構造は、空隙部と壁体との間に配置される第２遮蔽体をさらに備えた構造とすることもできる。この第２遮蔽体は、板状の部材であって、交換可能となるように設置され、第２遮蔽体の室内側表面には、放射化の程度を評価するための計測素子が設置される。

本願発明の放射化抑制構造は、検査孔と複数の検査用コアを備えた構造とすることもできる。この検査孔は、第２遮蔽体を貫通しさらに壁体の厚さ方向に穿孔されたものであり、検査用コアは、壁体と同等の材料で形成されるものであって検査孔内に壁体の厚さ方向に並べて配置される。

本願発明の放射化抑制構造に対して行う壁体管理方法は、放射化抑制構造が設置された壁体の放射化を評価する方法であり、放射化評価工程と交換判定工程を備えた方法である。この放射化評価工程では、計測素子の計測結果に基づいて壁体の放射化の有無を評価し、交換判定工程では、放射化評価工程の評価結果に応じて第２遮蔽体の交換の要否を判定する。

本願発明の放射化抑制構造に対して行う壁体管理方法は、コア検査工程をさらに備えた方法とすることもできる。このコア検査工程では、壁体が放射化されたと評価されたときに、検査用コアを抜き取るとともに、その抜き取った検査用コアを検査する。この場合、交換判定工程では、放射化評価工程の評価結果、そしてコア検査工程の検査結果に応じて、第２遮蔽体の交換の要否を判定する。

本願発明の放射化抑制構造、及び壁体管理方法には、次のような効果がある。
（１）多量の水素を含有する木材を通過する際に中性子を熱中性子に変化させ、その熱中性子をホウ素含有の遮蔽体で吸収することで、従来技術に比してさらに効果的に壁体の放射化を抑制することができる。その結果、中性子発生室内にいる者の無用な被曝を確実に回避することができ、放射性廃棄物の排出を極力抑えることができる。
（２）放射化抑制構造を設置した後も任意のタイミングで放射化の程度を確認することができ、放射化する前に第２遮蔽体を交換することができる。これにより、第２遮蔽体が放射性廃棄物となることを未然に防ぐことができる。
（３）ライフサイクル全体を通してコスト合理性が高く、しかも放射性廃棄物が生じないクリーンな医療施設や研究施設、検査施設、産業施設等を提供することができる。

中性子発生室内に、本願発明の放射化抑制構造が設置された状況を示す平面図。 第１の実施形態における放射化抑制構造を示す断面図。 第２の実施形態における放射化抑制構造を示す断面図。 第３の実施形態における放射化抑制構造を示す断面図。 本願発明の壁体管理方法の主な工程を示すフロー図。 本願発明の壁体管理方法の主な工程を示すステップ図。

１．全体概要
本願発明の放射化抑制構造、及び壁体管理方法の実施形態の一例を、図に基づいて説明する。図１は、中性子発生室に本願発明の放射化抑制構造１００が設置された状況を示す平面図である。この図に示す中性子発生室はコンクリート製の壁体（以下、単に「コンクリート壁体ＣＷ」という。）で閉鎖（密閉）されており、室内には中性子が発生する加速器ＮＤが設置されている。なお、図１では加速器ＮＤが設置された中性子発生室を示しているが、加速器ＮＤに限らず中性子が発生する施設であれば本願発明を効果的に実施することができる。

本願発明の放射化抑制構造１００は、図１に示すようにコンクリート壁体ＣＷの室内側（前面）に、換言すればコンクリート壁体ＣＷの表面を覆うように第１遮蔽体１１０が設置された構造である。また放射化抑制構造１００は、コンクリート壁体ＣＷの表面から所定の距離を確保したうえで第１遮蔽体１１０を設置することとし、すなわちコンクリート壁体ＣＷと第１遮蔽体１１０の間にスペース（以下、「空隙部１２０」という。）を設けた構造とすることもできる。さらに図１に示すように、コンクリート壁体ＣＷと空隙部１２０との間に第２遮蔽体１３０を設置した構造としてもよい。

第１遮蔽体１１０は、木材（例えばハードボード等）や炭化ホウ素をはじめとするホウ素化合物含有部材を含むもので、木材によって中性子を減衰させ、さらに、木材を通過する際に中性子を熱中性子に変化させ、この熱中性子をホウ素に吸収させることによって、コンクリート壁体ＣＷに到達する中性子を大幅に低減するものである。また空隙部１２０は、コンクリート壁体ＣＷに到達するまでの所定距離を確保することによって、中性子のエネルギーを減衰させる機能を有するものである。さらに第２遮蔽体１３０は、コンクリート壁体ＣＷに到達する中性子を未然に吸収するものである。なお第２遮蔽体１３０は、容易に交換できるように設置され、将来放射化が進んだことが認められたときには新たな第２遮蔽体１３０と交換することが予定されており、いわばコンクリート壁体ＣＷの保護材としても機能するものである。

２．放射化抑制構造
次に、本願発明の放射化抑制構造１００の例について図を参照しながら詳しく説明する。なお、本願発明の壁体管理方法は、本願発明の放射化抑制構造１００に対して行う管理方法であり、したがってまずは本願発明の放射化抑制構造１００について説明し、その後に本願発明の壁体管理方法について説明することとする。

既述したとおり本願発明の放射化抑制構造１００は、コンクリート壁体ＣＷの表面に直接、第１遮蔽体１１０を設置する形態（以下、「第１の実施形態」という。）と、コンクリート壁体ＣＷの前面に空隙部１２０、及び第１遮蔽体１１０を設置する形態（以下、「第２の実施形態」という。）、コンクリート壁体ＣＷの前面に第２遮蔽体１３０、空隙部１２０、及び第１遮蔽体１１０を設置する形態（以下、「第３の実施形態」という。）に大別することができる。以下、それぞれ実施形態ごとに順に説明していく。

（第１の実施形態）
図２は、第１の実施形態における放射化抑制構造１００を示す断面図であり、床面を形成するコンクリート壁体ＣＷを鉛直面で切断した断面図である。なおこの図では、床面を形成するコンクリート壁体ＣＷの上面に第１遮蔽体１１０を設置しているが、本願発明の放射化抑制構造１００は、床面に限らず天井面や側面を形成するコンクリート壁体ＣＷの前面に第１遮蔽体１１０を設置した構造とすることもできる。

第１遮蔽体１１０は、中間板１１２を含むものであり、表面板１１１と中間板１１２の積層構成とすることも、あるいは図２に示すように表面板１１１と中間板１１２、そして裏面板１１３の順で積層された構成とすることもでき、肉厚寸法（図２では上下寸法）に比して表面積が極端に大きな板状の部材である。このうち表面板１１１は、石膏プラスターボードやドロマイトプラスターボードなどを利用した板状の部材であり、中間板１１２は、パープルハートやイペといったハードウッド等を利用した板状の木製部材である。中間板１１２としてハードウッド等を利用する理由は、中性子を弾性散乱させるための水素を多量に含有しているからであり、第１遮蔽体１１０としての相当の強度（せん断力や圧縮力、引張力など）を確保するためである。中間板１１２は、表面板１１１より高強度の部材とすることもできるし、表面板１１１より低強度の部材とすることもできる。なお、壁や天井に対して放射化抑制構造１００を設置する場合、第１遮蔽体１１０の表面板１１１は準不燃材あるいは不燃材を利用するとよい。

一方の裏面板１１３は、ホウ素含有樹脂からなる薄膜状あるいは板状の部材であり、例えばＢ４Ｃを含む樹脂を成型した部材を用いることができる。もちろん、ホウ素を含有する樹脂材であればＢ４Ｃ樹脂に限らず、無水ホウ酸を樹脂に混ぜた部材や、粉状の灰ホウ石を樹脂に混ぜた部材など、他の樹脂材を裏面板１１３として用いることもできる。ところで、既述したとおり多量の水素を含有する木材は中性子を減衰させることができる。つまり、中間板１１２のみでも中性子を減衰させる効果があり、少量の中性子を対象とするケースではコンクリート壁体ＣＷの放射化を抑制することもできる。したがって、少量の中性子の発生が予想される中性子発生室内に放射化抑制構造１００を設置する場合は、裏面板１１３を省略した第１遮蔽体１１０、すなわち表面板１１１と中間板１１２からなる第１遮蔽体１１０、あるいは中間板１１２のみからなる第１遮蔽体１１０を用いることができる。

第１遮蔽体１１０は、図２に示すように表面板１１１が室内側となり、かつ裏面板１１３がコンクリート壁体ＣＷ側となるように、ビスや釘あるいは接着剤などを利用して設置される。これにより、表面板１１１を通じて中間板１１２まで到達した中性子は、ハードウッド等に含まれる多量の水素によって減速し、減速した中性子は周囲と熱平衡に達し熱中性子となる（いわゆる弾性散乱）。そして、裏面板１１３に到達した熱中性子がホウ素に吸収されることによって、コンクリート壁体ＣＷに到達する中性子の量が大幅に抑えられ、すなわちコンクリート壁体ＣＷの放射化が抑制されるわけである。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態における放射化抑制構造１００を示す断面図であり、床面を形成するコンクリート壁体ＣＷを鉛直面で切断した断面図である。この図に示すように第２の実施形態における放射化抑制構造１００は、第１遮蔽体１１０に加え空隙部１２０を含んで構成される。多量の中性子が発生する中性子発生室の場合、第１遮蔽体１１０で全ての中性子が吸収されないこともあり、第１遮蔽体１１０を透過した中性子を空隙部１２０で減衰させる構造としている。空隙部１２０は、コンクリート壁体ＣＷと第１遮蔽体１１０の間にスペーサーを配置することで形成することができ、例えば、複数個所にスペーサーを離散的に配置（点在配置）することで空隙部１２０を形成してもよいし、溝形鋼やＨ形鋼といった形鋼を利用して線状あるいは格子状に配置することで空隙部１２０を形成してもよい。

空隙部１２０を設けることで、裏面板１１３に吸収されずに第１遮蔽体１１０を通過した中性子は、コンクリート壁体ＣＷに到達するまでの所定距離の移動を強いられ、これにより中性子のエネルギーが減衰し、すなわちコンクリート壁体ＣＷの放射化が抑制されるわけである。

（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態における放射化抑制構造１００を示す断面図であり、側壁を形成するコンクリート壁体ＣＷを水平面で切断した断面図である。この図に示すように第３の実施形態における放射化抑制構造１００は、第１遮蔽体１１０と空隙部１２０に加え第２遮蔽体１３０を含んで構成される。第２遮蔽体１３０は、ＲＣ（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）パネルといった板状の部材であり、コンクリート壁体ＣＷの表面に接触するように配置され、アンカーボルト等を利用することで容易に交換できるように設置される。

図４に示すように第２遮蔽体１３０の室内側には空隙部１２０が形成され、さらにその室内側には第１遮蔽体１１０が設置される。そして、第２遮蔽体１３０の表面の一部には、空隙部１２０内に位置するように計測素子１４０が貼付される。この計測素子１４０は、放射化の程度を評価するための計測値が得られるものであり、専用のものとして製造することもできるし、従来用いられている（例えば市場に流通している）ものを利用することもできる。

第１遮蔽体１１０の裏面板１１３によって熱中性子を吸収し、空隙部１２０によって中性子のエネルギーを減衰させるものの、一部の中性子はコンクリート壁体ＣＷに到達するおそれもあるため、第３の実施形態では、コンクリート壁体ＣＷの前面にさらに第２遮蔽体１３０を設置している。しかしながら第２遮蔽体１３０が長期にわたって中性子を受け続けると、第２遮蔽体１３０が放射化し、放射性廃棄物として処理しなければならないことも考えられる。そこで、放射化する前に第２遮蔽体１３０を取り換えることができる構造とし、そのため、第２遮蔽体１３０の放射化の程度が定期的に把握できるように計測素子１４０を設置するとともに、第２遮蔽体１３０を交換可能に設置するわけである。

また、第３の実施形態における放射化抑制構造１００では、図４に示すように検査孔１５０を設けることもできる。そしてこの検査孔１５０内には、複数（図では４個）の検査用コア１６０が配置される。検査孔１５０は、第２遮蔽体１３０に形成される貫通孔と、コンクリート壁体ＣＷを厚さ方向に穿孔して形成される横孔が、接続されて一連の連続孔となったものであり、１又は２箇所以上に設けることができる。

検査用コア１６０は、念のためコンクリート壁体ＣＷの放射化の程度を検査するための試験体であり、したがって検査用コア１６０はコンクリート壁体ＣＷと同等の材料で形成される。また、コンクリート壁体ＣＷの深度方向（壁厚方向）に応じた放射化の程度を確認することができるように、複数の検査用コア１６０がコンクリート壁体ＣＷの深度方向に並べて配置される。

３．壁体管理方法
続いて、本願発明の壁体管理方法ついて図５と図６を参照しながら説明する。なお、本願発明の壁体管理方法は、ここまで説明した放射化抑制構造１００に対して行う管理方法であり、したがって放射化抑制構造１００で説明した内容と重複する説明は避け、本願発明の壁体管理方法に特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、「２．放射化抑制構造」で説明したものと同様である。

図５は、本願発明の壁体管理方法の主な工程を示すフロー図であり、図６は、本願発明の壁体管理方法の主な工程を示すステップ図である。まず、図６（ａ）に示すように第１遮蔽体１１０に設けられた確認孔ＨＣ内に挿入されたコアＣＲを取り外し（Ｓｔｅｐ１０１）、図６（ｂ）に示す状態としたうえで計測素子１４０の計測値を確認する（Ｓｔｅｐ１０２）。計測素子１４０の計測結果が得られると、これに基づいてコンクリート壁体ＣＷの放射化の有無を評価し（Ｓｔｅｐ１０３）、放射化が認められない場合は確認孔ＨＣ内にコアＣＲを戻す（Ｓｔｅｐ１０９）。一方、放射化が認められる場合はコア検査を実施し、どの程度の深さまで放射化しているか評価する。具体的には、図６（ｃ）に示すように第１遮蔽体１１０を取り外したうえで検査用コア１６０を抜き取り（Ｓｔｅｐ１０４）、抜き取った検査用コア１６０に対して所定の検査を行う（Ｓｔｅｐ１０５）。そして、計測素子１４０の計測結果と、検査用コア１６０の検査結果に基づいて、第２遮蔽体１３０の交換の要否を判断する（Ｓｔｅｐ１０６）。

第２遮蔽体１３０の交換が不要であると判断された場合は、検査した検査用コア１６０を検査孔１５０内に収める（Ｓｔｅｐ１０９）。一方、第２遮蔽体１３０の交換が必要であると判断された場合は、図６（ｄ）に示すように第１遮蔽体１１０と既設の第２遮蔽体１３０を取り外すとともに、新たな第２遮蔽体１３０を設置する（Ｓｔｅｐ１０７）。第２遮蔽体１３０を交換すると、図６（ｅ）に示すように検査した検査用コア１６０を検査孔１５０内に収め、図６（ｆ）に示すように第１遮蔽体１１０を元に戻す（Ｓｔｅｐ１０９）。このとき、検査した検査用コア１６０のうち放射化が認められたものは、新たな検査用コア１６０に交換したうえで検査孔１５０内に収めるとよい（Ｓｔｅｐ１０８）。

本願発明の放射化抑制構造、及び壁体管理方法は、陽子線治療や重粒子線治療、中性子捕捉療法など中性子が発生する医療施設をはじめ、研究施設、検査施設、産業施設等などで、特に有効に利用することができる。本願発明は、中性子が発生する施設が現状抱える課題を解決するものであり、すなわち粒子線がん治療の普及を促進するとともに、放射線業務従事者の無用な被ばくを低減し、放射性廃棄物の発生を低減することを考えれば、本願発明は産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明である。

１００ 本願発明の放射化抑制構造
１１０ （放射化抑制構造の）第１遮蔽体
１１１ （第１遮蔽体の）表面板
１１２ （第１遮蔽体の）中間板
１１３ （第１遮蔽体の）裏面板
１２０ （放射化抑制構造の）空隙部
１３０ （放射化抑制構造の）第２遮蔽体
１４０ （放射化抑制構造の）計測素子
１５０ （放射化抑制構造の）検査孔
１６０ （放射化抑制構造の）検査用コア
ＨＣ 確認孔
ＮＤ 加速器
ＣＲ （確認孔内の）コア
ＣＷ コンクリート壁体

Claims (3)

1. 中性子が発生する室内を閉鎖するコンクリート壁体の放射化を抑制する構造において、
   表面板と中間板と裏面板が積層された遮蔽体を、備え、
   前記表面板が前記室内側となり、前記裏面板が前記コンクリート壁体側となるように、該コンクリート壁体の前面に前記遮蔽体が設置され、
   前記中間板は、放射化抑制用のハードウッドを用いた板状の部材であり、
   前記裏面板は、Ｂ４Ｃを含む樹脂を成型した薄膜状又は板状の部材であり、
   前記中間板に含有される水素によって、中性子を弾性散乱させて熱中性子に変化させ、熱中性子を前記裏面板に吸収させる、
   ことを特徴とする放射化抑制構造。
2. 前記遮蔽体の前記表面板は、準不燃材又は不燃材からなる板状の部材である、
   ことを特徴とする請求項１記載の放射化抑制構造。
3. 前記遮蔽体と前記コンクリート壁体との間に設けられた空隙部を、さらに備え、
   前記空隙部は、複数個所にスペーサーを離散的に配置することで、又は形鋼を線状若しくは格子状に配置することで、形成された、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の放射化抑制構造。

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