JPH04143696A - 耐熱高速中性子遮蔽材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、中性子遮蔽（減速）能力に優れる金属水素化
物を高体積率に含有し、かつ、成形体として７００℃を
超える高温まで安定な中性子遮蔽材に関するものであり
、中性子遮蔽が必要となる広範な分野にその適用が可能
である。特に、原子炉については、炉容器内炉０周り中
性子遮蔽体、炉心内制御棒周り減速材等として適してい
る。また、核燃料および核原料物質使用施設の中性子遮
蔽材、使用済核燃料輸送容器用遮蔽材、ホットラボ内遮
蔽材、放射線発生装置（加速器等）の遮蔽材等に好まし
く利用できる。

〈従来の技術とその課題〉 中性子の減速材としては、Ｈ，Ｂ、Ｃ等の低原子番号の
元素を含有する物質が優れており、広く採用されている
。

金属水素化物は、有機材料や水と同程度の水素密度を有
し、高温で比較的水素解離圧の低い系を選択することに
より、７００℃を超える高温下でも使用できる中性子遮
蔽材あるいは減速材としての可能性を有している。しか
し、金属水素化物それ自体は一般に脆く、特に３００℃
を超える温度の上昇・下降を繰り返すことにより歪が解
放され、微粉化する。また、金属水素化物は温度の上昇
に伴い水素の解離が生じやすくなる。例えば、水素化ジ
ルコニウムの７６０℃での平衡解離圧はｌａｔ■であり
、解離水素を閉じ込める構造上の工夫と解離水素の圧力
に耐えられる十分な強度を有する金属水素化物含有構造
体をつくる必要があった。

〈発明が解決しようとする問題点〉 従来は、高体積率の金属水素化物を含有しながら、７０
０℃を超える高温と中性子照射環境下においても寸法安
定性に優れ、十分な機械的強度を持つ構造体を製造する
ことはもちろん、任意の形状の構造体に成形・加工する
ことは困難であった。

本発明は、高温まで安定な耐熱性物質を金属水素化物粉
末の結合剤すなわちバインダーとして導入し、この結合
剤によって金属水素化物含有成形体とすることによって
上記問題点を解決するものであり、以下のような特長を
有する耐熱高速中性子遮蔽材を提供するものである。

■高体積率の金属水素化物を安定に保持てきる。

■解離による金属水素化物からの水素ガスの放出を抑制
できる。

■成形体として必要な寸法安定性、機械的強度を有する
。

■７００℃を超える高温下でも上記■〜■の特長を失わ
ない。

■任意の形状に容易に成形・加工できる。

〈問題点を解決するための手段〉 すなわち本発明による耐熱高速中性子遮蔽材は、珪酸カ
ルシウムと金属水素化物の粉末からなる混合成形体であ
って、珪酸カルシウム１００重量部に対し、金属水素化
物を５０〜８００重量部含有し、珪酸カルシウムは珪酸
質および石灰質のＣａ　Ｏ／　Ｓ　ｉｏ　２モル比が０
．５〜２．０の範囲であり、金属水素化物はＴｉ、Ｚｒ
５Ｙ。

Ｇ　ｄ　ｓ　Ｅ　ｕ　−Ｈｆ　−Ｔ　ｈ　ｓ　Ｕのいず
れかの金属で水素／金属原子比が０．７以上の範囲であ
り、上記金属水素化物の微粉末表面には酸化物被膜が生
成されていて複合粉末となっていることを特徴とするも
のである。

以下に本発明の遮蔽材の成形体構造、化学組成および成
形プロセスについて詳述する。

ｌ）、成形体構造 成形体は、添付図面に模式的に示すような構造を有する
。すなわち、寸法５〜１００μ−の金属水素化物粉末１
と寸法１〜１０μ−の珪酸カルシウムからなる耐熱バイ
ンダー２が均一に微細分散し、気孔率４５％以内の構造
となっている。金属水素化物粉末１の表面には、酸化物
被膜３が生成されていて、解離により発生する水素ガス
の放出を抑制することができる。酸化物は一般に水素透
過が少なく、バリヤー材として適している。耐熱バイン
ダーは、約７００℃の高温まで安定であり、成形加工性
に優れるので、成形体の機械的強度、寸法安定性等の熱
的安定性を与えるとともに、任意の形状に成形・加工す
ることを可能にする。

２）、化学組成 中性子減速材二金属水素化物 耐熱バインダー：珪酸カルシウム 例えば トバモライト： ５　Ｃａ　Ｏ拳６　Ｓ　ｔ　Ｏ−５Ｈ２０ゾノトライト
： ６ＣａＯ番６ＳｉＯ−ＨＯ 中性子減速材として含有する金属水素化物としては、水
素化チタン、水素化ジルコニウム、水素化イツトリウム
、水素化ガドリニウム、水素化ユーロピウム、水素化ハ
フニウム、水素化トリウム、水素化ウラン等の粉末があ
り、８００℃まで水素の解離が少ないものである。これ
ら金属水素化物粉末の表面に酸化物被膜を生成させ、解
離により生じる水素ガスの放出を抑制する。生成方法と
しては、大気中あるいは酸素雰囲気中で金属水素化物の
原料粉末を加熱して表面を酸化することにより酸化被膜
を生成させる方法や、蒸着等の手段によりＳｉＯ□Ｚｒ
Ｏ□等を被覆する方法がある。

耐熱バインダーとして含有する珪酸カルシウムは、例え
ばトバモライト、ゾノトライト等がある。これらの珪酸
カルシウムは珪酸質粉末と石灰質粉末を原料として合成
することができ、その場合の珪酸質粉末と石灰質粉末の
（ａＯ／Ｓ　ｉＯ２モル比は、トバモライトの合成では
０．６〜１．０、ゾノトライトの合成では０．８〜１．
２が望ましい。

金属水素化物の添加量は、多ければ多いほど、その遮蔽
性能は大であるが、遮蔽材としての適性は、珪酸カルシ
ウム１００重量部に対して、金属水素化物が８００重量
部を超えると、成形材の作製が困難となる。また、遮蔽
効果を有効にするためには、少なくとも５０重量部の金
属水素化物が必要である。さらに、成形材の強度を上げ
るために、必要に応じてガラス繊維、炭素繊維、金属ウ
ィスカー等の補強材の添加が可能である。

３）、成形プロセス 成形プロセスは、珪酸カルシウムの合成原料である珪酸
質粉末と石灰質粉末に、表面に酸化物被膜を形成した金
属水素化物の粉末を添加し、均一に混合する。この混合
粉末に対して、０〜５０　ｗ　ｔ％の水を均一に添加し
た後、プレス成形または型枠に充填し、高温・高圧水蒸
気下で反応硬化させて成形体を得る。成形体は、必要に
応じて機械加工し、遮蔽材として利用することができる
。

〈実施例〉 １）、製造例 表１の配合表の試料Ｎｏ、１．２．３．４を得るために
は、原料を乾式で均一に混合し、粉体１００ｗｔ％に対
し水ＩＱｗｔ％を加え均一に分散させる。その後、１０
０ｋｇ／Ｃｓ２の圧力でプレス成形した後、オートクレ
ーブ中で１５　　ｋｇ／Ｃｓ２の圧力下で１５時間養生
し、試料を作製した。これらについて、物性値を測定し
た結果を表２に示す。

表１ 配合表（ｗｔ％） 表２ 物性値 熱処理条件 ７００℃−１０■「 ２）、遮蔽性能評価例 核分裂スペクトルの中性子源に対する５ＵＳＢＩＢと試
料Ｎｏ、１．２．３．４の遮蔽性能を評価した結果を表
３に示す。

表３　遮蔽性能評価例 この遮蔽性能評価例は、核分裂スペクトルの中性子源を
遮蔽材に接して配置し、線量当量率が、１０００分の１
（１０）　　　　１００万分の１（１０−６）まで減衰
するのに必要な遮蔽材の厚さについて、５ＵＳ３１Ｂの
場合の厚さを１として示したものである。

〈発明の効果〉 ■）、耐熱性に優れる。

耐熱性に優れる合金系の金属水素化物を原料とし、耐熱
バインダーにより成形することて、高温での使用が可能
である。

２）、任意の形状に成形・加工できる。

中性子減速材を耐熱バインダーでくるんで成形する方式
のため、機械的強度のある遮蔽体として任意の形状に成
形することができる８）、成分とその配合率を変えるこ
とで遮蔽性能の設計ができる。

中性子減速材、耐熱バインダーの配合率を変えることで
、遮蔽性能を設計することができる。

４）、遮蔽体の薄肉化、軽量化 従来用いられてきた５ＵＳ３１Ｂといったステンレス鋼
に比較して、格段に中性子遮蔽能力に優れ、かつ、密度
の小さい金属水素化物を高体積率で含有する遮蔽体を製
造できるため、遮蔽体の大幅な薄肉化と軽量化が達成で
きる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の遮蔽材の成形体構造概念図である。 １・・・金属水素化物 ２・・・耐熱バインダー（珪酸カルシウム）３・・・酸
化物被膜 特許出願人　　動力炉・核燃料開発事業団株式会社　ア
　ス　り 代 理 人 尾 股 灯 雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、珪酸カルシウムと金属水素化物の粉末からなる混合
   成形体であって、珪酸カルシウム１００重量部に対し、
   金属水素化物を５０〜８００重量部含有し、珪酸カルシ
   ウムは珪酸質および石灰質のＣａＯ／ＳｉＯ＿２モル比
   が０．５〜２．０の範囲であり、金属水素化物はＴｉ、
   Ｚｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｕのいずれかの金
   属で水素／金属原子比が ０．７以上の範囲であり、上記金属水素化物の微粉末表
   面には酸化物被膜が生成されていて複合粉末となってい
   ることを特徴とする耐熱高速中性子遮蔽材。