JPH04143697A

JPH04143697A - 放射線遮蔽材

Info

Publication number: JPH04143697A
Application number: JP2267757A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Inoue; 賢紀井上; Shigeo Nomura; 茂雄野村; Nobuo Otani; 大谷　暢夫; Kazuaki Tachibe; 立辺　和明; Sakae Shikakura; 鹿倉　栄; Hisashi Okuda; 奥田　久志; Yoshifumi Harada; 原田　恵文
Original assignee: Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan; Ask Corp; Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
Current assignee: Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan; A&A Material Corp; Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
Priority date: 1990-10-05
Filing date: 1990-10-05
Publication date: 1992-05-18
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: JP2520978B2

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、超高速中性子減速能力及び高速中性子減速能
力に優れる鉄、酸化ベリリウム、金属水素化物、中性子
吸収能力に優れるほう素化合物、γ線遮蔽能力に優れる
重金属を無機バインダーにより構造体とした放射線遮蔽
材に関するものであり、各種放射線遮蔽が必要となる広
範な分野への適用が可能である。

特に、原子炉については、炉容器内炉６周り中性子遮蔽
体等に適している。また、核燃料及び核原料物質使用施
設の中性子遮蔽体、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、医療機関
等でＸ線あるいはγ線源を取扱う施設等）の遮蔽材に好
ましく利用できる。

〈従来の技術とその課題〉超高速中性子の減速材としては、ＦｅやＢｅＯ等が適し
ており、従来から利用されてきた。

高速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材料が一般に使用されてきた。ポリ
エチレンやアクリル板といった有機材料やコンクリート
は、よく知られた中性子遮蔽体であり、使用実績も多い
が、融点あるいは劣化温度が低く、約２００℃を超える
温度環境では使用できない。耐熱温度を高めたポリイミ
ド系樹脂が開発されているが、これも適用範囲が３００
℃までであり、これを超える高温環境下では使用できな
い。水の水素密度は有機材料と同程度であり、軽水炉で
は減速材および冷却材として使用されている。しかし、
Ｎａを冷却材として用いる高速炉や、３００℃を超える
温度も想定する使用済核燃料の輸送容器等については、
適用にあたって安全上の問題がある。

金属水素化物は、有機材料や水と同程度の水素密度を有
することから、高温で比較的解離圧の低い系を選択する
ことにより、７００℃を超える高温下で安定な中性子遮
蔽材あるいは減速材としての特性を有している。しかし
、金属水素化物は一般に脆く、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ため、解離水素を閉じ込める構
造上の工夫が必要である。

中性子吸収材としては、ステンレス鋼やＢ４Ｃが採用さ
れてきた。ステンレス鋼は、構造体としての強度および
安定性に優れるものの、中性子遮蔽能力が低く、過大な
重量と体積が必要とされる。また、Ｂ４Ｃは、中性子減
速能および吸収能に優れ、制御棒材料として使用されて
いる他、中性子遮蔽体としても採用されてきたが、中性
子の吸収に伴い発生するＨｅガスにより生しるスエリン
グにより劣化が問題となっている。

γ線に対する遮蔽性能に優れる材料としてはｐｂがよく
知られており、使用実績も豊富である。しかし、ｐｂは
融点が低く、３００℃を超える高温での使用は不可能で
ある。一方、ＷやＭｏ等の高融点かつ高密度の金属もγ
線遮蔽材としての実績があるが、一般に硬く、延性に欠
けるため、任意の形状に成形・加工することは困難であ
る。

〈発明が解決しようとする問題点〉従来、γ線、中性子線等の各種放射線が入り混じった環
境の遮蔽には、上記の各種材料の単体を積層あるいは単
純に混在したものを用いるのが一般的であり、効率的な
組合せによる耐熱性、成形性、加工性、さらには構造体
部材としての適用性、コスト等について課題がある。例
えば、積層材は組合せによっては使用温度に制限が生じ
ることや、成形・加工性が劣るため、任意の形状の構造
体に成形するには、必要以上に体積や重量が大きくなる
といった短所がある。

特に、耐熱性が要求される分野への適用については、各
組合せ材の特性（熱膨張率、化学的相互作用等）の違い
を考慮する必要があり、最適組合せを得ることは難しい
。

そこで本発明は、超高速中性子減速材、高速中性子減速
材、中性子吸収材、γ線遮蔽材といった各種材料の微粉
末の混合割合を任意に設定することができ、しかも各遮
蔽材の特性の違いや加工、成形性等の問題を解消して、
γ線や中性子線等の各種放射線が入り混じった環境での
効果的な遮蔽を行うことができる放射線遮蔽材を提供す
ることを目的としてなされたものである。

〈問題点を解決するための手段〉すなわち本発明による放射線遮蔽材は、無機バインダー
に超高速中性子減速材、高速中性子減速材、中性子吸収
材及びγ線遮蔽材微粉末のそれぞれ単独または複数を添
加、均一に混合して成形加工した放射線遮蔽材であって
、無機バインダー１００重量部に対し、超高速中性子減
速材２０〜１００重量部、高速中性子減速材２０〜３０
０重量部、中性子吸収材２０〜５０重量部及びγ線遮蔽
材１００−１５００重量部を含有し、無機バインダーは
常温で硬化する無機結着材からなり、超高速中性子減速
材はＦｅ、Ｆｅ０１ＢｅＯ又はＬｉＨから選ばれ、高速
中性子減速材は水素の解離が８００℃まで非常に少なく
かつ水素／金属比が０．７以上のＴｉ、Ｚｒ、Ｙ、Ｇｄ
、Ｅｕ、Ｈｆ、Ｔｈ又はＵの金属水素化物から選ばれか
つ上記金属水素化物の微粉末表面に酸化物被膜を生成さ
せて複合粉末としてあり、中性子吸収材はＥｕ、ＥｕＢ
　　、Ｂ、Ｂ４Ｃ。

Ｇｄ又はＧｄ２Ｏ３から選ばれ、γ線遮蔽材はＷ又はＷ
Ｏ３から選ばれ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、化学組成及び成形
プロセスについて詳述する。

１）、成形体構造添付図面に模式的に示すような構造を有する。

すなわち、遮蔽を必要とする環境での放射線（中性子線
、γ線）の割合に応じて、中性子減速材１、中性子吸収
材２及びγ線遮蔽材３の微粒子粉末（寸法５〜１００μ
■）の混合割合を決め、これら微粉末粒子と無機バイン
ダー４を混合して成形体としたものである。高速中性子
減速材として使用する金属水素化物に関しては、その原
料粉末表面に酸化物被膜を生成させ、解離により発生す
る水素ガスの放出を抑制する構造を持つ。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を加
熱して表面に酸化被膜を生成させる方法や、蒸着等の手
段によりＺｒＯ，５ｉｎ２等を被覆する方法がある。

無機バインダーにより機械的強度、熱的安定性を与える
とともに、任意の形状に成形することを可能にする。さ
らに、無機バインダーにより中性子吸収材や減速材の中
性子により核変換反応によって発生するＨｅガスの放出
を抑制することができる。

２）、化学組成・超高速中性子減速材：Ｆｅ　Ｓ　ＦｅＯ、　　Ｂｅｄ、　　ＬｉＨ。

・高速中性子減速材：金属水素化物・中性子吸収材：Ｅｕ、Ｇｄ５Ｂ、Ｇｄ　　Ｏ、Ｂ　　Ｃ。

Ｅ　ｕ　Ｂ　ｅ　。

・γ線遮蔽材：Ｗ、ＷＯａ。

・無機バインダー：常温で硬化する無機結着材超高速中性子減速材としては、Ｆｅ、ＦｅＱ、ＢｅＯ，
ＬｉＨが使用できる。

高速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、水素化ハフニウム等の粉末であり、水素／金属比
が０．７以上のものである。これら中性子減速材は、超
高速あるいは高速中性子領域において大きな中性子散乱
断面積あるいは吸収断面積をもつ元素の単体あるいは化
合物で、約８００℃の高温においても比較的安定なもの
である。金属水素化物粉末の表面に酸化物被膜を生成さ
せることによって、解離により生じる水素ガスの放出を
抑制することができる。

中性子吸収材としては、中性子吸収能力に優れるＥｕ、
Ｇｄの単体やそれらの化合物であるＥｕＢ　　、Ｇｄ　
　Ｏ、制御棒材料として使用実績のあるＢ、８４Ｃが使
用できる。これらは、大きな中性子吸収断面積を持つ元
素の単体あるいは化合物で高温においても比較的安定な
ものである。

γ線遮蔽材としては、高原子番号でかつ高密度の金属を
基にしたＷやＷＯ３等が使用できる。

これらは、高密度かつ高原子番号の元素の単体あるいは
化合物で高温においても比較的安定なものである。

無機バインダーとしては、セメント、石膏、リン酸アル
ミニウム、珪酸ナトリウム、コロイダルシリカ、アルミ
ナゾル等の常温で硬化する無機結着材で、成形後、十分
な機械的強度を発揮でき、約８００℃まで耐熱性がある
ものが使用できる。無機バインダーに添加する各種添加
材の添加量は、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、無機バインダー１００
重量部に対して、添加材が１９５０重量部を超えると、
遮蔽材の作製が困難となる。

また、有効な遮蔽効果を得るためには少なくとも　１６
０重量部が必要である。さらに、遮蔽材の強度、耐熱性
を向上させるために、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、また水素、Ｈｅ
非透過性あるいは禦透過性物質であるＳｉＯ、ＳｉＣの
添加が可能である。

３）、成形プロセス無機バインダーに各種放射線遮蔽材微粉末を添加し、十
分均一に混合する。この混合粉末に対して、５〜５０ν
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、常温で硬化させて遮蔽材を得る。

〈実施例〉１）、製造例表１の配合表の試料Ｎ００１．２．３．４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３ｖｔ％を加えて均一に分散させる。その後、２０
０℃で２時間熱処理を行い、試料を作成した。これらの
試料の物性値を測定した結果を表２に示す。

２）、遮蔽性能評価例中性子線遮蔽評価例を表３に示す。

表３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、ｌ０００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、５ＵＳ３１［
ｆて必要な厚さを１として示したものである。

γ線遮蔽評価例を表４に示す。

表４ γ線遮蔽評価例表４の遮蔽性能評価例は、６０Ｃｏのγ線源を遮蔽材に
接して配置し、線量当量率が、　１００万分−ｅ　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　−１２の１　（
１０）、１０億分の１（１０）まで減衰するのに必要な
遮蔽材の厚さについて、ｐｂて必要な厚さを１として示
したものである。

〈発明の効果〉 ■）、成分、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、中性子吸収材、γ線遮蔽材、無機バイン
ダー材の配合率を幅広く選択し、成形・加工できるので
、遮蔽条件に適した性能の遮蔽材を設計できる。

例えば、中性子照射とγ線照射が同程度となる場所での
使用にあたっては、中性子減速材とγ線遮蔽材の比率を
半々にすること等、用途に応じた設計ができる。

２）、コンパクト化中性子減速材と中性子吸収材を一体として成形できるの
で、中性子の減速効果と吸収効果が同時に期待できる。

特に、中性子減速材の添加により、中性子吸収材の効果
が増すため、中性子吸収材の量を低減できる。さらに、
中性子遮蔽に伴い発生する２次γ線に対してもγ線遮蔽
材を添加することで効果がある。

３）、任意の形状に成形できる。

中性子減速材、中性子吸収材、γ線遮蔽材微粉末を無機
バインダーにより効果的にくるんでいるので、成形性や
成形後の加工が極めて容易である。さらに、使用上十分
な機械的強度を与えることが可能である。

４）、耐熱性に優れる耐熱性に優れる原材料を選択し、耐熱性無機バインター
により成形しているので、約８００’Ｃまての高温での
使用が可能である。

【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・・・中性子減速材２・・・中性子吸収材３・・・γ線遮蔽材４・・・無機バインダー特許出願人　　動力炉・核燃料開発事業団株式会社　ア
　ス　り代　　理人　　　　　　尾　　股　　行　　雄

Claims

【特許請求の範囲】

１、無機バインダーに超高速中性子減速材、高速中性子
減速材、中性子吸収材及びγ線遮蔽材微粉末のそれぞれ
単独または複数を添加、均一に混合して成形加工した放
射線遮蔽材であって、無機バインダー１００重量部に対
し、超高速中性子減速材２０〜１００重量部、高速中性
子減速材２０〜３００重量部、中性子吸収材２０〜５０
重量部及びγ線遮蔽材１００〜１５００重量部を含有し
、無機バインダーは常温で硬化する無機結着材からなり
、超高速中性子減速材はＦｅ、ＦｅＯ、ＢｅＯ又はＬｉ
Ｈから選ばれ、高速中性子減速材は水素の解離が８００
℃まで少なくかつ水素／金属比が０．７以上のＴｉ、Ｚ
ｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｈｆ、Ｔｈ又はＵの金属水素化物
から選ばれかつ上記金属水素化物の微粉末表面に酸化物
被膜を生成させて複合粉末としてあり、中性子吸収材は
Ｅｕ、ＥｕＢ＿６、Ｂ、Ｂ＿４Ｃ、Ｇｄ又はＧｄ＿２Ｏ
＿３から選ばれ、γ線遮蔽材はＷ又はＷＯ＿３から選ば
れることを特徴とする放射線遮蔽材。