JPH0489600A

JPH0489600A - 中性子遮蔽材

Info

Publication number: JPH0489600A
Application number: JP20383290A
Authority: JP
Inventors: Shigeyasu Sakamoto; 阪元　重康; Tomokazu Kobayashi; 小林　智和; Osamu Kuwabara; 脩桑原; Toshio Morihiro; 敏夫森弘
Original assignee: Tokai University; Nippon Oil Corp
Current assignee: Tokai University; Eneos Corp
Priority date: 1990-08-02
Filing date: 1990-08-02
Publication date: 1992-03-23

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、原子炉設備、使用済み核燃料処理設備又は移
送容器、ラジオアイソトープ設備又は装置等において、
中性子を遮蔽するために利用することができる中性子遮
蔽材に関する。

〈従来の技術〉従来、中性子を遮蔽する材料としては、中性子自体が無
電荷の軽量な粒子であるため、軽い原子核を多量に含む
材料、即ち水素密度の高い材料が好適であることが知ら
れており、例えば水、ポリエチレン、パラフィン等が一
般に使用されている。

また軽い原子核との衝突で減速されて得られる熱中性子
を効率良く吸収するために、炭化ホウ素、窒化ホウ素等
のホウ素化合物やフッ化リチウム、炭酸リチウム等のリ
チウム化合物を前記材料中に適量混入することも知られ
ている。これら従来の遮蔽材料は、通常ブロック状、板
状又は複雑な形状に加工するか若しくは水の場合には、
所望の形状の容器に入れて使用されており、実際には、
それらを積み重ねたり、組合せて中性子遮蔽壁とする他
、保管容器、運搬容器、遮蔽扉、中性子線取比し口、検
出器の遮蔽体、電線、配管回り等の内張りや充填物とし
て用いられている。

しかしながら、例えばポリエチレンやパラフィンを遮Ｗ
ｉ１Ｍ又は内張りに使用する場合には、接合部に隙間が
生ずるという欠点がある。そこで、このような欠点を解
決するために、例えば遮蔽材料を互い違いに積み重ねる
方法、組合せ構造とする方法或いはペレット、粉等の細
片を目地詰め材として用いる方法等が実施されているが
、従来のポリエチレンやパラフィンから成る遮蔽材料自
体が、柔軟性と密着性に欠ける固形物であるため、隙間
の発生を完全に防止することができないのが現状であり
、しかも前記各々の方法では材料自体を余分に使用しな
ければならず、経済的にも不利である。

更にまた前記ポリエチレンやパラフィンから成る遮蔽材
料は、炭化水素で構成される燃焼性の高い物質であるた
めに、例えば火災等が発生した場合、単に中性子の遮蔽
能力が失なわれるのみならず、遮蔽材料自体が火勢を強
め、被害を増大させる恐れがある。

また遮蔽材料として水を使用する場合にも、容器に入れ
て使用しなければならないために、前述と同様に、容器
間の接合部に隙間が生ずるという欠点がある。このよう
な欠点を解決するために、中性子線源全体を覆うことが
できる一体成形した容器を用いることが考えられるが、
このような容器は大型であり、しかも構造的にも複雑で
あるため、製造が極めて困難であるという欠点がある。

更に前記容器自体に柔軟性と密着性を持たせることによ
って隙間を防止しようとする試みもなされている。即ち
、ゴムあるいは軟質プラスチックの様な変型性を有する
物質の薄膜で容器を作製し。

その中に水を充填して作ったブロックを単独で、あるい
は積み重ねて又は組合せて遮蔽材とする方法であるが、
出来上ったブロック自体にある程度以上の強度がなけれ
ば実際には使用できず、しかも水を中性子遮蔽材として
用いる場合には、漏水が問題となる。即ち腐食、亀裂等
の原因によって容器が破損した場合、単に遮蔽能力が失
なわれるのみならず、電気系統にも被害がおよぶという
欠点がある。

〈発明が解決しようとする課題〉本発明の目的は、従来の中性子遮蔽材と、同等以上の遮
蔽能力を有し、且つ柔軟性、密着性等に優れ、任意形状
に容易に加工することができる中性子遮蔽材を提供する
ことにある。

また本発明の別の目的は、優れた初期耐火性を有し、且
つ漏水の恐れがない中性子遮蔽材を提供することにある
。

〈課題を解決するための手段〉本発明によれば、ポリビニルアルコールと水とを主成分
とする水溶液をゲル化して得られる高含水ゴムからなる
ことを特徴とする中性子遮蔽材が提供される。

以下本発明を更に詳細に説明する。

本発明の中性子遮蔽材は、低加流ゴムと同程度の柔軟性
、弾性力及び機械的強度を有する高含水ゴムであるのが
好ましい、該高含水ゴムからなる遮蔽材は、水溶液の段
階で予め調整を行うことにより、所定の含水率とするこ
とが可能であるが、含水率を変化させても中性子の遮蔽
能力に有位な差は生じない。これは、中性子の遮蔽が高
含水ゴム中に多量に含まれる水素原子によって達成され
るのであるが、高含水ゴムを構成する主成分であるポリ
ビニルアルコール（以下ＰＶＡと略す）及び水に含まれ
る単位体積当りの水素原子数がほとんど同じだからであ
る。しかしながら、含水率が高ければ火災に対する安全
性が増すので、本発明による中性子遮蔽材を使用する場
合には、含水率を好ましくは８０重量％以上、特に好ま
しくは８５〜９０重量％とするのが望ましい。また該高
含水ゴムの主な物性値としては、例えば前記含水率に加
えて、反発弾性７５％以下、伸び率３００〜５００％、
弾性率（Ｎｍ−２）１０’、引張強度（ｋ　ｇ／ｃＩｆ
）　１０−１００、可逆弾性１００％以上、分子量５〜
１５万、耐熱温度４５℃以下等の物性値を挙げることが
できるが、前述のとおりこれらの物性値は、本発明の中
性子遮蔽効果に直接関係するものではないので、特にこ
れらの値に限定されるものではない。

本発明の中性子遮蔽材を製造するには、例えばＰＶＡ水
溶液を反復凍結法若しくは凍結、部分脱水法等によりゲ
ル化することにより得ることができ、具体的には例えば
、けん化度９５モル％以上、好ましくは９８モル％以上
であり、重合度が１０００以上のＰＶＡを使用し、所望
の含水量とするようにＰＶＡ水溶液を調整する。この際
初期のＰＶＡ水溶液に含有される水の量が、Ｉ１８高含
水ゴムの含水量とすることができる。次いで得られたＰ
ＶＡ水溶液を、第１の方法として、中性子遮蔽の目的に
応じた任意形状の成形用鋳型へ注入し、−１０℃以下の
温度に冷却・同化・解凍することによってＰＶＡヒドロ
ゲル、即ち高含水ゴムからなる中性子遮蔽材を得ること
ができる。この際前記解凍処理は、１回でもよいが、機
械的強度に富む素材を望む場合には、前記凍結・解凍操
作を反復して行うことが好ましい、前記反復回数は、９
回以上行っても効果に変化がなく、経済的に不利なので
、特に２〜８回の範囲内で反復操作することが望ましい
。また第２の方法としては、前記第１の方法において行
った凍結・解凍操作の代わりに、冷却固化体を融解させ
ることなく、真空・部分脱水処理することによっても得
ることができる。

この際脱水率（冷却・固化ゲルの重量減少率）は、３重
量％以上、好ましくは３〜３５重量％の範囲であること
がゲルの形態保持性、加工性の観点から望ましい。更に
第３の方法としては、前記ＰＶＡ水溶液を成形用鋳型へ
注入し、次いで−９〜−３℃、好ましくは−７〜−５℃
に冷却保持した後、たとえば、振動音波、超音波の付与
、圧力変動、レーザ照射等の物理的刺激により前記温度
に保持されたＰＶＡの分子に何らかのエネルギーを与え
、更に、−５〜＋５℃、好ましくは一３〜Ｏ℃に保持す
る方法によっても得ることができる。

これら、第１〜第３に示す方法は公知の方法であって、
その詳細は、例えば特開昭５７−１３０５４２号公報、
特開昭５９−５６４４６号公報又は特願昭６３−３２７
９８３号公報に既に提案されている方法である。

本発明では、軽い原子核との衝突で減速されてできる熱
中性子を効率良く吸収する目的で、ホウ素化合物やリチ
ウム化合物を適量、好ましくはＰＶＡの１／２量以下添
加することも可能である。

該ホウ素化合物やリチウム化合物としては、この目的の
ために１通常良く用いられる炭化ボロン（Ｂ、Ｃ）、窒
化ボロン（ＢＮ）、あるいはフッ化リチウム（Ｌ　ｉ　
Ｆ）、炭酸リチウム（Ｌｉ２Ｃ○３）等を使用すること
ができる。

本発明の中性子遮蔽材は、ブロック、板等に成形するこ
とにより、公知の中性子遮蔽材と同様に使用することが
できる。また隙間等の狭い箇所においても、例えば細片
等にすることにより容易に充填することができる。

〈発明の効果〉本発明の中性子遮蔽材は、ポリエチレン、パラフィン、
水等の広く一般に使用されている材料と同等の中性子遮
蔽能力を有し、隙間を発生することなく組立が可能な柔
軟性と密着性を持ち、任意の形状にして隙間の充填用に
使用できる加工性を持つことに加え、火災発生時の安全
性に優れ、また漏水の恐れがない。従って、従来の中性
子遮蔽材にかわっての利用が期待される。

〈実施例〉以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

ス」１」Ｙ平均重合度１０００．ケン化度９８．５モル％のＰＶＡ
の２０重量％水溶液を、縦横各３０国、深さ５１の型枠
に注入し、−３０℃で凍結・固化・成形した後に解凍す
るという一連の操作を８回繰り返し、３０Ｘ３０Ｘ５ｍ
、含水率８０重量％の板状のＰＶＡヒドロゲルからなる
高含水ゴムを８枚得た０次いで、得られた８枚の板の中
性子遮蔽効果を調べるために、東海大学カリフォルニウ
ム（””Ｃｆ）中性子実験装置（ＴＵＣＦ）を用いて異
なる時期に２回測定を行った。その結果を表１及び第１
図に示す。

失胤叢スＰＶＡヒドロゲルの含水率が７２重量％となる様に予め
調整した以外は、実施例１と同様な条件で板状の高含水
ゴム８枚を製作した。得られた８枚の高含水ゴムを用い
て実施例１と同様な条件で測定を行ない中性子遮蔽効果
を調べた。その結果を表１に示す。

よ較机上二１実施例１で製造した高含水ゴムの代わりに、平均分子量
４２０００のポリエチレン（比較例１）、パラフィン（
比較例２）、水（比較例３）を用いた以外は実施例１と
同様に測定を行った。その結果を表１に示し、また比較
例１については第１図にも示す。

表　　１表１及び第１図の結果より、本発明の高含水ゴムからな
る中性子遮蔽材は、従来の中性子遮蔽材として知られる
ポリエチレン、パラフィン及び水と同等の遮蔽能力を有
していることが判った。

失見板主平均重合度１７００．ケン化度９９．０モル％のＰＶＡ
の１２重量％水溶液を型枠に注入し、＝２０℃で凍結・
固化・成形した後に解凍するという一連の操作を４回繰
り返し、５「厚の含水率８８重量％のＰＶＡヒドロゲル
からなる高含水ゴムのシートを得た０次いで得られたシ
ートをハサミでｌＸ２ｃｌＩの大きさに細断した。得ら
れたＰＶＡヒドロゲルの細片を、中央に１５０Ｘ２０■
のスリットを有する３００Ｘ３００Ｘ２０■のポリエチ
レン板９枚を積み重ね、一体化するように両端をボルト
締めした構造物の該スリット部及び３００Ｘ３００Ｘ２
０ｍのポリエチレン板の中央に３０φの棒を垂直に設置
し、次いで中央に６０φの穴を有する３００Ｘ３００Ｘ
２０■のポリエチレン板８枚を、該３０φの棒が設置さ
れた板上に積み重ね、一体化するように両端をボルト締
めした構造物の前記棒と穴との間隙に、少量づつ丹念に
押し込んで充填したところ、いづれも容易に充填するこ
とができた。また前記高含水ゴムを充填したスリット部
を有する構造物について、実施例１と同様に中性子遮蔽
試験を行った。その結果を比較として比較例１のポリエ
チレンの結果とともに第２図に示す。第２図より充填物
がポリエチレンと同等な中性子遮蔽効果を有しているこ
とが判った。従って、得られた高含水ゴムは柔軟性、密
着性及び機械的強度について優れていることが判った。

失に剪土平均重合度１７００、ケン化度９９．０モル％のＰＶＡ
の１６重量％水溶液を型枠に注入し、−２５℃で凍結・
同化・成形した後に解凍するという一連の操作を８回繰
り返し、形状の異なる高含水ゴムの試料（引張試験機用
試料、球、化学分析用試料）を各５つづつ得た。次いで
得られた試料を用いて主要物性を測定した。その結果を
表２に示す。

表　　２実　例５、比較例４５平均重合度１５００．ケン化度９９．０モル％のＰＶＡ
の１５重量％水溶液を型枠に注入し、２５℃で凍結・固
化・成形後に解凍するという一連の操作を２回繰り返し
て厚さ１１、含水率８５重量％のＰＶＡヒドロゲルから
なる板状の高含水ゴムとした後、ハサミで切断して寸法
が２．５×１１、重量１５ｇの小片に加工した（実施例
５）。

次いで比較としてポリエチレン（比較例４）及びパラフ
ィン（比較例５）の１１厚板を同様な寸法及び重量とな
る様に加工した。次いで得られた各々の小片２個（１０
ｇ）づつを直径５ｃｍ、深さ１１のステンレス製シャー
レに入れ、シャーレ底部をＬＰＧバーナーで加熱すると
共に、電流を流して赤熱させた極細ニクロム線のコイル
をシャーレ中心の底抜から１．５１の高さの位置にＨＮ
し、着火源とし、各小片の着火性及び燃焼性を調べた。

その結果、高含水ゴム小片では、加熱開始後数秒でシャ
ーレ底板に接する部分が溶解し始め、溶解液が激しく沸
騰しなから固相は徐々に小さくなり、５６秒後には完全
に消失した。さらに加熱を続けると溶解液は、激しく沸
騰しながら徐々に黄色味を帯びてくると共に、明らかに
粘度の高まって行くことが観察された。さらに加熱を続
けるとシャーレ底部から徐々に茶色に焦げ始め着火した
。加熱開始から着火までに要した時間は２分４ｏ秒であ
った１着火後直ちに火炎及び着火源をシャーレから遠ざ
けたが、小片はそのまま燃焼し続けた。

またポリエチレン小片では、加熱開始後１７秒でシャー
レ底部に接する部分が溶解し始め、同時に小片の回りに
ポリエチレンが気火して白煙が生じ、加熱開始後２１秒
で着火した。着火と同時に直ちに火炎と着火源をシャー
レから遠ざけたが、小片はそのまま燃焼し続けた。

更にパラフィン小片では、加熱開始後５秒でシャーレ底
部に接する部分が溶解し始め、同時に小片の回りにパラ
フィンが気化して白煙が生じ、加熱開始後１２秒で着火
した。着火と同時に着火源をシャーレから遠ざけたが小
片はそのまま燃焼し続けた。

以上の結果より高含水ゴムの小片は最終的には着火、燃
焼するものの、それは含有される水分がほぼ完全に蒸発
した後に生ずるので、火災、特に初期火災に対する安全
性はポリエチレン、パラフィン等に比べて極めて高いこ
とが確認された。

失蒼舊旦平均重合度１５００、ケン化度９９．０モル％のＰＶＡ
１７．０重量％水溶液と水８０重量％及びボロンカーバ
イト（Ｂ　４　Ｃ）の粉末（平均粒径１．５μ）３重量
％を均一混合して水溶液とし、これを縦横各３０ｃｓ、
深さ５１の型枠に注入して一２０℃で凍結・固化・成形
した後に解凍するという操作を６回行い、ボロンカーバ
イト３重量％を含むＰＶＡヒドロゲルからなる板状の高
含水ゴムを製作した。得られたボロンカーバイトを含む
高含水ゴムと、実施例１で製造した高含水ゴムとを夫々
１枚及び２枚をコンクリート遮蔽体に設置し、中性子を
照射して、Ｈｅ−３カウンターＣｄカバー付きＨｅ　−
３カウンター、ボナボール検出器により透過線量を測定
した。その結果を表３に示す。

（以下余白）表３の結果より、本発明の遮蔽材にホウ素化合物を混入
することによって、熱中性子吸収効果が得られることが
判った。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１で製造した高含水ゴム及び比較例１
のポリエチレンの厚さと中性子線量との関係を示すグラ
フ、第２図は、実施例３で充填した高含水ゴム及び比較
例１のポリエチレンの厚さと中性子線量との関係を示す
グラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

ポリビニルアルコールと水とを主成分とする水溶液をゲ
ル化して得られる高含水ゴムからなることを特徴とする
中性子遮蔽材。