JPH0527088A - 透明な高速中性子遮蔽材および遮蔽方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速中性子の遮蔽性に優れ、透明で遮蔽材を
通して放射線源あるいは照射物等の被遮蔽内容物の観察
が容易であり、しかも常温で実質的に固体であり、加熱
により容易に流動性を持ち、複雑な形状を有する被遮蔽
物に対する施工の容易な高速中性子遮蔽材及び該遮蔽材
を用いる高速中性子の遮蔽方法を提供すること。 【構成】 粘度平均分子量が２００００〜８００００の
範囲にある水素原子密度７．０×１０²²個／ｃｍ³以上
の透明ポリマーからなる透明な高速中性子遮蔽材および
上記透明ポリマーとしてポリイソブチレンを遮蔽材とし
て用いる高速中性子の遮蔽方法により目的を達成でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高速中性子遮蔽材および
高速中性子の遮蔽方法に関する。更に詳しくは、高速中
性子の遮蔽性に優れ、透明で遮蔽材を通して放射線源あ
るいは照射物等の被遮蔽内容物の観察が容易であり、し
かも常温で実質的に固体であり、加熱により容易に流動
性を持ち、複雑な形状を有する被遮蔽物に対する施工の
容易な高速中性子遮蔽材及び該遮蔽材を用いる高速中性
子の遮蔽方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力施設や放射性物質の取扱に於いて
は、人体保護や測定の妨害になる放射線を減少させるな
どのために、放射線の遮蔽が重要な課題となっている。
特に遮蔽が問題となる放射線は、透過力の大きいγ線と
中性子である。

【０００３】前者に対しては、鉛等原子番号の大きい元
素が有効であり、また後者に対しては、ポリエチレン組
成物や塩素化ポリエチレン組成物（特開昭５６−１３３
３４９号公報、特開昭５６−１３１６４９号公報、特公
昭５９−４２２８０号公報）、流動パラフィン組成物
（特開昭５８−２６２９９号公報）、パテ状組成物（特
開昭５９−２０８５００号公報）、不飽和ポリエステル
組成物（特公昭５９−３３８７４号公報）等から成る遮
蔽材が提案されており、両者では遮蔽対策が異なること
が知られている。

【０００４】原子炉の炉心などで発生するいわゆる核分
裂中性子の多くは１ＭｅＶ以上のエネルギーを持った高
速中性子である。このような高速中性子に対しては、水
素原子の遮蔽効果が大きいことが知られている。すなわ
ち、高速中性子の減衰量は次式（数１）で計算すること
が出来る。

【０００５】

【数１】

【０００６】ここで、Ｉは強度Ｉ₀で入射した高速中性
子が厚さｘの遮蔽材を透過した後の強度を示す。Σ_Rは
中性子除去断面積で Σ_R＝Ｎ₀／Ａ×σ_R×ρ から計算できる。ここでＮoはアボガドロ数（６．０２
×１０²³個／ｍｏｌ）、Ａは原子量（ｇ／ｍｏｌ）、σ
_Rは除去断面積（ｂａｒｎ／ａｔｏｍ）、ρは密度（ｇ
／ｃｍ³）である。

【０００７】σ_Rは原子に固有の値で水素１．００、炭
素０．８１、酸素０．９９などであり、例えば炭化水素
の構成単位ＣＨ₂は１．００×２＋０．８１＝２．８１
である。これらは原子当りの値であるので原子量の小さ
い水素は重量当りに換算すると他の原子、例えば炭素や
酸素等に較べると重量すなわち遮蔽材の単位厚さ当りの
遮蔽効果が極めて大きい。

【０００８】このため、遮蔽材料として、水や、分子内
に水素を多量に含む炭化水素化合物がよく使われてい
る。この中で水は安価であり、水素密度も比較的高くし
かも透明であるため好ましいが、流動性が高すぎるた
め、遮蔽のための水を入れた容器が腐食などにより開孔
した場合流出してしまうなどの欠点がある。

【０００９】そこで、流動性をもたないものとしてポリ
エチレンが用いられるが、固体であるため放射線源の形
状に合わせた成形が困難であり、実際上の施工には板ま
たはブロックを組み合わせるなどの手段が取られる。こ
のため、複雑な形状をした場所に充填使用することが困
難であり、施工に手間がかかり、板またはブロック間の
放射線シールも問題となる。しかもポリエチレンは透明
性が不十分であるため内容物の観察ができない欠点があ
る。

【００１０】その他の炭化水素として流動パラフィンな
ども使われるが水と同様流出の危険をともなう上、密度
が一般に０．８６〜０．８８ｇ／ｍｌと低いため水素原
子密度が表１に示すごとく小さく、更に加熱時には引火
の危険性もある。

【００１１】粘度の高い炭化水素油、たとえばポリブテ
ン等も用いられるが、これらは無色透明ではなく、ポリ
エチレン同様内容物を観察することができない。透明な
遮蔽材料としてアクリル樹脂なども知られており任意の
形状の型枠内で重合硬化できることから成形加工性にも
優れているが、水やパラフィン系炭化水素に較べるとモ
ノマー中に酸素原子を含むため水素原子密度が表１に示
すように低く、遮蔽能力が劣る。その他の透明な固形プ
ラスチック類はいずれも水素原子密度が低く、成形加工
が容易でない等の問題を有する。このように、従来は水
素原子密度が高く、成形加工が容易であり、常温で実質
的に固体で流出の危険がなく、しかも透明であり外部か
ら被遮蔽物質の観察が容易な遮蔽材料は知られていなか
った。

【００１２】

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上の状況に鑑み、本
発明は下記の１〜５の特性を全て有する高速中性子遮蔽
材およびそれを用いる高速中性子の遮蔽方法を開発する
ことを課題とした。 １．高速中性子に対する遮蔽性に優れる。 ２．常温で実質固体で容器の開孔時にも流出の恐れがな
い。 ３．加熱により容易に流動性をもち、複雑な形状をした
放射線遮蔽容器壁として容易に充填或は貼付が可能であ
るような優れた成形加工性を有する。 ４．火災に対しても比較的安全である。 ５．しかも透明で内容物の観察が容易である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決すべく鋭意研究した結果、粘度平均分子量が２００
００〜８００００の範囲にある水素原子密度７．０×１
０²²個／ｃｍ³以上の透明ポリマーが上記の特性を全て
有しており、これを高速中性子の遮蔽材として用いるこ
とにより本発明の目的を達成できることを見いだして本
発明を完成するに至った。

【００１５】本発明の第１の発明は、粘度平均分子量が
２００００〜８００００の範囲にある水素原子密度７．
０×１０²²個／ｃｍ³以上の透明ポリマーからなる透明
な高速中性子遮蔽材である。

【００１６】本発明の第２の発明は、粘度平均分子量が
２００００〜８００００の範囲にある水素原子密度７．
０×１０²²個／ｃｍ³以上の透明ポリマーを透明壁材間
に積層してなる透明な高速中性子遮蔽材要素である。

【００１７】本発明の第３の発明は、水素原子密度７．
０×１０²²個／ｃｍ³以上の透明ポリマーがポリイソブ
チレンである請求項１に記載の透明な高速中性子遮蔽材
である。

【００１８】本発明の第４の発明は、水素原子密度７．
０×１０²²個／ｃｍ³以上の透明ポリマーがポリイソブ
チレンである請求項２に記載の透明な高速中性子遮蔽材
要素である。

【００１９】本発明の第５の発明は、粘度平均分子量が
２００００〜８００００の範囲にあるポリイソブチレン
を遮蔽材として用いる高速中性子の遮蔽方法である。

【００２０】本発明で用いる粘度平均分子量２００００
〜８００００、水素原子密度７．０×１０²²個／ｃｍ³
以上の透明ポリマーは、粘度平均分子量と水素原子密度
がこの範囲にあれば特に限定されるものではない。然
し、特に好ましい態様は粘度平均分子量が２００００〜
８００００の範囲にあるポリイソブチレンからなる透明
な高速中性子遮蔽材である。また本発明の高速中性子の
遮蔽方法は、該透明ポリマーを遮蔽材として用いる高速
中性子の遮蔽方法であるが、特に好ましい態様は該ポリ
イソブチレンを遮蔽材として用いる高速中性子の遮蔽方
法である。上記のポリイソブチレンは単独で使用して
も、あるいは透明性を損なわない範囲で他の有機物また
は無機物を配合して使用してもよい。

【００２１】また、本発明で用いる粘度平均分子量２０
０００〜８００００の透明ポリマーやポリイソブチレン
は他の透明部材と積層して使用してもよい。透明部材は
透明であって機械的強度を有するならば特に限定される
ものではなく、例えばアクリル樹脂、ポリエステル樹
脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリブタジエ
ン、ポリ塩化ビニール、ポリ塩化ビニリデン、セロファ
ンなどの透明性樹脂あるいはガラスなどの無機物で、そ
れ自身或る程度は高速中性子の遮蔽能力を持つものであ
っても或は全く持たないものであってもよい。積層する
透明部材が高速中性子あるいは高速中性子以外の放射線
に対する遮蔽能力を持つものであれば本発明の目的に対
して更に好ましくなる。

【００２２】本発明で用いる粘度平均分子量２００００
〜８００００の透明ポリマーは、常温で実質固体とはい
え、硬度など機械的強度は必ずしも高くないので、表面
は容易に傷つき易く、また完全な平面を保ちにくいた
め、機械的強度がより高い透明部材と積層して用いるこ
とにより、遮蔽材自体の機械的強度を高めるとともに、
透視性を更によくすることができる。なお、本発明の透
明性とは、透明ポリマー単独あるいはこれと壁材とを組
み合わせた場合に、目視により内部が視認できる程度の
透明性をいう。

【００２３】本発明において特に好ましい透明ポリマー
であるポリイソブチレンはイソブチレンのカチオン型触
媒による重合物を指し、粘度平均分子量はフローリー法
によって測定された値を指す。粘度平均分子量は２００
００〜８００００、好ましくは３００００〜６００００
の範囲にあるものが良い。２００００よりも低いものは
流動性が高く、充填或は貼付後の形態保持性に劣り、８
００００より高いものは加熱溶融時の粘度が高く、複雑
な形状の放射線源に対する充填など成形加工が容易でな
くなる。

【００２４】上記ポリイソブチレンはイソブチレンを塩
化アルミニウム等のルイス酸を触媒とし、触媒に対し不
活性の炭化水素溶媒中、液相で、０℃以下の温度条件下
で約１時間重合して得られる。あるいはまた、容易に入
手できるものとして、例えばテトラックス３Ｔ、４Ｔ、
５Ｔあるいは６Ｔ（商品名、日本石油化学（株）製、粘
度平均分子量はそれぞれ３００００、４００００、５０
０００、及び６００００、密度は何れも０．９２３ｇ／
ｍｌ）等が使える。

【００２５】本発明のポリイソブチレンの合成原料は重
合物の透明性を損なわない範囲で重合原料にイソブチレ
ン以外の他のオレフィン、たとえばｎ−ブテン等を含ん
でいても差し支えない。その結果重合物に若干の他のオ
レフィンとの共重合物が含まれる結果になっても、通常
は無色で透明性が損なわれないために使用することがで
きる。

【００２６】高速中性子に対する遮蔽性は前述のように
水素原子の密度に比例し、その化合物の構造には影響さ
れない特徴がある。本発明で用いる粘度平均分子量が２
００００〜８００００のポリイソブチレンは表１に示し
たごとく、その水素原子密度が７．９×１０²²個／cm³
と高く、通常のポリエチレンの７．９×１０²²個／c
m³、高密度ポリエチレンの８．２×１０²²個／cm³とほ
ぼ同等の水素原子密度を有しており、このため、高速中
性子に対する遮蔽性もポリエチレン同様に優れている。

【００２７】しかも、ポリエチレンが実質的に不透明な
固体であるのに対し、本発明で用いるポリイソブチレン
は常温で実質固体であり、加熱により容易に充填作業が
行えるような流動性を持たすことが出来、しかもポリエ
チレンなどと異なり透明である特徴を備えている。

【００２８】また、本発明で用いるポリイソブチレンは
引火点が２４０〜２５０℃（ＪＩＳ−Ｋ−２２６５ Ｃ
ＯＣ法）と高く、はるかに低分子量である流動パラフィ
ン（分子量１４０〜７００、引火点７０〜２００℃）や
ポリブテン（分子量５００〜２５００、引火点１６０〜
２３０℃）などの公知の炭化水素系高速中性子遮蔽材と
較べると火災の危険性に対してもより安全である。

【００２９】これらのポリイソブチレンを遮蔽材として
用いるには加熱溶融して必要な所に充填、注型、トラン
スファー、押出、射出するなどするか、あるいはクラッ
クや穴などに貼付するなどして用いることが出来る。ま
た、ガラスあるいはアクリル樹脂などの透明な板の間に
挟んで遮蔽要素として用いれば容易に内部を観察するこ
とができる。

【００３０】大型の遮蔽容器の場合、例えば鉄製容器で
型枠を作成し、その中に流し込むこともできる。この際
は内部観察用の窓とするため鉄製枠の一部を透明壁材に
より構成すればよい。アクリル樹脂のようにその溶融温
度がポリイソブチレンの溶融温度と接近している型枠内
に充填する場合には、予め溶融温度の高い仮枠内に流し
込み冷却固化後移しかえるとか、あるいは冷却固化後仮
枠を取り去り替わりにアクリル樹脂枠で挟むなどの手段
を適宜使用することができる。このようなポリイソブチ
レンを用いた遮蔽材で放射線源の周囲を覆うことによ
り、高速中性子を容易に遮蔽することが可能で、しかも
遮蔽材を通して放射線源である内容物を直接肉眼で観察
することができる。

【００３１】

【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明するが、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明は実施
例に限定されるものではない。 実施例１ （ポリイソブチレンの合成）攪拌機、底抜き弁および冷
却コイルを備えた硝子製５００ｍｌオートクレーブにイ
ソブチレン６０ｇ、溶媒としてヘキサン１４０ｇを張り
込み、冷却コイルに冷媒を循環して−１０℃に冷却し
た。その後、触媒として塩化アルミニウム粉末をヘキサ
ン中に１０％分散したスラリーを加え、気相を窒素で置
換した後密封し、冷媒を循環して内容物を−１０℃に保
ちつつ２００分攪拌を続けて重合した。重合終了後温度
を約５℃に上げ１％水酸化ナトリウム水溶液を加えて攪
拌洗浄、室温で静置分離して触媒を除去し、最後に水洗
した。水相を除去後、しばらく攪拌を続けて未反応イソ
ブチレンを蒸発させ、ロータリーエバポレータで減圧下
でヘキサンを除去しポリマー４９ｇを得た。

【００３２】このポリマーは無色透明で、密度０．９２
３ｇ／cm³、フローリー法による粘度平均分子量４３０
００、流動点約８０℃（ＪＩＳＫ−２２６９）であっ
た。元素分析の結果Ｃ８５．７％、Ｈ１４．３％であ
り、この値と密度（０．９２３ｇ／cm³）から求めた水
素原子密度は７．９×１０²²個／cm³であり、この値か
ら高速中性子遮蔽能が極めて高いことが明かである。こ
のポリマーを１８０℃に加熱し、４ｃｍ×４ｃｍ×２ｃ
ｍの型枠に充填し、冷却後枠を分解して取り出したとこ
ろ、透明で均質な直方体のポリマーブロックが得られ
た。

【００３３】実施例２ （ポリイソブチレンの物性）フローリー法による粘度平
均分子量５００００のポリイソブチレン（商品名、テト
ラックス５Ｔ イソブチレン結合単位１００％ 日本石
油化学製）の物性を測定した。このポリイソブチレン
は、室温で無色透明な実質固体、密度０．９２３ｇ／cm
³、２５℃における針入度１１５（ＪＩＳＫ−２２０
７、１００ｇ×５ｓｅｃ）、２００℃、２ｍｍＨｇ、３
０分の条件下に置ける蒸発減量０．０％、引火点２４８
℃（ＪＩＳＫ−２２６５、ＣＯＣ法）、流動点９７．５
℃（ＪＩＳＫ−２２６９）であった。このポリイソブチ
レンの水素原子密度は７．９×１０²²個／cm³であり、
この値から高速中性子遮蔽能が極めて高いことが明かで
ある。このポリマーを１８０℃に加熱し、４ｃｍ×４ｃ
ｍ×２ｃｍの型枠に充填し、冷却後枠を分解して取り出
したところ、透明で均質な直方体のポリマーブロックが
得られた。

【００３４】実施例３ （遮蔽板の作成）５０ｃｍ×５０ｃｍ×５ｃｍの箱枠を
鉄製アングルを用いて組み立てた。この箱枠の各面に、
片面をＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム
で覆った厚さ４ｍｍの木製合板をＰＥＴ面を内側にビス
どめし箱を作成した。この箱に、実施例２のポリイソブ
チレンを約２００℃に加熱溶融したものを気泡が入らぬ
よう注意しながら流し込んだ。冷却固化後、木製合板を
はずし替わりに厚さ５ｍｍのアクリル樹脂製透明板をビ
スどめして貼り透明な高速中性子遮蔽板を作成した。こ
の遮蔽板は厚さ５ｃｍのポリイソブチレン層からなり、
しかも遮蔽板を通して向い側を明瞭に観察することがで
きた。

【００３５】実施例４ （遮蔽容器の作成）実施例３と同様にして各辺が５０ｃ
ｍ厚さ５ｃｍの立方形の升型容器を作成した。この容器
内に放射線源を格納し上部を実施例３と同じ遮蔽板で蓋
をした。この容器は５ｃｍのポリイソブチレン層を通し
てあらゆる角度から内部放射線源を観察することができ
た。

【００３６】比較例１ フローリー法による粘度平均分子量９００００のポリイ
ソブチレン（イソブチレン結合単位１００％）を用い実
施例３を繰り返した。このポリイソブチレンは室温で無
色透明な実質固体ではあるが、流動点（ＪＩＳＫ−２２
６９）が１５０℃を越え、２００℃における溶融粘度は
１１０，０００ｃＳｔ（ＪＩＳＫ−２２８３）であり、
流体として取り扱うのは困難であり、箱に均一に充填す
ることが出来なかった。粘度を下げるためさらに２５０
℃に加熱すると煙を発生し分解の兆候が見られた。

【００３７】比較例２ フローリー法による粘度平均分子量１００００のポリイ
ソブチレン（イソブチレン結合単位１００％）の物性を
測定した。このポリイソブチレンは、溶融燃度が低く充
填が容易であったが、流動点（ＪＩＳＫ−２２６９）が
４０℃と低かった。このため、夏期には水と同様に容器
の開孔時に流出する危険が生ずる。

【００３８】比較例３ 数平均分子量３６００のイソブチレンとｎ−ブテン共重
合物（商品名、日石ポリブテンＨＶ−３０００、日本石
油化学製）を板厚５ｍｍのアクリル板を組み立てて作成
した５０ｃｍ×５０ｃｍ×５ｃｍ（内のり寸法）の容器
に流し込み、高速中性子遮蔽板を作成した。この共重合
物は透明ではあるがセイボルト色相が＋１０以上に着色
しており、遮蔽板は透視が困難であった。

【００３９】

【発明の効果】以上実施例を挙げて詳細に説明したごと
く、本発明の高速中性子遮蔽材は水素原子密度がポリエ
チレン同様に高く、高速中性子に対する遮蔽性に優れ、
常温で実質固体で容器の開孔時にも流出の恐れがなく、
加熱により容易に流動性をもち、複雑な形状をした放射
線源に対しても容易に充填或は貼付可能な成形加工性に
優れており、しかも火災に対して比較的安全である。そ
の上本発明の高速中性子遮蔽材は無色透明であるため、
これを用いて中性子放射線源を遮蔽すれば、遮蔽材を通
して内容物である放射線源を直接肉眼で観察することが
できる。本発明の高速中性子遮蔽材を他の硬度など機械
的強度の高い透明部材と積層して用いることにより、機
械的強度を高めるとともに透視性をよりたかめ、内部の
観察をさらに容易にする事ができる。このような優れた
特性を有する本発明の透明な高速中性子遮蔽材や高速中
性子遮蔽材要素は、シンクロトロン、原子力研究所、原
子力発電所、その他プラントなどの高速中性子を含む中
性子放射線を発生する所で放射線源を遮蔽するのに使用
することができ、その産業上の利用価値は甚だ大きい。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粘度平均分子量が２００００〜８０００
   ０の範囲にある水素原子密度７．０×１０²²個／ｃｍ³
   以上の透明ポリマーからなる透明な高速中性子遮蔽材。
2. 【請求項２】 粘度平均分子量が２００００〜８０００
   ０の範囲にある水素原子密度７．０×１０²²個／ｃｍ³
   以上の透明ポリマーを透明壁材間に積層してなる透明な
   高速中性子遮蔽材要素。
3. 【請求項３】 水素原子密度７．０×１０²²個／ｃｍ³
   以上の透明ポリマーがポリイソブチレンである請求項１
   に記載の透明な高速中性子遮蔽材。
4. 【請求項４】 水素原子密度７．０×１０²²個／ｃｍ³
   以上の透明ポリマーがポリイソブチレンである請求項２
   に記載の透明な高速中性子遮蔽材要素。
5. 【請求項５】 粘度平均分子量が２００００〜８０００
   ０の範囲にあるポリイソブチレンを遮蔽材として用いる
   高速中性子の遮蔽方法。