JPH06180388A

JPH06180388A - 耐熱性中性子遮蔽材

Info

Publication number: JPH06180388A
Application number: JP35240192A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Anayama; 義正穴山; Mitsuhiko Tochiuchi; 三彦栃内; Kiyoo Hattori; 清男服部; Yoshimi Ogawa; 好巳小川; Shoji Tsugi; 昭次都木
Original assignee: SANOYA SANGYO KK; Gun Ei Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: SANOYA SANGYO KK; Gun Ei Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1992-12-11
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 1994-06-28

Abstract

(57)【要約】【目的】高遮蔽性能を有しながら、かつ優れた耐熱性
を併せ持つ中性子遮蔽材を提供する。【構成】高速中性子減速材料として水酸化アルミニウ
ム等無機水酸化物と熱中性子吸収材料として無機ホウ素
化合物、酸化ガドリニウム等との合計粉末１００重量部
に、耐熱性に優れ水素原子含有量の多いノボロイド繊維
１０〜５０重量部を添加し又は添加せずして得た原料
に、バインダーとして耐熱性に優れ水素原子供給源とし
て有効なフェノール樹脂１０〜１００重量部（固形分換
算）を加えて均一混合し該混合物を型込めし加熱、加圧
成形硬化し所望形状の遮蔽材を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放射性物質や放射線廃
棄物の輸送、貯蔵容器、原子力施設、器具等の防護に有
効な遮蔽性、耐熱性に優れた中性子遮蔽材に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】中性子線の遮蔽では高速中性子の減速
と、減速によって生じた熱中性子の吸収を考慮する必要
があり、高速中性子の減速はほぼ同じ質量の水素原子と
の衝突によりエネルギーが吸収され減速されるので、水
素原子個数の多い物質が遮蔽に有効に働く。又、熱中性
子の吸収には、熱中性子捕獲断面積の大きい元素が有効
であるので、ガドリニウム、ホウ素、リチウム等を含有
する物質が効果的である。従って、従来中性子線の遮蔽
材は、水素原子個数の多い物質、即ち水、パラフィン、
ポリエチレン、ポリプロピレン、エポキシ樹脂、アクリ
ル樹脂等の有機高分子材料の単独、又はこれにガドリニ
ウム、ホウ素、リチウム等の熱中性子吸収材料を分散、
含有せしめた材料が良く知られている。又、見掛け上安
価な遮蔽材として、結合水を材質中に取り込み硬化する
コンクリートも、構造材料を兼ね使用されている。

【０００３】上記、従来の技術のなかで、水やパラフィ
ンは良く使われている材料であるが、使用する為には特
別な水槽や、パラフィン容器が必要であり、特に槽は完
全に漏れない様に細心の注意が必要であると共に、水質
そのものも純水に近いものが望ましいとされている。
又、パラフィンは比較的低温で溶融し発火しやすい為、
火災に細心の注意が必要であると共に防火設備が必要と
なり、結果的にコスト高となってしまう。又、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂
は、加熱により容易に軟化流動する欠点があり、自燃性
の為、火災に対しての注意と、防火設備が必要である。
又、熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂は耐熱性には優れてい
るものの、なお、１００℃以上の加熱で軟化傾向を示し
脆くなる欠点がある。コンクリートは、比較的低温の加
熱に対しては強度劣化は少ないが、本来遮蔽性能が十分
でなく、又、加熱による結合水の飛散があり、遮蔽性能
が劣化するため、遮蔽厚を厚くする必要があり、結果と
して施設の有効面積が小さくなる等の問題がある。又、
吸水性である為、防水塗装を施したり、ポリマーコンク
リートを上塗りする等高価になる欠点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
の有する前記問題点に鑑み、高遮蔽性能を有しながら、
且つ優れた耐熱性を併せ持つ中性子遮蔽材を提供するこ
とを目的とする。発明者らは、近年その耐熱性ゆえ、耐
火物の一次バインダー、二次バインダーとして脚光を浴
びているフェノール樹脂も優れた耐熱性と水素原子含有
量に富むことに着目し、更に同目的の耐熱材料としてノ
ボロイド繊維を用いることに想到し、試験研究を進め、
本発明を完成した。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、無機水
酸化物及び金属水素化物の群からなる高速中性子減速材
料から選ばれた１種以上の化合物と、無機ホウ素化合
物、酸化ガドリニウム及びリチウム化合物の群からなる
熱中性子吸収材料から選ばれた１種以上の化合物の合計
１００重量部にフェノール樹脂１０〜１００重量部（固
形分換算）を加えて均一混合し成形加工してなる耐熱性
中性子遮蔽材、及び前記混合物に更にノボロイド繊維１
０〜５０重量部を添加して均一混合し成形加工してなる
耐熱性中性子遮蔽材が提供される。フェノール樹脂には
ノボラック型及びレゾール型があるが、ノボラック型フ
ェノール樹脂では硬化剤であるヘキサメチレンテトラミ
ンによる架橋反応及び縮合反応を繰り返し、レゾール型
フェノール樹脂ではメチロール基の縮合反応による架橋
を繰り返し、それぞれ最終的には強固なベンゼン環の三
次元網状構造となり、熱抵抗性が増すと考えられる。フ
ェノール樹脂とポリエチレンやポリプロピレン、エポキ
シ樹脂等他の樹脂との耐熱性に関する決定的な違いは、
加熱後の残炭率に見られる。フェノール樹脂は、コール
タール、ピッチとほぼ同程度の５０％台の残炭率を示
し、エポキシ樹脂等の１０％以下の残炭率を遥かに凌
ぎ、前述三次元網状構造の耐熱性の高さをうかがわせ
る。反面、中性子遮蔽性能に有効な水素原子の含有量
が、ポリエチレン，エポキシ樹脂と比べ数％も少なく、
その分、遮蔽性能には不利となる。発明者らは、中性子
遮蔽において、性能に重要であるのは、単に水素含有重
量％ではなく、遮蔽材単位容積当たりの水素原子数であ
ることに着目し、製法の研究を重ね、遮蔽材の高密度化
により高い水素原子密度を保持させ、高遮蔽性、高耐熱
性の中性子遮蔽材の創出に成功したものである。

【０００６】本発明による耐熱性中性子遮蔽材は、無機
水酸化物及び金属水素化物よりなる群の高速中性子減速
材料と、無機ホウ素化合物、酸化ガドリニウム、無機リ
チウム化合物よりなる群の熱中性子吸収材料とを混合し
た遮蔽原料粉末に、液状フェノール樹脂又は、液状フェ
ノール樹脂に粉末フェノール樹脂を加えたバインダーを
添加し、真空脱気をしながら、高速ミキサーにより３〜
１０ｍｍ径の扁平状の原料チップと成し、この原料チッ
プを所要サイズの金型に充填し、熱間加圧成形により所
望の形状に成形したものである。又、更に本発明による
耐熱性中性子遮蔽材は、無機水酸化物及び金属水素化物
よりなる群の高速中性子減速材料と、無機ホウ素化合
物，酸化ガドリニウム，無機リチウム化合物よりなる群
の熱中性子吸収材料との混合物の遮蔽原料粉末に、耐熱
繊維としてノボロイド繊維を高速ミキサーにて均一分散
せしめた後、液状フェノール樹脂又は、液状フェノール
樹脂に粉末フェノール樹脂を加えたバインダーを添加
し、真空脱気をしながら、再度高速ミキサーにより３〜
１０ｍｍ径の扁平状の原料チップと成し、この原料チッ
プを所要サイズの金型に充填し、熱間加圧成形により所
望の形状に成形したものである。これらの成形物の熱間
加圧成形は常法によるものでよいが、その後、さらに最
高温度１６０〜１８０℃で４時間〜８時間保持のアフタ
ーベーキングを行ない、遮蔽成分を多量に含有する堅
牢、高密度の耐熱性に優れた遮蔽材とする。

【０００７】本発明に中性子減速材料として用いる無機
水酸化物は、結合水の分解温度が最低２００℃以上で、
且つ水素原子含有量が多い物質が望ましく、この様な水
酸化物としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシ
ウム、水酸化第二鉄、水酸化バリウム等が挙げられる。
又、金属水素化物としては、加熱条件下での水素解離が
少なく、水素原子含有量が多く、且つ低コストの物質が
望ましく、水素含有量が約４％で水素原子の解離温度の
高い水素化マグネシウムニッケル合金が適当である。熱
中性子吸収材料として用いる無機ホウ素化合物には、灰
ホウ石、無水ホウ砂、炭化ホウ素、窒化ホウ素、酸化ホ
ウ素が挙げられる。酸化ガドリニウムは、熱中性子捕獲
断面積が格段に大きく、その含有量が多い程遮蔽性能に
有効であるので、少なくとも純度９０％以上のものが望
ましい。又、高価な原料であるので、遮蔽材コストとの
兼ね合いより数％の使用が適当である。リチウム化合物
は、炭酸リチウム、フッ化リチウム、酸化リチウムより
選ばれる。これらの原料粉末は高速中性子減速材料群、
及び、熱中性子吸収材料群の各群より単独、又は２種以
上を混合使用することができ、また、これらの群の混合
割合は高速中性子減速材料群１重量部に対し熱中性子吸
収材料群１〜２重量部の範囲が適当である。又、これら
の遮蔽原料粉末の粒度は粗粒すぎると原料の偏在が生
じ、分散性が悪くなり遮蔽性能にも悪影響を及ぼし、細
粒過ぎるとフェノール樹脂の加熱硬化時のガスぶくれ、
クラック等の欠陥を生じさせるので、３０〜３６０メッ
シの範囲が適当である。

【０００８】本発明に用いるフェノール樹脂は、レゾー
ル型、ノボラック型のどちらでもよく、又、これらを併
用したものでもよい。又、更に各種変性樹脂、即ちクレ
ゾール変性フェノール樹脂、メラミン変性フェノール樹
脂、尿素変性フェノール樹脂、フラン変性フェノール樹
脂等いずれも使用出来る。フェノール樹脂の形態として
は中間原料としてチップを造る時、液状が好ましいが、
粉状のものも液状のものとの併用により使用できる。液
状樹脂の溶媒としては水及び有機溶媒の何れでもよく、
樹脂固形分５０〜６０％のものが適当である。また、フ
ェノール樹脂中の水素原子含有量は、バインダーとして
の性能を損なわない程度に多い方が好ましく、５％以上
の含有量の樹脂が適当である。本発明に用いるノボロイ
ド繊維は、フェノール樹脂繊維とも呼ばれ、宇宙開発の
研究から生まれた特殊機能型繊維で、有機繊維でありな
がら防炎性が高い、高温下で熱収縮が少ない、耐
熱性に優れる、有機溶剤、酸に対する抵抗性が高い、
等の特徴を有する繊維である。該繊維は遮蔽材製造時の
分散性、及び製品強度を考慮しファイバー状で、繊維長
さ５〜２０ｍｍ、繊維径１０〜３０μｍで、且つ水素原
子含有量５％以上の繊維が適当である。

【０００９】本発明の遮蔽材料において望ましい配合比
率は、高速中性子減速材料及び熱中性子吸収材料の遮蔽
原料粉末合計１００重量部に対しフェノール樹脂１０〜
１００重量部（固形分換算）である。ここで、フェノー
ル樹脂が１００重量部を超えると、硬化時の発生ガスに
よるガスぶくれ、クラック等の欠陥が多くなり、好まし
くない。又１０重量部未満では、バインダーとしての働
きが十分でなく、且つ水素原子含有量も減少するので、
遮蔽性能が低下し好ましくない。一方、ノボロイド繊維
を含有した遮蔽材における望ましい配合比率は、高速中
性子減速材料及び熱中性子吸収材料との遮蔽原料粉末合
計１００重量部に対し、ノボロイド繊維１０〜５０重量
部、フェノール樹脂１０〜１００重量部（固形分換算）
である。ここで、ノボロイド繊維が５０重量部を超える
と、製品密度が低下し、その結果単位容積当たりの遮蔽
有効成分が少なくなり遮蔽性能が低下する。又、１０重
量部未満の場合は耐熱性が低下する方向に働き好ましく
ない。

【００１０】

【実施例】以下に本発明を実施例、比較例により更に具
体的に説明する。［実施例１］高速中性子減速材料として水酸化アルミニ
ウム２５重量部、水酸化マグネシウム２０重量部、水素
化マグネシウムニッケル合金（日本重化学工業(株)製）
１５重量部及び熱中性子吸収材料として灰ホウ石１０重
量部、炭酸リチウム１０重量部、炭化ホウ素１０重量
部、酸化ガドリニウム１０重量部をリボンミキサーで１
０分間混合し、この遮蔽材原料粉末１００重量部に液状
のフェノール樹脂（群栄化学工業(株)製、商品名ＰＬ−
２２３９；メタノール溶性、固形分６０％）を固形分換
算で６０重量部加え、ヘンシェルミキサーにて真空脱気
を行いながら、２０分間回転し、３〜１０ｍｍ径の扁平
状のチップと成し、このチップを５０℃で、減量が１重
量％以下になる迄乾燥し、次に加熱温度１２０〜１３０
℃でプレス圧５０ｋｇ／ｃｍ²、プレス保持時間６０分
の条件で加圧成形し、２０×２０×２．５ｃｍの成形体
とし、この成形体を１８０℃で６時間のアフターベーキ
ングを行い実施例１の遮蔽材を得た。

【００１１】［実施例２］高速中性子減速材料として水
酸化アルミニウム２５重量部、水酸化マグネシウム２０
重量部、水素化マグネシウムニッケル合金（日本重化学
工業(株)製）１５重量部及び熱中性子吸収材料として灰
ホウ石１０重量部、炭酸リチウム１０重量部、炭化ホウ
素１０重量部、酸化ガドリニウム１０重量部をリボンミ
キサーで１０分間混合し、この遮蔽材料粉末１００重量
部にノボロイド繊維（群栄化学工業(株)製；商品名カイ
ノール繊維ＫＦ−０２０６）２０重量部を加え、ヘンシ
ェルミキサーにて２分間解繊、分散させ、液状のフェノ
ール樹脂（群栄化学工業(株)製、商品名ＰＬ−２２３
９；メタノール溶性、固形分６０％）を固形分換算で４
０重量部加え、真空脱気を行いながら、更にヘンシェル
ミキサーにて２０分間回転し、３〜１０ｍｍ径の扁平状
のチップと成し、このチップを５０℃で、減量が１重量
％以下になる迄乾燥し、次に加熱温度１２０〜１３０℃
でプレス圧５０ｋｇ／ｃｍ²、プレス保持時間６０分の
条件で加圧成形し、２０×２０×２．５ｃｍの成形体と
し、この成形体を１８０℃で６時間のアフターベーキン
グを行い実施例２の遮蔽材を得た。

【００１２】［比較例１］高速中性子減速材料として水
酸化アルミニウム２５重量部、水酸化マグネシウム２０
重量部、水素化マグネシウムニッケル合金（日本重化学
工業(株)製）１５重量部及び熱中性子吸収材料として灰
ホウ石１０重量部、炭酸リチウム１０重量部、炭化ホウ
素１０重量部、酸化ガドリニウム１０重量部をリボンミ
キサーで１０分間混合し、この遮蔽材原料粉末１００重
量部にエポキシ樹脂（ビスフェノール系；硬化剤アミン
系）６０重量部加え、ケミカルミキサーで真空脱気を行
いながら２０分間混練し、型に流し込み２５℃で２４時
間硬化させ、２０×２０×２．５ｃｍの遮蔽材を得た。［比較例２］市販のポリエチレン板を２０×２０×２．
５ｃｍとし、これを遮蔽材とした。［比較例３］市販のコンクリート板を２０×２０×２．
５ｃｍとし、これを遮蔽材とした。以上の本発明に係る
実施例Ｉ、２と比較例１、２、３の物性値を表１に示
す。

【００１３】

【表１】

【００１４】次に、性能評価として熱試験と中性子遮蔽
試験を行い、その結果を表２及び表３に示す。

【００１５】

【表２】

【００１６】

【表３】

【００１７】表２でその結果が示されている熱試験は、
２００℃で２４時間加熱後の物性により遮蔽材の耐熱性
を評価したものであるが、実施例では何れの試験項目も
物性の劣化が比較例よりも遥かに小さく、且つ数値レベ
ルが優れており本発明の高耐熱性を示している。表３で
その結果が示されている中性子遮蔽試験は、中性子線源
と測定器の間に前記の内容の遮蔽材を１枚〜１０枚配置
し各板毎に減衰率を測定し、各試料の中性子線減衰曲線
を得て、この曲線より、線量当量率が１０分の１に減衰
するのに必要な遮蔽材厚さを求め、比較したものであ
る。表３より明かな如く、熱試験前の比較では、実施例
１、２は比較例２（ポリエチレン）には劣るものの、そ
れに近い遮蔽性能であり、比較例１（エポキシ樹脂）よ
り優れ、比較例３（コンクリート）よりかけ離れて優れ
ている。又、２００℃で２４時間加熱による熱試験後の
比較では、比較例２（ポリエチレン）は溶融変形し、比
較例１（エポキシ樹脂）はクラックの多発及び変形する
為に測定不能であったが、実施例１、２では加熱前と殆
ど差が無かった。比較例３（コンクリート）は劣化傾向
が見られ、又、かけ離れて劣る性能であった。本発明の
実施例１、２は、加熱後においても優れた遮蔽材である
ことを示している。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、従来遮蔽性能は優れて
いるが耐熱性に劣るポリエチレン、或いは遮蔽性能は十
分ではないが熱的にはそこそこ効果のあるコンクリート
等の短所を解消し、長所を両立させた、即ち、耐熱性に
優れ、少なくとも２００℃、条件によっては２００℃以
上でも使用可能であり、且つ、遮蔽性能の優れた中性子
遮蔽材が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者服部清男栃木県鹿沼市茂呂2626番地サノヤ産業株式会社総合研究所内 (72)発明者小川好巳群馬県高崎市宿大類町700番地群栄化学工業株式会社内 (72)発明者都木昭次群馬県高崎市宿大類町700番地群栄化学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無機水酸化物及び金属水素化物の群から
なる高速中性子減速材料から選ばれた１種以上の化合物
と、無機ホウ素化合物、酸化ガドリニウム及びリチウム
化合物の群からなる熱中性子吸収材料から選ばれた１種
以上の化合物の合計１００重量部にフェノール樹脂１０
〜１００重量部（固形分換算）を加え均一混合し成形加
工してなる耐熱性中性子遮蔽材。
【請求項２】無機水酸化物及び金属水素化物の群から
なる高速中性子減速材料から選ばれた１種以上の化合物
と、無機ホウ素化合物、酸化ガドリニウム及びリチウム
化合物の群からなる熱中性子吸収材料から選ばれた１種
以上の化合物の混合物合計１００重量部にノボロイド繊
維１０〜５０重量部及びフェノール樹脂１０〜１００重
量部（固形分換算）を加え均一混合し成形加工してなる
耐熱性中性子遮蔽材。