JPS58201099A - 中性子遮蔽用構造物 - 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】 本発明は中性子遮蔽用構造物、特に熱可塑性樹脂に硼素
化合物及び／又はリチウム化合物を充填した厚物成形物
を切削加工し、これらを積層して大型又は異形の形状品
とした中性子遮蔽用構造物に関する。

従来から中性子遮蔽能を有する材料としてはいろいろ提
案されている。

例えば水、コンクリート、熱可塑性樹脂硼素、リチウム
、鉄、鉛、カドミウム、タングステン、水銀、白金など
がある。

また、これらを併用して所望の用途に利用しようとする
提案、例えば熱可塑性樹脂に硼素やリチウム等の元素を
含有する化合物等を分散させ、これを５ｒｒ／ｒｒ１以
下のシートとし、これを医療用や分析用の機器、原子力
の中性子遮蔽用材料とする方法がある。

（特開昭５６−１２２８４８号、特開昭５２−１３１０
９７、特開昭５２−１２７５９７号）しかし、このよう
な薄物のシートでは中性子エネルギーの大きい分野にお
いて、その遮蔽能力に限界があり実用的でない。又、肉
厚形状のものや、球状のもの等の特殊な要求に対しては
薄物のシートを積層する他はないが、その作業が繁雑で
あり、又その製造が困難な場合もあり、その中性子遮蔽
能にも問題があった。

本発明はこれらの欠点を解決することを目的とするもの
であって、熱可塑性樹脂に硼素化合物及び／又はリチウ
ム化合物を充てんした中性子遮蔽能を有する厚物成形体
を所望の形状寸法に切削加工し、これを積層することに
より、従来のシート状物を積層する方法に比べて所望の
形状寸法のものを簡単に得られ、しかも中性子の遮断が
確実に行うことができる、すぐれた中性子遮蔽用構造物
を提供しようとするものである。

すなわち、本発明は硼素化合物及び／又はリチウム化合
物とを主成公表する厚さが少なくとも１０ｒｒ／ｒｒ１
以上の成形体からなり、しかもその成形体中に前記化合
物が３重量％以上充填されたものであって、かつ前記成
形体を所定形状となるように切り出し、これを積層又は
組合せてなる中性子遮蔽用構造物である。

以下本発明をさらに詳しく説明する。

本発明は中性子遮蔽能を有する硼素化合物及び／又はリ
チウム化合物を充填した厚物成形体を所望の形状に切断
、切削加工し、これらを積層することを特徴とする中性
子遮蔽用構造物である。

本発明に用いられる合成樹脂としては、特に制限はない
が、例えばポリエチレンは高密度ポリエチレン、比重０
．９５〜ｏ、９７ｇ／”、平均分子量ａπ ３万以上のもので、特に１０万以上のものが好ましい。

ポリゾロピレンは密度０．９０〜０．９２　’４３、平
均分子量３万以上のもので、特に１０万以上のものが奸
才しい。その他ポリエステル、ポリアミドなどの樹脂が
好適なものとしてあげられる。

次に本発明に用いられるリチウム及び硼素化合物として
は、弗化リチウム、炭酸リチウム、酸化リチウム、炭化
硼素、ホウ素及び無水硼酸、窒化硼素などが挙げられる
。これらの化合物のリチウム元素及び硼素元素の中には
同位元素として、それぞれリチウム、及び硼素が存在し
ており、これによって中性子遮蔽性能が発揮されるが、
通常これらの同位元素の天然で存在する割合はリチウム
元素の場合は約７〜８％硼素元素で約１９〜２０％であ
り、本発明に用いる無機リチウム及び／又は硼素化合物
として、前記同位元素の混合量を人工的に増加させた、
いわゆる同位元素濃縮物を用いることが好ましい。

又、硼素元素はリチウム元素より中性子吸収能が太きい
が、２次ガンマ−線が発生しやすい為低ガンマー線、熱
中性子照射物の中性子遮蔽材としては硼素、リチウム化
合物併用による遮蔽材も総合的遮蔽効果が大きい。

硼素元素、リチウム元素の割合は特に規定されないが、
リチウム化合物中のリチウム元素含有率の多いものが有
利であり、又、硼素化合物粉末の粒径分布に近いものの
方が分散が良好であり成形物の機械的強度も良好である
。これらの粒度は重量平均経０．５〜５００μ好ましく
は０．５〜３００μ、さらに好ましくは平均粒径０．５
〜２０μ、最大粒径６０μ以下のものであり、その粒子
形状は粒子径の長短比２以下の微粉である。

粒子径の長短比２以下としたのは、これをこえると成型
機の摩耗が激しくなるからである。本発明の成形体中に
含有されるべき前記化合物の量としては３〜６５重量％
であり、３重量％未満では本発明の目的を達成すること
は困難であり、６５重量％をこえると押出成形による厚
物の成形は困難となる。

次に本発明の成形体を製造する方法の具体例について説
明する。

まず前記した原料である合成樹脂と硼素及び／又はリチ
ウム化合物をヘンシェルミキサー等の混合機で均一にな
るように十分混合し、次いで、これを−軸又は二軸の押
出機よりペレットとし、これを押出成形機に入゛れて厚
肉の板状、円筒状ｌこ成形する。さら匿説明すると、原
料混合のヘンシェルミキサーでの混合は３０分程度で十
分である。

又、ペレットとする場合の押出機のシリンダ一温度は使
用する合成樹脂の種類にもよるが、１６０〜３３０°Ｃ
程度で十分である。

なお、原料にポリエチレン、ポリプロピレンを用いた場
合、その原料混線時に、その分散性流動性を向上させる
ために、分子［１０００〜４０００程度の低密度のポリ
エチレンワックスをポリエチレン、ポリプロピレンに対
して５〜１５重量％程度添加すればよい。その添加量が
少ないとその効果は少なく、多いと成形体の寸法安定性
が悪くなる。

成形温度としては押出機のヒーターの温度をポリエチレ
ンの場合は１７０〜２５０℃、ポリゾロピレンの場合は
温度１９０〜３００’Ｃで操作すればよいが、ダイス冷
却制御を充分に管理する他、収縮を十分考慮して、押出
速度を決める必要がある０ 以−Ｈのようにして肉厚の成形体、具体的には肉厚１０
ｒ／ｒ１１以上の板状、直径１０ｒ／ｒｒ１以上の円筒
状に成形する。

次いでこれを切削加工し、所望の寸法形状のものとし、
これを積層又は組合せて中性子遮蔽用構造物として使用
する。

以上説明したように本発明は合成樹脂中に硼素及び／又
はリチウム化合物を含有させた押出成形による肉厚の成
形体を切削加工して所望の形状とし、これらを積層して
中性子遮蔽用の構造物とするものであって従来から知ら
れている厚さ５ｒＴ／／ｒｒ１程度のシートを積層した
ものでは十分な中性子の遮蔽が出来ず、しかもその製造
に手間がかかる他、異形形状の製造が困難であったのを
本発明により解消したものである。

以下実施例を挙げて説明する。

実施例１ 密度ｏ　、９５５　’４３　、メルトインデックス（以
下Ｍ１と略記）　６．Ｏ１１７１０分である三井石油化
学工業■商品名［ハイゼツクス２１００　ＧＰＪの高密
度ポリエチレン粉末５０Ｉｃｇと重量平均粒径４．３μ
ｍ粒径６μｍ以下９０重ｆ％以上である電気化学工業■
登録商標「デンカボロン１００ＯＪの炭化硼素８末１５
に、ｇをヘンシェルミキサーに入れ３０分間攪拌し混合
した。これを６５ｒｒ／ｍ単軸スクリュー押出機を用い
、そのシリンダ一温度１８０〜２３０°Ｃに調整して、
直径５ｆｆｌ／ｒ１１長さ１０ｍ／ｍのペレットとした
。

次に、これを厚さ１００′／ｍ１幅１０００ｍ／ｍに調
整した板押出ダイスを装着した押出成形機を用い、押出
成形温度１８０〜２２０℃として板を連続的に成形した
。得られた板は寸法安定性が良く、幅１０００ｍ／ｍに
対して、２０１′／ｒ！１以内、厚さ１００ｍ／／ｒ１
１に対して３ｒｎ／ｎ以内であった。この板の四隅、及
び中央部を５０ｍ／／ｒｍのコアカッターで切り抜き、
硼素元素の分析を行った結果、硼素濃度１７．３±０．
６％であった。

次に中性子遮蔽能力試験を行なうため直径９００−の円
板を機械切削用バイトにより切り出し、このものの熱中
性子に対する遮蔽性能をビーム状による透過試験を行な
った。その結果透過率（１鑞当り）　８．ＯＸ　Ｉ　Ｏ
−６で良好な遮蔽能力を得た。

更に、この板状成形物を外径１０００ｍ／ｒｍ１内径６
０ｍ′／／ｒｎの厚肉円板に加工し、これを多層組合せ
て中性子コリメーターの遮蔽材きして用いたところ非常
に優れた遮蔽効果を示した。

又サイクロトロンに於ける遮蔽コリメーターの成形体に
加工し、組合せて使用したところ充分な遮蔽効果を示し
た。

実施例２ 密度０．９５８９／ｃｍ３、Ｍｌ、０．４５９／１０分
である三井石油化学工業■商品名［ハイゼツクス５００
０　Ｓ　Ｊの高密度ポリエチレンペレット５０にｇと分
子量１０００、密度０．９０９７ｃｍ３である三井石油
化学工業■商品名「三井ハイワックス１１０ＰＪ５にｇ
と、重量平均粒径１．３μｍ、粒径４μｍ以下９０重量
％以上である電気化学工業■登録商標「デンカボロン１
５００Ｊ２５にｙｈを用いて、シリンダ一温度１６０〜
２１０°Ｃとした匂外は実施例１と同様に行なってペレ
ットとした。

これを押出成形機により、外径２００　ｍ／ｍの丸棒と
し、これを旋盤の外周及び厚さ１０ｍ／ｒｒ１の円板に
切断した。これを１０個作成し、その周辺及び中央部の
硼素元素分析を調べたところ、平均２３重量％標準偏差
±３％で、炭化硼素の分析状態は非常に良好であった。

又、中性子遮蔽能力を実施例１と同様に試験した結果、
透過率（１α当り）　５　Ｘ　１０−”で非常番こ良好
であった。

この円筒状押出成形体を旋盤を用いて中空パイプに加工
し、又、このものを半円筒状に２つ割りしたもの及び実
施例１から得られた成形体を組合せて、原子炉設備の壁
、床のケーブルコンジット、ダクト、パイプなどの貫通
する開口部のパツキン材、シール材として用いたところ
、施工操作も容易で、作業時間も非常に短縮でき、優れ
た遮蔽材として使用された。

実施例３ 密度０．９１　、！９７ｃｍ”、Ｍｌ　　２５Ｆ７１０
分である三井石油化学工業■商品名「スーパーハイフロ
ーＪ　８００Ｊのポリプロピレンペレット２５／ｃｙ七
密度０．９２９／ｃｍ３分子量２０００である三井石油
化学工業■商品名［三井ハイワックス２２０ＰＪ１．２
５にｇ及び重量平均粒径２６μｍ１粒径３５μｍ以下９
０重量％以上、粒径長短径比２以下の電気化学工業■商
品名「デンカボロン４００」の炭化硼素１．２５にｇを
用い、３０′／ｍ単軸スクリュー押出機でそのシリンダ
一温度２２０〜２６０℃で操作した以外は実施例１と同
様に行なった。

得られたペレットは直径２ｒ／ｒｒ１、長さ５ｒｒ／ｒ
ｒｌのものであった。

コノモノヲ厚ミ２０ｒｒ／／、１１幅５００ｒｒ／／ｒ
１１ニ調整シた板押出ダイスを装着したポリゾロピレン
押出成形機に、押出成形温度２００〜２４０°Ｃに調整
し、板を連続的に押出し、成形した。得られた成形板の
硼素分析結果は３．２±０．２％であった。又、実施例
１と同じ方法で中性子遮蔽能力を測定したところ透過率
（１ｃＩｒＬ当り）　１．２　Ｘ　１０−２の良い遮蔽
能力を示した。

実施例１．２及び３で得られた板状加工体及び円筒加工
体を組合せて、原子炉への核燃料及び使用済燃料の燃料
出入設備（通称コフィン本体及びドアバルブ）の高速中
性子、熱中性子遮蔽材として使用した。

又、大型成形体は、グローボックスの壁材、医療用加速
器設備の内ばり材及び扉の内ぶた等の建築構造材として
も充分な遮蔽効果を示した。

実施例４ 実施例１で用いたと同様の高密度ポリエチレン粉末［ハ
イゼツクス２１００ＧＰＪ　１（１１？と重量平均粒径
１０μ、粒径４４μ以下９０重量％以上の弗化リチウム
微粉末３にｇを実施例１と同様に行なってペレット化し
た。これを押出成形機により、実施例１と同様操作で、
厚さ５０ｒ′ｒ／ｒｒ１、幅１０００”／ｍの板を押出
成形した。リチウム濃度の分析を行なったところ５．６
％±０．５％さ良好な分散状卵を示した。又、中性子遮
蔽能力を実施例１吉同様に試験、測定したところ、透過
率（１ｃｒ／Ｌ当り）１、Ｉ　Ｘ　１０−２と良い遮蔽
能力を示した。これを二次ガンマ−線放射を避けた中性
子医療装置及び中性子遮蔽医療用パネル板、及び、貯蔵
容器の小箱等の成形体に組立てて使用したところ遮蔽効
果は十分であった。

実施例５ 密度０．９５６　ｇ／ｃＴＬ３、Ｍ　１　６．０　ｇ７
１０分、三井石油化学工業■商品名［ハイゼツクス２１
００ＪＰＪの高密度ポリエチレン粉末５０にｇと、実施
例２で用いた「三井ハイワックス１１０Ｐ４５にｇとを
あらかじめ良く混合しておき、該混合物と、［デンカボ
ロン１２００Ｊ１４にｇと酸化リチウム微粉末４６にｇ
とをヘンシニルミキサーで混合したものを、神戸製鋼所
■の２ＦＣＨ装置で混練し、ペレット化した。このペレ
ットを押出成形機で、実施例２の条件と同様にして、直
径３０ｏｒｒ／ｒ］１の丸棒を押出成形した。

このものより厚さ１０ｒｒ／ｒ１１の円板を切断し、硼
素及びリチウム元素の分析を行なった吉こる各々、９％
±０．５％以内によく分散していた。この成形体を切削
加工し、中性子捕獲断面積を測定する実験装置、液体シ
ンチレーション検出器、コンプトン抑止形Ｎａ　ｌ検出
器、ＭｏｘｏｎＪＬａｅ形検出器等の　　。

中性子減速及び遮蔽構造材として用いた。又、核分裂計
装管、三軸型中性子分光器ファントム（人造人間）の成
形体に用いたところ遮蔽効果は十分であった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱可塑性樹脂と硼素化合物及び／又はリチウム化合物と
   を主成分とする厚さが少なくとも１０−以上の成型体か
   らなり、しかもその成形体中に前記化合物が３重量％以
   上充填されたものであって、かつ前記成形体を所定形状
   となるように切り出し、これを積層又は組合せてなる中
   性子遮蔽用構造物。