KR19980078181A - Silicone rubber-based neutron shielding composition - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기본 물질인 실리콘 고무에 폴리프로필렌, 수산화알루미늄 및 탄화붕소를 함유한 혼합물을 경화시켜 제조되는 중성자 차폐재 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 조성물은 일정시간 동안 유동성이 유지되어 가공이 용이하며 내열성 및 내연성이 우수한 실리콘 고무의 특성을 유지하면서 열적 및 기계적 특성, 내방사선성 그리고 중성자 차폐능이 우수한 중성자 차폐재 조성물이다.The present invention relates to a neutron shielding composition prepared by curing a mixture containing polypropylene, aluminum hydroxide and boron carbide in a silicone rubber as a base material. The composition of the present invention maintains fluidity for a predetermined period of time, And is excellent in thermal and mechanical properties, radiation resistance and neutron shielding ability while maintaining the characteristics of a silicone rubber excellent in flame resistance.

Description

실리콘 고무계 중성자 차폐재 조성물Silicone rubber-based neutron shielding composition

본 발명은 실리콘 고무 및 각종 첨가제를 적절한 비율로 포함하는 중성자 차폐제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 고무를 기본물질로 하여 여기에 첨가제로서 폴리프로필렌, 수산화알루미늄 및 탄화붕소를 함유한 혼합물을 경화시켜 얻어지는 중성자 차폐재 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a neutron shielding composition comprising a silicone rubber and various additives in appropriate proportions, and more particularly to a silicone rubber as a base material, which is prepared by curing a mixture containing polypropylene, aluminum hydroxide and boron carbide To a neutron shielding material composition.

방사성 물질의 수송 및 저장용기, 원자로, 액체금속로 등으로부터 발생되는 중성자는 에너지가 높고 투과력이 강하며, (n, γ) 반응에 의한 2차 감마선을 발생시켜 인체에 장애를 줄 수 있고, 또한 원자력시설의 구조재나 기기를 손상시킬 수 있기 때문에 중성자를 안전하게 차폐할 재료가 요망되고 있다. 현재, 물, 콘크리트, 고분자물질, 서어멧(cermet), 붕소합금 등이 사용장소 및 조건에 따라서 중성자 차폐재로서 사용되고 있다.The neutrons generated from the transportation and storage of radioactive materials, nuclear reactors, liquid metals, etc. have high energy and permeability, and can generate secondary gamma rays by (n, γ) Materials that can safely shield neutrons are desired because they can damage structural members or equipment in nuclear facilities. Currently, water, concrete, polymer materials, cermet, boron alloys, etc. are used as neutron shielding materials depending on the place and conditions of use.

물 또는 물과 에틸렌글리콜의 혼합물이 사용후핵연료 수송용기의 중성자 차폐재로 사용될 때는 온도상승에 따른 부피팽창을 고려하여 수송용기에 여분의 공간이 필요한데, 이 여분의 공간은 중성자 차폐효과를 고려하여 복잡한 구조로 만들어야 하므로 수송용기의 두께 및 무게는 증가하게 되고 수송용기의 용량(payload)은 감소하게 되는 단점이 있다.When water or a mixture of water and ethylene glycol is used as a neutron shielding material in a spent fuel transport vessel, an extra space is required in the transport container in consideration of the volume expansion due to the temperature rise. This extra space is complicated due to the effect of neutron shielding The thickness and weight of the transport container are increased and the payload of the transport container is reduced.

사용후핵연료 수송용기와 같은 복잡한 구조를 가진 용기에는 일정한 시간동안 유동성을 지녀 가공성이 우수한 중성자 차폐재가 요구되는데, 실리콘 고무는 함수소계 고분자물질 중에서 가장 내열성 및 내연성이 우수한 재료의 하나이며, 상온에서 경화되고 경화전에는 액체상이기 때문에 그 유동성을 이용하여 복잡한 형상의 주형이 가능한 이점이 있다.In a container having a complicated structure such as a spent fuel transportation container, a neutron shielding material having a fluidity for a certain period of time and having excellent processability is required. Silicone rubber is one of the most thermostable and flame resistant materials among hydrocyclic polymers, And since it is a liquid phase before curing, there is an advantage that a mold having a complicated shape can be obtained by utilizing its fluidity.

한편 종래 원자로 등에서 사용되는 실리콘 고무계 중성자 차폐재에는 열중성자를 흡수할 수 있는 붕소 화합물을 첨가한 경우가 있는데, 실리콘 고무는 원래 수소 함유량이 적기 때문에 붕소 화합물의 함유량이 많으면 수소원자수 밀도가 작게 되어 중성자 차폐능이 떨어지는 문제가 있다. 이 문제점을 해결하기 위하여 일본국 특허 제 86173198 호에서는 붕소 화합물의 함량을 줄이고 수소원자수 밀도가 저하되지 않도록 폴리프로필렌 또는 수소화 티타늄 등을 가한 중성자 차폐재를 제시하고 있다. 또한 일본국 특허 제 86290400 호에서는 붕소 화합물보다 열중성자 흡수능력이 높은 가도리늄 화합물을 첨가한 실리콘 고무계 중성자 차폐재 조성물을 제시하고 있다.On the other hand, a silicon rubber-based neutron shielding material used in a conventional reactor is sometimes doped with a boron compound capable of absorbing thermal neutrals. Since the silicon rubber originally has a low hydrogen content, a high content of boron compounds leads to a low concentration of hydrogen atoms, There is a problem that the shielding ability is reduced. To solve this problem, Japanese Patent No. 86173198 discloses a neutron shielding material in which polypropylene, titanium hydride or the like is added so as to reduce the content of boron compounds and decrease the density of hydrogen atoms. Japanese Patent No. 86290400 discloses a silicone rubber-based neutron shielding composition to which a gadolinium compound having a higher thermal neutron absorption capability than a boron compound is added.

본 발명자들은 사용후핵연료 수송용기 등에 사용되는 중성자 차폐재에 요구되는 특성들을 충족시키기 위하여 연구를 계속하여 오던 중, 함수소계 고분자물질 중에서 가장 내열성 및 내연성이 우수한 액상 실리콘고무를 기본 물질로 하여, 실리콘 고무의 특성을 살리면서 기타 우수한 내방사선 특성 및 중성자 차폐능을 가지는 실리콘 고무계 중성자 차폐재 조성물을 개발하여 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have been studying to meet the properties required for neutron shielding materials used in nuclear fuel transport containers and the like, and have found that a liquid silicone rubber having the best heat resistance and flame retardancy among the hydrotropic polymer materials is used as a base material, The present invention has been accomplished by developing a silicone rubber-based neutron shielding composition having excellent radiation resistance and neutron shielding ability while taking advantage of the characteristics of the neutron shielding material.

본 발명의 목적은 실리콘 고무를 기본물질로 하여 중성자 차폐성능을 향상시킬 수 있는 첨가제들을 포함하는 중성자 차폐재 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a neutron shielding material composition comprising an additive capable of improving the neutron shielding performance by using a silicone rubber as a base material.

도 1은 중성자 차폐재의 제조과정 및 특성시험 분석의 흐름도이고, 1 is a flow chart of a manufacturing process and a characteristic test analysis of a neutron shielding material,

도 2는 방사선이 중성자 차폐재의 인장강도에 미치는 영향을 나타낸 그래프이고, 2 is a graph showing the effect of radiation on the tensile strength of the neutron shielding material,

-○- : 차폐재-1, -□- : 차폐재-2, -△- : 차폐재-3- - -: Shielding material -1, - - -: Shielding material -2, - Δ -: Shielding material -3

도 3은 방사선이 중성자 차폐재의 압축강도에 미치는 영향을 나타낸 그래프이고, 3 is a graph showing the effect of radiation on the compressive strength of the neutron shielding material,

-○- : 차폐재-1, -□- : 차폐재-2, -△- : 차폐재-3- - -: Shielding material -1, - - -: Shielding material -2, - Δ -: Shielding material -3

도 4는 방사선이 중성사 차폐재의 경도에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다. FIG. 4 is a graph showing the effect of radiation on the hardness of the neutron shielding material. FIG.

-○- : 차폐재-1, -□- : 차폐재-2, -△- : 차폐재-3- - -: Shielding material -1, - - -: Shielding material -2, - Δ -: Shielding material -3

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 기본물질인 액상 실리콘 고무와 분말형태의 폴리프로필렌, 수산화알루미늄 및 탄화붕소를 첨가제로서 함유하는 중성자 차패재 조성물을 제공한다.To achieve the above object, the present invention provides a neutron liner material composition containing a liquid silicone rubber as a base material and polypropylene, aluminum hydroxide and boron carbide in powder form as additives.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 실시에서 중성자 차폐재의 기본물질로 사용되는 내열성 및 내연성이 우수한 상온 경화용 액상 실리콘 폴리머는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)이며, 이들은 모두 주제(base, part A)와 경화제(hardener, part B)의 2 성분으로 나누어 공급되는 부가형 2 성분형 액상 실리콘 고무로서 사용직전에 주제와 경화제의 무게비율(또는 부피비율)을 1:1로 균일하게 혼합하면 상온에서도 완전히 경화가 되며, 가열하면 보다 빠르게 경화된다.The liquid silicone polymer for room temperature curing, which is excellent in heat resistance and flame retardancy, is a polydimethylsiloxane, which is used as a base material of a neutron shielding material in the practice of the present invention. These are polydimethylsiloxane, base, part A and hardener (part B) Component type liquid silicone rubber which is divided into two components and is uniformly mixed at a weight ratio (or volume ratio) of 1: 1 between the main component and the curing agent immediately before use, do.

본 발명의 중성자 차폐재 조성물에 사용되는 첨가제로는 폴리프로필렌, 수산화알루미늄 및 탄화붕소 등이 있는데, 첨가제의 양을 많이 첨가하기 위하여서는 액상 실리콘 고무의 점도를 낮출 필요가 있는데 실리콘 고무에 첨가된 보강제인 실리카의 함량을 무게비율로 38 %로 제한하는 것이 효과적이다.The additives used in the neutron shielding composition of the present invention include polypropylene, aluminum hydroxide and boron carbide. In order to add a large amount of the additive, it is necessary to lower the viscosity of the liquid silicone rubber. It is effective to limit the content of silica to 38% by weight.

폴리프로필렌은 실리콘 고무의 수소원자수 밀도를 증가시키기 위한 목적으로 사용되는데, 입자크기가 75 ~ 150 μm인 것이 바람직하다.Polypropylene is used for the purpose of increasing the density of the hydrogen atoms in the silicone rubber, and preferably has a particle size of 75 to 150 μm.

탄화붕소(B4C)는 붕소화합물 중에서 중성자 차폐재에 가장 많이 사용되는 화합물로서 저속중성자 또는 열중성자에 대한 차폐효과가 크기 때문에 첨가된다. 탄화붕소는 특히 붕소함량이 많기 때문에 열중성자 포획면적이 넓고, 중성자로 조사할 때에도 고준위의 2차 방사선이나 장수명 2차 부산물을 발생시키지 않는 등 중성자 흡수재로서 이상적인 특징을 많이 갖고 있는데, 입자크기가 5 ~ 100 μm인 것이 바람직하다.Boron carbide (B 4 C) is the most commonly used compound in neutron shielding materials among boron compounds and is added because of its high shielding effect against low-rate neutrons or thermal neutrons. Since boron carbide has a large amount of boron in particular, it has a wide thermal neutron capture area and has many ideal characteristics as a neutron absorber, such as not generating secondary radiation of high level or secondary long-term by-product when irradiated with neutrons. To 100 m.

수산화알루미늄은 약 35% 의 물을 함유하고 있는 결정수형의 화합물로서 유독가스를 발생시키지 않으면서 중성자 차폐제에 내연성을 부여하고 자기소화성을 촉진시킨다. 또한 수산화알루미늄은 실리콘 고무와 함께 고속중성자를 열중성자로 감속시키는 작용을 하는데, 8 ~75 μm의 건조 수산화알루미늄이 효과적이다.Aluminum hydroxide is a crystalline water-based compound containing about 35% water, which imparts flame retardancy to neutron shielding agents and promotes self-extinguishing properties without generating toxic gases. Aluminum hydroxide also works with silicon rubber to slow the high-speed neutrons to thermal neutrons, and dry aluminum hydroxide of 8 to 75 μm is effective.

본 발명의 중성자 차폐재 조성물은 실리콘 고무 35∼70 중량%, 폴리프로필렌 2∼20 중량%, 수산화알루미늄 15∼65 중량%, 탄화붕소 2∼5 중량% 를 포함한다.The neutron shielding composition of the present invention comprises 35 to 70 wt% of silicone rubber, 2 to 20 wt% of polypropylene, 15 to 65 wt% of aluminum hydroxide, and 2 to 5 wt% of boron carbide.

본 발명의 실리콘 고무계 중성자 차폐재는 기본물질인 액상 실리콘 고무와 분말형태의 폴리프로필렌, 수산화알루미늄, 탄화붕소 등의 첨가제들을 균일하게 혼합하기 위하여 시그마형 회전자(rotor)를 가진 레오믹스(Rheomix)를 사용한다. 혼합시의 조건으로 혼합기의 내부온도는 상온, 내부압력은 대기압, 회전자의 회전속도는 60∼100 rpm 그리고 혼합시간은 20∼25분이다.The silicone rubber-based neutron shielding material of the present invention is made of Rheomix having a sigma type rotor to uniformly mix liquid silicone rubber as a base material and additives such as polypropylene, aluminum hydroxide, boron carbide in powder form, use. As a condition of mixing, the internal temperature of the mixer is room temperature, the internal pressure is atmospheric pressure, the rotating speed of the rotor is 60 to 100 rpm, and the mixing time is 20 to 25 minutes.

도 1의 흐름도에서 볼 수 있듯이 혼합시에는 정해진 무게비율로 각 시료들을 준비하여 액상 실리콘 고무의 주제와 경화제를 같은 무게비율(또는 부피비율)로 혼합한 후, 분말시료들을 혼합기에 넣어 일정 시간 동안 혼합한다. 이상과 같이 액상 실리콘 고무에 무기물질인 분말형의 첨가제를 넣고 혼합하면 액상과 분말의 계면에 아주 작은 기포들이 많이 존재하게 되므로, 진공도 3 mbar 내외의 진공데시케이터 안에 25∼30분 동안 방치하여 혼합물 내부의 기포를 완전히 제거한다.As shown in the flow chart of FIG. 1 , when mixing, each sample was prepared at a predetermined weight ratio, the liquid silicone rubber was mixed with the hardener in the same weight ratio (or volume ratio), and the powder samples were put in a mixer for a predetermined time Mix. As described above, since a small amount of bubbles exist at the interface between the liquid phase and the powder when a powdery additive, which is an inorganic substance, is added to the liquid silicone rubber, it is allowed to stand in a vacuum desiccator at a degree of vacuum of about 3 mbar for 25 to 30 minutes The bubbles inside the mixture are completely removed.

이하, 하기 실시예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다. 단 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. It is to be understood, however, that these examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예 1Example 1

실리콘 고무(실리카 함량, 43 중량%) 49 중량%, 수산화알루미늄 49 중량% 및 탄화붕소 2 중량% 로 된 혼합물을 혼합기에 넣어 일정 시간 동안 혼합하였다. 액상인 실리콘 고무와 분말형태인 첨가제들을 균일하게 혼합하기 위하여 시그마형 회전자(rotor)를 가진 레오믹스(Rheomix)를 사용하였다. 혼합기의 내부온도는 상온, 내부압력은 대기압, 회전자의 회전속도는 60∼100rpm 그리고 혼합시간은 20∼25분이었다.49% by weight of silicone rubber (43% by weight of silica), 49% by weight of aluminum hydroxide and 2% by weight of boron carbide were put in a mixer and mixed for a certain period of time. Rheomix with a sigma rotor was used to uniformly mix the liquid silicone rubber and the powdery additives. The internal temperature of the mixer was room temperature, the internal pressure was atmospheric pressure, the rotating speed of the rotor was 60 to 100 rpm, and the mixing time was 20 to 25 minutes.

이상과 같이 액상 실리콘 고무에 무기물질인 분말형의 첨가제를 넣고 혼합하면 액상과 분말의 계면에 아주 작은 기포들이 많이 존재하게 되므로, 진공도 3 mbar 내외의 진공데시케이터 안에 25∼30분 동안 방치하여 혼합물 내부의 기포를 완전히 제거하여 본 발명의 중성자 차폐재를 제조하였다.As described above, since a small amount of bubbles exist at the interface between the liquid phase and the powder when a powdery additive, which is an inorganic substance, is added to the liquid silicone rubber, it is allowed to stand in a vacuum desiccator at a degree of vacuum of about 3 mbar for 25 to 30 minutes And the bubbles in the mixture were completely removed to prepare the neutron shielding material of the present invention.

제조된 실리콘 고무계 중성자 차폐재 (차폐재-1)의 열적 특성 및 기계적 특성은 하기 표 1 및 표 2와 같다. 대조군으로서 외국에서 사용되는 중성자 차폐재인 RX-237 (Boro-Silicone, 미국, Reactor Experiments Inc.)을 사용한 경우의 성능을 기술하였다.Thermal properties and mechanical properties of the silicone rubber-based neutron shielding material (shielding material-1) produced are shown in Tables 1 and 2 below. As a control, the performance of a neutron shielding material RX-237 (Boro-Silicone, Reactor Experiments Inc., USA) used in foreign countries was described.

수소원자수밀도(atoms/cm3)The number density of hydrogen atoms (atoms / cm 3 ) 열분해온도(℃)Pyrolysis temperature (℃) 열전도도(W/m·K)Thermal conductivity (W / m · K) 열팽창계수(℃-1)Thermal expansion coefficient (° C -1 ) 내연성* Flame resistance * 본 발명의 차폐재-1The shielding material-1 of the present invention 4.14×1022 4.14 × 10 22 233233 1.3161.316 1.522×10-4 1.522 × 10 -4 ATB(sec)5ATB (sec) 5 AEB(mm)5AEB (mm) 5 RX-237(대조군)RX-237 (control group) 4.49×1022 4.49 × 10 22 205205 2.4302.430 1.70×10-4 1.70 x 10 -4 ATB(sec)5ATB (sec) 5 AEB(mm)5AEB (mm) 5 * ATB(Average Time of Burning) : 평균연소시간AEB(Average Extent of Burning) : 평균연소길이* Average Time of Burning (ATB): average burning time AEB (Average Extent of Burning)

상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 중성자 차폐재의 수소원자수 밀도와 열적 특성은 RX-237과 대등함을 알 수 있다. 특히 한국공업규격 KS M3015, 열경화성 플라스틱 일반 시험방법에 따르면 연소길이 25 ㎜ 이하인 물질을 불연성으로 구분하므로 본 발명의 차폐재의 내연성이 우수함을 알 수 있다.As shown in Table 1, the hydrogen atom density and the thermal properties of the neutron shielding material of the present invention are found to be equal to that of RX-237. In particular, according to Korean Industrial Standard KS M3015, a general test method for thermosetting plastics, a material having a burning length of 25 mm or less is classified as incombustible, so that the flame resistance of the shielding material of the present invention is excellent.

인장강도(kg/mm2)Tensile strength (kg / mm 2 ) 압축강도(kg/mm2)Compressive strength (kg / mm 2 ) 경도(Shore A)Hardness (Shore A) 밀도(g/cm3)Density (g / cm 3) 본 발명의 차폐재-1The shielding material-1 of the present invention 0.240.24 0.770.77 8181 1.7371.737 RX-237RX-237 0.040.04 0.320.32 6666 1.591.59

상기 표 2에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 차폐재의 기계적 특성은 RX-237보다 우수함을 알 수 있다.As can be seen from Table 2, the mechanical properties of the shielding material of the present invention are superior to those of RX-237.

실시예 2Example 2

실리콘고무(실리카 함량, 43 중량%) 70 중량%, 수산화알루미늄 18 중량%, 폴리프로필렌 10 중량% 및 탄화붕소 2 중량% (차폐재-2) 그리고 실리콘고무(실리카 함량, 38 중량%) 39 중량%, 수산화알루미늄 59 중량% 및 탄화붕소 2 중량% (차폐재-3)로 된 혼합물을 상기 실시예 1의 방법에 의하여 중성자 차폐재를 제조하였다. 제조된 실리콘 고무계 중성자 차폐재의 내방사선성 특성은도 2,도 3도 4에 나타낸 바와 같고, 중성자 차폐능은 하기 표 3 및 표 4와 같다.(Silica content, 38 wt%) and 39 wt% of silicon rubber (silica content, 43 wt%), aluminum hydroxide 18 wt%, polypropylene 10 wt% and boron carbide 2 wt% , 59% by weight of aluminum hydroxide and 2% by weight of boron carbide (Shielding material-3) was used to prepare a neutron shielding material according to the method of Example 1 above. The radiation-resistant properties of the silicone rubber-based neutron shielding material produced are shown in FIGS . 2 , 3 and 4 , and the neutron shielding ability is shown in Tables 3 and 4 below.

중성자 차폐재의 내방사선성 특성을 조사하기 위한 방사선 조사실험은 고준위 방사선원(Co-60, 86,500 Ci)에 의한 감마선 조사에 의해 행하여졌으며, 시험에 사용한 조사선량은 0.05 MGy, 0.5 MGy 및 1.0 MGy이고, 이들은 각각 평균조사선량 5.0 KGy/hr 으로 10시간, 100시간 그리고 200시간 동안 조사하여 얻었다. 조사된 시편들에 대한 인장시험은 즈빅 모델(Zwick Model) 1446 인장시험기로 수행하였고, 압축시험은 MTS 25 톤 용량의 만능재료시험기에 의해 수행하였으며 경도시험은 렉스 듀로미터 모델(Rex Durometer Model) 1000인 스프링식 경도시험기에 의해 측정하였다.The irradiation dose to investigate the radiation resistance characteristics of the neutron shielding material was performed by gamma irradiation with a high-level radiation source (Co-60, 86,500 Ci). The irradiation dose used in the test was 0.05 MGy, 0.5 MGy and 1.0 MGy, These were obtained by irradiating for 10 hours, 100 hours and 200 hours, respectively, at an average irradiation dose of 5.0 KGy / hr. The tensile test on the irradiated specimens was carried out with a Zwick Model 1446 tensile tester, the compression test was carried out by a universal material tester of MTS 25 ton capacity and the hardness test was carried out using a Rex Durometer Model 1000 In-spring hardness tester.

방사선 조사선량이 차폐재의 인장강도에 영향을 미치게 되는데 이를도 2에 나타내었다.도 2에서 보는 바와 같이 방사선의 조사선량을 1.0 MGy 까지 증가시켰을 때, 차폐재-2의 인장강도는 점차적으로 약간식 증가하는 경향을 보이고, 차폐재-1은 조사선량의 증가에 따라 인장강도가 처음에는 약간 감소하다가 다시 약간 증가하는 경향을 보였으나, 차폐재-3의 인장강도는 감소하는 경향을 나타내었다. 이와 같이 차폐재를 구성하고 있는 고분자 물질들이 방사선 조사에 의해 분해반응을 하거나 가교형성반응을 하는 것은 혼합 고분자물질의 성분 및 특성, 첨가제 등에 의해 결정된다고 판단된다. 따라서 차폐재의 인장강도를 일정 수준 이상으로 유지하기 위해서는 실리콘 고무에서의 실리카 함량의 조절이 필요하다고 하겠다.The irradiated dose affects the tensile strength of the shielding material, which is shown in Fig . As shown in FIG. 2 , when the dose of radiation was increased to 1.0 MGy, the tensile strength of the shielding material-2 tended to gradually increase slightly. The shielding material-1 showed a tendency to increase tensile strength The tensile strength of the shielding material-3 tended to decrease. Thus, it is judged that the polymer materials constituting the shielding material undergo decomposition reaction or cross-linking reaction by irradiation, depending on the components, properties and additives of the mixed polymer material. Therefore, it is necessary to control the silica content in the silicone rubber to maintain the tensile strength of the shielding material above a certain level.

방사선 조사선량이 고분자 차폐재의 압축강도 및 경도에 미치는 영향을도 3도 4에 각각 나타내었다.도 3도 4에서 보는 바와 같이 방사선 조사선량이 1.0 MGy 까지 증가함에 따라 차폐재-1 및 차폐재-2의 압축강도 및 경도의 증가 경향이 차폐재-3보다 크게 나타났음을 알 수 있다. 이는 방사선 조사에 의하여 차폐재의 기본물질인 실리콘 고분자의 측쇄절단으로 생성된 자유 라디칼 간의 가교결합이 차폐재-3보다 차폐재-1과 차폐재-2가 우세하므로 압축강도 및 경도가 보다 더 증가하는 것으로 판단된다. 특히 폴리프로필렌이 첨가된 차폐재-2의 경우는도 3에서 보는 바와 같이 조사선량이 증가함에 따라 차폐재-1 보다 압축강도가 보다 더 증가하였다. 이는 폴리프로필렌과 실리콘 폴리머 사이의 가교결합도 함께 이루어지기 때문으로 판단된다.The effect of radiation dose on the compressive strength and hardness of the polymer shielding materials is shown in FIGS . 3 and 4 , respectively. As can be seen from FIGS . 3 and 4 , the increasing tendency of the compressive strength and hardness of the shielding material-1 and the shielding material-2 was larger than that of the shielding material-3 as the radiation dose increased to 1.0 MGy. It is considered that the cross-linking between the free radicals generated by the side chain breaking of the silicon polymer as the basic material of the shielding material by radiation is superior to the shielding material-3 by the shielding material-1 and the shielding material-2, so that the compression strength and hardness are further increased . Particularly, in the case of the shielding material-2 added with polypropylene, as shown in FIG. 3 , the compressive strength was more increased than that of the shielding material-1 as the irradiation dose increased. This is because the cross-linking between the polypropylene and the silicone polymer is also performed.

이상의 결과로 본 발명의 차폐재는 내방사선성이 우수함을 알 수 있다.As a result, it can be seen that the shielding material of the present invention is excellent in radiation resistance.

중성자 차폐재의 차폐능을 조사하기 위하여 차폐능 시험은 자발적 핵분열 중성자 선원인 캘리포니움(Californium)-252에 의해 행하여졌으며, 중성자선원의 방출율은 1.01×109n/s이며, 중성자 선원과 계측기 사이의 거리는 50cm, 시편의 크기가 350mm(폭, W)×350mm(높이, H)×25mm(두께, T)인 중성자 차폐재와 계측기 사이의 거리는 15cm이다. 폴리에틸렌 감속재로 된 9″렘미터(remmeter)로 중성자 선량율을 측정하였다. 중성자 차폐재의 차폐능 시험결과는 하기표 3과 같다.In order to investigate the shielding ability of the neutron shielding material, the shielding ability test was carried out by a voluntary fission neutron source, Californium-252, and the neutron source emission rate was 1.01 × 10 9 n / s, and between the neutron source and the measuring instrument The distance between the neutron shielding material and the instrument is 15 cm with a distance of 50 cm and a specimen size of 350 mm (width, W) × 350 mm (height, H) × 25 mm (thickness, T). Neutron dose rates were measured with a 9 "remmeter with a polyethylene moderator. The shielding ability test results of the neutron shielding materials are shown in Table 3 below.

차폐재-1Shielding material -1 차폐재-2Shielding material -2 차폐재-3Shielding material -3 중성자 에너지, E (MeV)Neutron energy, E (MeV) 0.5240.524 0.5240.524 0.5240.524 차폐재 두께, T (cm)Shield material thickness, T (cm) 2.52.5 2.52.5 2.52.5 중성자 선원과 계측기 사이의 거리(cm)Distance between neutron source and instrument (cm) 5050 5050 5050 중성자 선원과 차폐재 사이의 거리(cm)Distance between neutron source and shield (cm) 3535 3535 3535 감쇠 (Di) / 비감쇠 (Do)Damping (D i ) / Damping (D o ) 0.7410.741 0.7740.774 0.7320.732 거시적 제거단면적, ∑R(cm-1)Macroscopic removal cross section, Σ R (cm -1 ) 0.1200.120 0.1020.102 0.1250.125

이 결과로 본 발명의 차폐재의 거시적 제거단면적(∑R)은 알칸류 탄화수소 (제거단면적 0.11 ㎝-1)와 물 (제거단면적 0.10 ㎝-1)보다 우수함을 알 수 있다.As a result, it can be seen that the macroscopic removal sectional area ( R ) of the shielding material of the present invention is superior to that of alkane hydrocarbon (removal cross section 0.11 cm -1 ) and water (removal cross section 0.10 cm -1 ).

이 차폐재 (두께; 15 cm)들을 가압경수로 사용후핵연료 7 다발을 장전할 수 있는 수송용기에 사용할 경우의 차폐해석 결과는표 4와 같다. Table 4 shows the results of the shielding analysis when this shielding material (thickness: 15 cm) is used as a transport container capable of loading seven bundles of spent nuclear fuel.

차폐해석을 위해 방사선원 계산에 사용된 설계기준 핵연료는, 고연소도 핵연료에 해당되는 PWR 17×17 배열 집합체로 초기농축도 4.2 w/o 를 가지고 40.0 MW/MTU 의 비출력 (specific power)으로서 원자로에서 50,000 MWD/MTU 의 연소도로 조사된 후 발전소내 사용후핵연료 저장조에서 1.5년 동안의 냉각기간을 거친 사용후핵연료를 기준으로 하였다. 차폐해석은 수송용기의 정상수송조건에서 수행하였으며, 수송용기는 사용후핵연료를 전용 적재하는 것으로 하고 내부 장전통은 물이 없는 공냉식인 것으로 하였다, 수송용기의 반경방향의 최대 방사선량율을 1차원 차폐계산코드인 ANISN 코드로 수송용기의 옆표면과 옆표면으로부터 2 m 지점에서의 중성자 선량율을 계산하였다. 수송용기의 정상수송조건에서 최대 방사선량 허용기준치는 국내 과학기술처 고시 제 85-8조 제 12항, 국제 원자력기구 핵안전 규정 (IAEA safety series No. 6 para. 465 ) 및 미국의 10 CFR 71.47 에서 전용적재인 경우 차량 및 수송용기의 표면에서 2 mSv/hr, 용기표면으로부터 2 m 거리에서 0.1 mSv/hr로 규정하고 있다.The design basis fuel used in the calculation of the source for the shielding analysis is a PWR 17 × 17 array aggregate corresponding to the high flammability nuclear fuel, having an initial concentration of 4.2 w / o and a specific power of 40.0 MW / MTU, And 50,000 MWD / MTU in the spent fuel reservoir of the nuclear power plant after the 1.5 year cooling period. The shielding analysis was carried out under the normal transport conditions of the transport container, and the transport container was specially loaded with spent fuel and the internal field tradition was air-cooled without water. The maximum radiation dose rate in the radial direction of the transport container was defined as one- The calculation code, ANISN code, was used to calculate the neutron dose rate at 2 m from the lateral and lateral surfaces of the transport vessel. Under the normal transport conditions of transport containers, the maximum allowable radiation dose is determined by the Ministry of Science and Technology, Article 85-8, Article 12, the IAEA Safety Series No. 6 para. 465, and the United States 10 CFR 71.47 In the case of dedicated loading, it is specified to be 2 mSv / hr at the surface of the vehicle and transport container and 0.1 mSv / hr at 2 m from the surface of the container.

방사선량율 (mSv/hr)Radiation dose rate (mSv / hr) 수송용기 표면Transport container surface 수송용기 표면으로부터 2 m2 m from transport vessel surface 차폐재-1Shielding material -1 0.3580.358 0.0700.070 차폐재-2Shielding material -2 0.4250.425 0.0830.083 차폐재-3Shielding material -3 0.3300.330 0.0650.065 최대 방사선량율 허용기준치Maximum radiation dose rate allowance 2.02.0 0.100.10

이상의 결과로 본 발명의 중성자 차폐재의 차폐능이 우수함을 알 수 있다.As a result, it can be seen that the shielding ability of the neutron shielding material of the present invention is excellent.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 조성물은 내열성 및 내연성이 우수한 실리콘 고무의 특성을 유지함과 동시에 뛰어난 내방사선 특성 및 중성자 차폐능을 가짐으로써 중성자 차폐재로 유용하게 이용될 수 있다.As described above, the composition of the present invention can be effectively used as a neutron shielding material by maintaining the characteristics of silicone rubber excellent in heat resistance and flame retardancy, and having excellent radiation resistance and neutron shielding ability.

Claims (5)

주제(base)와 경화제(hardner)의 2 성분으로 나누어 공급되는 부가형 액상 실리콘 폴리머와 각종 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐재 조성물.Wherein the additive type liquid silicone polymer is divided into two components, a base and a hardener, and various additives. 제 1항에 있어서, 실리콘 폴리머는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)인 것을 특징으로 하는 중성자 차폐재 조성물.The neutron shielding composition of claim 1, wherein the silicone polymer is polydimethylsiloxane. 제 1항에 있어서, 첨가제는 폴리프로필렌, 수산화알루미늄 및 탄화붕소인 것을 특징으로 하는 중성자 차폐재 조성물.The neutron shielding composition according to claim 1, wherein the additive is polypropylene, aluminum hydroxide and boron carbide. 제 3항에 있어서, 폴리프로필렌은 입자크기가 75 ~ 150 μm이고, 탄화붕소 는 5 ~ 100 μm이고, 수산화알루미늄은 8 ~ 75 μm인 것을 특징으로 하는 중성자 차폐재 조성물.The neutron shielding composition according to claim 3, wherein the polypropylene has a particle size of 75 to 150 μm, boron carbide of 5 to 100 μm, and aluminum hydroxide of 8 to 75 μm. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 실리콘고무 35-70 중량%, 폴리프로필렌 2∼20 중량%, 수산화알루미늄 15∼65 중량%, 탄화붕소 2∼5 중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐재 조성물.4. The absorbent article according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it contains 35-70 wt% of silicone rubber, 2-20 wt% of polypropylene, 15-65 wt% of aluminum hydroxide and 2-5 wt% of boron carbide . ≪ / RTI >
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