KR20230128019A - 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크 - Google Patents
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Abstract
(과제) 중성자 차폐성이 우수한 무기 섬유 또는 무기 플레이크를 제공하는 것.
(해결 수단) SiO2 및 Al2O3을 주성분으로 하는 기체 성분(단, 기체 성분 중에서 차지하는 SiO2 및 Al2O3의 합계의 질량비는 0.60 이상임)과, 가돌리늄, 산화 가돌리늄, 사마륨, 산화 사마륨, 카드뮴, 또는 산화 카드뮴의 적어도 하나로 이루어지는 중성자 차폐 성분으로 이루어지는 배합물을, 기체 성분을 50~90질량부, 중성자 차폐 성분을 10~50질량부의 비율로 배합하여 용융함으로써, 양호한 비정성의 무기 섬유 및 무기 플레이크가 얻어졌다.
(해결 수단) SiO2 및 Al2O3을 주성분으로 하는 기체 성분(단, 기체 성분 중에서 차지하는 SiO2 및 Al2O3의 합계의 질량비는 0.60 이상임)과, 가돌리늄, 산화 가돌리늄, 사마륨, 산화 사마륨, 카드뮴, 또는 산화 카드뮴의 적어도 하나로 이루어지는 중성자 차폐 성분으로 이루어지는 배합물을, 기체 성분을 50~90질량부, 중성자 차폐 성분을 10~50질량부의 비율로 배합하여 용융함으로써, 양호한 비정성의 무기 섬유 및 무기 플레이크가 얻어졌다.
Description
본 발명은, 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 중성자 차폐성과 내방사선 열화성을 구비하는, 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크에 관한 것이다.
원자로 시설이나 방사선 의료 시설에서 중성자 차폐 재료의 필요성이 높아지고 있다. 예를 들면, 최근 주목받고 있는 중성자 포착 요법을 행하는 시설에서는, 의료종사자를 중성자 피폭으로부터 보호하기 위한 재료가 요구된다. 이 외에 중성자선을 이용하는 연구 설비에 있어서도 동일한 이유로 중성자 차폐 재료가 요구되고 있다.
이상을 배경으로, 가돌리늄(Gd)이나 붕소(B)로 대표되는 중성자 차폐성 원소를 재료 중에 취입한 중성자 차폐 재료의 창출이 시도되고 있다.
예를 들면, 일본공개특허공보 평7-138044호(특허문헌 1), 일본공개특허공보 평8-119667호(특허문헌 2)에는, SiO2, Al2O3, B2O3 및 Li2O를 필수 성분으로 하는 중성자 차폐 유리가 개시되어 있고, 일본공개특허공보 평10-226533호(특허문헌 3)에는, B2O3, La2O3 및 Gd2O3을 필수 성분으로 하는 방사선 차폐 유리가 개시되어 있다. 특허문헌 1∼3의 유리는, 모두, 주형에 원료를 주입하고, 서냉한 후, 판상의 유리재로 하는 것이다. 이들 유리재는 방사선 차폐창, 관측창으로의 사용이 목적이기 때문에, 투광성이 우수하지만, 유리재 자체는 충격에 약하다. 그 때문에, 중성자 차폐 기능을 구비하고, 또한 충격 강도도 요구되는 구조체로의 사용에는 제약이 있었다.
이 때문에, 내충격성을 갖는 수지 재료에 중성자 차폐 성분을 첨가하는 것이 제안되고 있다. 예를 들면, 일본공개특허공보 평6-180388호(특허문헌 4)에는, 페놀 수지에 열중성자 흡수 재료로서 무기 붕소 화합물, 산화 가돌리늄 등을 배합한 내열성 중성자 차폐 재료가 제안되어 있다. 또한, 일본공개특허공보 2006-145421호(특허문헌 5)에는, 페놀 수지에 분말상의 탄화 붕소 분말을 배합하여 고화시킨 내열 중성자 차폐체가 제안되어 있다. 마찬가지로, 일본공개특허공보 2020-30088호(특허문헌 6)에는, 경화성 수지에 특정 입경 범위의 탄화 붕소, 붕산, 가돌리늄 또는 그들의 혼합물을 배합한 수지 조성물이 제안되어 있다. 특허문헌 4~6에 기재된 발명은 모두, 원래 강도를 구비하는 수지 재료에 중성자 차폐성의 분말 원료를 첨가하는 것이다.
그러나, 상기 특허문헌 4~6에 보이는 대로, 수지에 첨가되는 중성자 차폐 성분이 분말이면, 그 첨가량이 증가함에 수반하여 수지의 강도가 저하된다는 문제가 있다. 이 때문에, 첨가할 수 있는 분말상 중성자 차폐 성분의 첨가량이 제약된다.
그런데, 수지의 보강재로서 유리 섬유나 유리 플레이크가 알려져 있다. 유리 섬유는 경화성 수지나 열가소성 수지의 강도(특히 강성) 향상에 효과가 있다. 또한 유리 플레이크는 유리 섬유와 마찬가지로 열가소성 수지의 강성을 향상시키는 데다가, 유리 섬유 강화 열가소성 수지에 보이는 강도의 성형 이방성이 적다는 이점을 구비한다.
따라서, 중성자 차폐성을 구비하는 유리 섬유나 유리 플레이크가 창출되면, 중성자 차폐 구조체로의 적용 범위가 많이 넓어진다고 기대된다.
그래서, 본 발명자는, 중성자 차폐성을 구비하는 새로운 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크의 개발을 과제로 하여 예의 검토를 진행하였다.
그 결과, 본 발명자는, SiO2 및 Al2O3을 주성분으로 하는 기체 성분과, 중성자 차폐성 원소의 단체 또는 그의 산화물(이하, 「중성자 차폐 성분」이라고 약기함)을 적량의 비율로 배합함으로써, 중성자 차폐성을 구비하는 새로운 무기 조성물이 얻어지는 것, 추가로, 무기 섬유나 무기 플레이크로의 용융 가공이 가능한 중성자 차폐성 원소의 허용 첨가 범위는, 주입 성형 유리의 경우보다도 좁은 것을 알아내고, 본 발명을 완성하는 것에 이르렀다.본 발명자는, 기체 성분으로서 플라이애쉬를 유효 이용할 수 있는 것, 그리고, 플라이애쉬를 사용할 때는, 플라이애쉬에 포함되는 특정의 불순물 함량을 억제함으로써, 중성자 차폐 원소의 첨가량의 상한을 높일 수 있는 것도 알아냈다.
놀랍게도, 본 발명의 무기 조성물은, 중성자 차폐성뿐만 아니라, 내방사선 열화성도 구비하는 것이 판명되었다. 본 발명자가 아는 한에 있어서, 중성자 차폐 성능과 내방사선 열화성을 겸비하는 재료는 찾을 수가 없다.
즉, 본 발명은, 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크로서,
i) 가돌리늄, 산화 가돌리늄, 사마륨, 산화 사마륨, 카드뮴, 또는 산화 카드뮴 중 적어도 하나를 10~50질량%와, 잔여 성분 50~90질량%로 이루어지고, 또한,
ii) 상기 잔여 성분에서 차지하는 SiO2 및 Al2O3의 합계의 비율은 질량비로 0.60 이상이며,
iii) 비정성인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크(이하, 무기 섬유 또는 무기 플레이크를 「제품」이라고 칭하는 경우가 있음)는, 「중성자 차폐 성분」 10~50질량%와, SiO2 및 Al2O3을 주성분으로 하는 잔여 성분 90~50질량%로 이루어진다. 상기 잔여 성분은 후기하는 바와 같이, 본 발명의 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크의 비정질 구조의 형성에 기여하는 성분이다. 따라서 이하에서는, 잔여 성분을 그 기능상, 유리 형성 성분이라고 칭하는 경우가 있다.
본 발명의 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크는, SiO2 및 Al2O3을 주성분으로 하는 「유리 형성 성분」과, 중성자 차폐 원소의 단체 또는 중성자 차폐 원소의 산화물을 원료로 하여 배합하고, 그 원료 배합물을 용융 가공하여 얻어진다. 또한, 본 발명에 있어서, 원료 배합물의 성분비와, 그의 용융물로 얻어지는 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크의 성분비에 실질적인 차는 보이지 않는다. 따라서, 원료 배합물의 성분비를 가지고 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크의 성분비라고 할 수 있다.
「중성자 차폐 성분」은, 가돌리늄, 사마륨, 카드뮴의 원소를 함유하는 성분이다. 이하, 가돌리늄, 사마륨, 카드뮴의 원소를 「중성자 차폐성 원소」라고 약칭한다. 「중성자 차폐성 원소」는 다른 원소와 대비하여, 중성자 차폐 성능이 월등하게 크기 때문에, 제품의 중성자 차폐 성능은, 실질적으로 「중성자 차폐성 원소」의 함유량에 의해 결정된다. 또한, 중성자는 원소의 원자핵에 의해 포착되기 때문에, 제품의 중성자 차폐 성능은, 제품 중의 「중성자 차폐성 원소」의 정미(正味)의 함량에 거의 의존한다. 따라서, 중성자 차폐성 원소의 단체, 산화물 모두 원료가 될 수 있다.
중성자 차폐 성능의 관점에서는, 「중성자 차폐 원소」 중에서도, 가돌리늄 또는 사마륨이 보다 바람직하고, 가돌리늄이 가장 바람직하다.
또한, 「중성자 차폐 원소」로서, 중성자 차폐성이 우수한 동위체나 동위체 농축물을 사용할 수 있다. 그러한 동위체로서, 가돌리늄 157(157Gd), 사마륨 149(149Sm), 카드뮴 113(113Cd)이 있다.
중성자 차폐 성능 및 내방사선 성능을 구비하기 위해, 본 발명의 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크는, 가돌리늄, 산화 가돌리늄, 사마륨, 산화 사마륨, 카드뮴, 또는 산화 카드뮴을, 10질량% 이상 포함하는 것이 필요하고, 30질량% 이상 포함하는 것이 바람직하고, 35질량% 이상 포함하는 것이 보다 바람직하고, 40질량% 이상 포함하는 것이 더욱 한층 바람직하고, 45질량% 이상 포함하는 것이 가장 바람직하다.
그러나, 원료 중에 가돌리늄, 산화 가돌리늄, 사마륨, 산화 사마륨, 카드뮴, 또는 산화 카드뮴을 50질량% 초과 포함시키면, 용융물의 점도가 지나치게 낮아져, 섬유화 또는 플레이크화가 곤란해진다. 동시에, 그 용융 고화물은, 비정상 중에 결정상이 혼재하게 되어, 그 강도가 저하되어 버린다. 따라서, 본 발명의 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크 중의 「중성자 차폐 원소」의 함량은 50질량% 이하이다.
본 발명에 있어서, 「중성자 차폐 성분」을 제외한 잔여 성분, 즉 「유리 형성 성분」은, 본 발명의 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크의 기체 성분이며, 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크의 비정성(유리 질) 구조의 형성에 관여한다.
따라서 상기의 「유리 형성 성분」은, 유리 형성성이 풍부한 SiO2 및 Al2O3을 주성분으로 하는 것이 아니면 안 된다. 보다 구체적으로는, 「유리 형성 성분」에서 차지하는 SiO2 및 Al2O3 합계의 질량비는 0.50 이상이며, 바람직하게는 0.60 이상이며, 보다 바람직하게는 0.65 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.70 이상이며, 가장 바람직하게는 0.75 이상이다.
또한, 용융물의 섬유 또는 플레이크로의 가공성의 점에서, 잔여 성분 중의 SiO2 및 Al2O3의 합계에 대한 SiO2의 질량비는, 0.60~0.90의 범위가 바람직하고, 0.65~0.90의 범위가 보다 바람직하게는, 0.70~0.90의 범위가 가장 바람직하다.
또한, 본 발명의 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크는, 원료 중에 포함되는 불가피한 불순물의 혼입을 배제하는 것이 아니다. 그러한 불순물로서, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O, TiO2, CrO2 등을 예시할 수 있다. 단, 후기하는 바와 같이, 「중성자 차폐 성분」을 고함량으로 하는 경우에는 Fe2O3의 함량에 유의하지 않으면 안 된다.
상기 「유리 형성 성분」은, SiO2 및 Al2O3을 모두 포함하는 것이면 특별히 제약은 없다. 따라서, SiO2 및 Al2O3의 각각 단독을 혼합하여 「유리 형성 성분」이라고 할 수도 있지만, 공업적으로 실시하기 위해서는, SiO2 및 Al2O3의 양쪽 성분이 풍부한 암석이나 플라이애쉬 등이 염가이기 때문에 적합하게 사용할 수 있다.
상기에 말하는 암석으로서는, 현무암으로 대표되는 화산암을 예시할 수 있다. 현무암 등의 화산암의 사용에는 채굴과 분쇄 공정이 필요하다.
이에 대하여, 플라이애쉬는, 석탄 발전의 폐기물이며, 또한 분말상의 형태로 입수할 수 있기 때문에, 분쇄 공정이 불필요하고 또한 염가이기 때문에, 「유리 형성 성분」으로서 적합하다. 동일한 폐기물로서, 클링커애쉬도 적합하게 사용할 수 있다. 이 외에, 석탄 가스화 복합 발전(IGCC, Integrated coal Gasification Combined Cycle)에서 생성되는 폐기물은, 특히, 석탄 가스화 슬래그(CGS: Coal Gasification Slag)라고 칭해지고 있지만, 종전의 플라이애쉬와 거의 동등한 화학 조성이기 때문에, 「유리 형성 성분」이 될 수 있다. 석탄 가스화 슬래그는, 과립상이기 때문에, 종전의 플라이애쉬보다도 더욱 핸들링성이 우수한 이점이 있다. 본 발명에서는, 석탄 가스화 슬래그를 포함시키고, 플라이애쉬의 용어를 사용한다.
또한, 플라이애쉬, 클링커애쉬의 조성은, 원료 석탄, 발생지(발전소, 국가)에 의해 그 조성에 불균일이 있다.
석탄회 핸드북(일본 플라이애쉬협회편)에 의하면, 플라이애쉬의 조성(질량%)은, 그 함유량이 많은 순서대로, SiO2: 40.1~74.4, Al2O3: 15.7~35.2, Fe2O3: 1.4~17.5, CaO: 0.3~10.1, MgO: 0.2~7.4라고 쓰여있다. 이에 의하면, Fe2O3의 변동 폭이 가장 크다.
본 발명자에 의한 일련의 시험의 결과, 이하의 사실이 판명되었다.
즉, 「유리 형성 성분」 중의 불순물로서의 Fe2O3 함량이 증가함에 수반하여, 무기 섬유 또는 무기 플레이크로 용융 가공 가능한 「중성자 차폐 성분」량이 저하된다. 환언하면, 「유리 형성 성분」 중의 Fe2O3 함량을 억제하면, 최종 조성물은 보다 많은 「중성자 차폐 성분」을 함유할 수 있기 때문에, 중성자 차폐 성능이 한층 우수한 무기 섬유 또는 무기 플레이크의 제조가 가능하게 된다.
보다 구체적으로는, 「유리 형성 성분」에서 차지하는 Fe2O3의 비율(질량비)은 0.30 이하가 바람직하다.
조성물 중의 「중성자 차폐 성분」의 비율이 20질량% 이상인 경우에는, 「유리 형성 성분」에서 차지하는 Fe2O3의 비율(질량비)은 0.25 이하가 바람직하다.
조성물 중의 「중성자 차폐 성분」의 비율이 35질량% 초과인 경우에는, 「유리 형성 성분」에서 차지하는 Fe2O3의 비율(질량비)은 0.15 미만이 바람직하다.
따라서, 「유리 형성 성분」으로서, 플라이애쉬 또는 클링커애쉬를 사용하는 경우에는, Fe2O3의 함유량이 상기 요건을 충족하도록 유의할 필요가 있다.
또한, 본 발명의 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크는, 비정성이다. 비정성인 점에서, 결정상과 비정상의 계면의 박리에 기인하는 강도 저하가 없어진다.
비정성인지 아닌지의 판정은, X선 회절 스펙트럼에 비정성 할로만 나타나고, 결정상의 피크가 확인되지 않음으로써 행한다.
본 발명의 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크의 중성자 차폐성은, 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크의 구성 원소의 몰분율을 산출하고, 각각의 원소마다의 중성자 흡수 단면적 및 전체 산란 단면적의 합계값의 상기 몰분율을 곱한 값으로부터 개산(槪算)할 수 있다.
본 발명에서는, 무기 조성물 및 그의 섬유 그리고 플레이크에 대해서 산출되는 중성자 차폐성(N)을, 납의 중성자 차폐성(NPb)과 대비한 값, 즉 N/NPb의 값에 의해, 그 우위성이 나타난다(클수록 중성자 차폐성이 우수함).
N=ΣfxХ(σax+σsx)---무기 섬유, 무기 플레이크 중의 모든 원소 X에 대한 합을 얻는다.
여기서,
σax: 원소 X의 중성자 흡수 단면적(단위: 10-24cm2)
σsx: 원소 X의 중성자 전체 산란 단면적(단위: 10-24cm2)
fx: 무기 섬유 또는 무기 플레이크 중의, 원소 X의 몰분율
NPb: 납의, 중성자 흡수 단면적과 중성자 전체 산란 단면적의 합
본 발명의 무기 섬유 및 무기 플레이크를 구성하는 각각의 원소(X)의, 중성자 흡수 단면적(σax), 중성자 전체 산란 단면적(σsx), 및 그 합계 값(σax+σsx)에 대해서는, 하기의 값을 사용했다(단위는 모두 10-24cm2). 또한, 참고로, 수소, 붕소, 납에 대해서도 병기했다.
<원소명: 중성자 흡수 단면적(σax)/중성자 전체 산란 단면적(σsx)/σax과 σsx의 합계값>
·붕소(B): 767/5/772
·철(Fe): 2.6/11.8/14.4
·크립톤(Kr): 25/7.7/32.7
·카드뮴(Cd): 2520/6/2526
·사마륨(Sm): 5670/52/5722
·가돌리늄(Gd): 48890/192/49082
·납(Pb): 0.2/11.1/11.3
·산소(O): 0.0/4.2/4.2
·규소(Si): 0.2/2.2/2.4
·알루미늄(Al): 0.2/1.5/1.7
·칼슘(Ca): 0.4/3.0/3.4
·수소(H): 0.3/81.7/82.0
시험예에서 상술하는 바와 같이, 본 발명의 무기 섬유, 무기 플레이크는, 종래의 유리 섬유, 유리 플레이크에 대하여, 수십배를 초과하는 중성자 차폐 성능을 구비하고, 보다 바람직한 태양(態樣)에 있어서는, 수백배를 초과하는 중성자 차폐 성능을 구비한다.
본 발명 중, 무기 섬유는, 정법에 따라, 그 표면에 집속제를 부착시켜 묶음으로써, 무기 섬유속으로 할 수 있다. 이하, 무기 섬유속의 형성에 중요한 집속제에 대해서 설명을 추가한다.
집속제로서는, 범용의 전분계 집속제를 사용할 수 있지만, 본 발명의 무기 섬유용에는, 전분(분자식: (C6H1005)n)보다도 수소 함량이 높은 재료로 구성되는 집속제가 바람직하다. 수소는 탄성 산란에 의한 중성자 감속능이 매우 높다. 따라서, 집속제가 고수소 함량의 재료로 구성되어 있으면, 섬유 표면의 집속제에 의해 중성자가 감속되고, 그 결과, 본 발명의 무기 조성물 중의 「중성자 차폐 원소」에 의한 중성자의 포착 효율이 한층 높아진다.
집속제로서 적합한 고수소 함량 재료로서는,
i) 파라핀 왁스
ii) 마이크로 크리스탈린 왁스
iii) 폴리에틸렌, 또는 에틸렌 주체의 에틸렌 코폴리머
iv) 폴리프로필렌
을 들 수 있다.
전분에서 차지하는 수소 원소의 비율은 원자 백분율로 48%인 것에 대하여, 상기 i)~iv)의 재료는 모두, 그 재료에서 차지하는 수소 원소의 비율이 원자 백분율로 약 60% 이상이다. 폴리에틸렌, 폴리프로필렌에 있어서는, 수소 원소의 비율은 원자 백분율로 약 67%에도 달한다.
상기 iii)에 있어서, 에틸렌 주체의 에틸렌 코폴리머란, 중합 단위의 적어도 70중량%가 에틸렌 단위인 에틸렌 코폴리머를 말한다. 에틸렌 코폴리머를 구성하는 에틸렌 이외의 코모노머의 예로서는, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐을 들 수 있다.
또한, 상기 ii)의 폴리에틸렌에는, 저분자량 폴리에틸렌(폴리에틸렌 왁스)이 포함되고, iv)의 폴리프로필렌에는 저분자량 폴리프로필렌(폴리프로필렌 왁스)이 포함된다.
후기하는 바와 같이, 상기 i)~iv)에 든 재료는, 그 극성을 높이기 위해, 극성 부가 처리를 실시한 변성품이 포함된다.
상기 i)~iv)의 고수소 함량 재료의, 연화 온도, 분자량, 및 극성은, 무기 섬유가 수지 보강용 필러로서 사용되는 경우에 중요한 인자이다.
여기에서, 상기의 고수소 함량 재료의 연화 온도는, i)파라핀 왁스: 50~60℃, ii) 마이크로 크리스탈린 왁스: 65~95℃, iii) 폴리에틸렌: 115~145℃, iv) 폴리프로필렌: 145~165℃이다. 따라서, 예를 들면 무기 섬유 충전 수지의 내열 온도를 중시하는 경우에는, 파라핀 왁스보다도 연화 온도가 높은, 마이크로 크리스탈린 왁스, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌이 바람직하고, 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.
또한, 상기의 고수소 함량 재료의 분자량이 높을수록, 수지와 무기 섬유의 계면에 개재하는 집속제의 피막 강도가 강해진다. 따라서, 피막 강도가 중시될 때에는, 파라핀 왁스(분자량: 300~600)나 마이크로 크리스탈린 왁스(분자량: 400~800)보다도, 저분자량 폴리에틸렌(분자량: 9,000~30,000)이나 저분자량 폴리프로필렌(분자량: 8000~40,000)이 바람직하고, 분자량이 보다 높고, 통상은 성형 가공에 제공되는, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명의 무기 섬유는 표면이 극성이 풍부하기 때문에, 상기의 고수소 함량 재료에 극성을 부여함으로써, 무기 섬유와 집속제의 밀착 강도가 강해진다. 파라핀 왁스나 마이크로 크리스탈린 왁스에 있어서는 산화 처리에 의해 극성을 부여할 수 있다. 다른 한편, 폴리에틸렌(또는 에틸렌 주체의 에틸렌 코폴리머)이나 폴리프로필렌에 있어서는, 산 변성 공중합 또는 산 변성 그래프트 반응에 의해 극성을 부여할 수 있다. 산 변성 공중합은, 에틸렌 또는 프로필렌과, 말레산이나 무수 말레산으로 대표되는 카르복시기 또는 카르보닐기를 갖는 코모노머를, 공중합함으로써 달성할 수 있다. 산 변성 그래프트 반응은, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과, 말레산이나 무수 말레산으로 대표되는 카르복시기 또는 카르보닐기를 갖는 모노머를, 과산화물의 존재하에 반응시킴으로써 달성할 수 있다.
이후, 산 변성 공중합 또는 산 변성 그래프트 반응에 의해 극성이 부여된 폴리에틸렌, 에틸렌 주체의 에틸렌 코폴리머, 및 폴리프로필렌의 각각을, 산 변성 폴리에틸렌, 산 변성 에틸렌 코폴리머, 산 변성 폴리프로필렌이라고 칭한다.
상기 고수소 함유 재료로 이루어지는 집속제는, 수성 에멀션의 형태로 사용된다(이하, 수성 에멀션이라고 한 집속제를 「집속제 에멀션」이라고 칭하는 경우가 있음.). 집속제 에멀션은, 상기 고수소 함유 재료를 고수소 함유 재료의 연화 온도보다도 높은 온도하에서, 바람직하게는 연화 온도보다도 10℃ 이상 높은 온도하에서, 더욱 바람직하게는 연화 온도보다도 20℃ 이상 높은 온도하에서, 물 및 계면활성제와 혼합함으로써 얻어진다. 또한, 고수소 함유 재료의 연화 온도가 100℃를 초과할 때는, 고압하에 혼합된다. 혼합시에 있어서는 고수소 함유 재료의 분자량이 높은 것일수록 연화 온도 이상이라도 고점성이기 때문에, 고전단 조건하에서 혼합된다.
무기 섬유로의 집속제의 부착 처리는, 집속제 에멀션을 무기 섬유에 분무하거나, 또는 무기 섬유를 집속제 에멀션에 침지함으로써 행해진다. 그 후, 집속제 부착의 무기 섬유를 고수소 함유 재료의 연화 온도 이상으로, 바람직하게는 연화 온도보다도 10℃ 이상 높은 온도로, 더욱 바람직하게는 연화 온도보다도 20℃ 이상 높은 온도로, 가온하여 건조함으로써, 고수소 함유 재료가 무기 섬유 표면에 강고하게 부착된 무기 섬유속이 얻어진다.
이와 같이 하여 얻어지는 무기 섬유속은, 그 후, 촙드 스트랜드, 로빙, 섬유 시트 등의 제품으로 가공된다.
이들 제품 중, 집속제 원재료가, 폴리에틸렌, 또는 에틸렌 주체의 에틸렌 코폴리머를 사용한 것은, 에틸렌 수지의 충전재로서 적합하고, 폴리프로필렌을 사용한 것은 프로필렌 수지의 충전재로서 적합하고, 산 변성 폴리에틸렌, 산 변성 에틸렌 코폴리머, 산 변성 폴리프로필렌을 사용한 것은, 폴리아미드 수지의 충전재 외에 FRP용 보강재로서 적합하다.
본 발명의 무기 조성물로 이루어지는 섬유 또는 플레이크는, 충전제로서 수지, 시멘트 등의 재료에 첨가함으로써, 재료에 중성자 차폐 성능을 부여한다. 또한, 종래의 분말상 첨가재와는 상이하고, 본 발명의 섬유 또는 플레이크는 그들의 형상에 기인하여, 수지나 시멘트의 강화재로서도 기능한다. 게다가, 본 발명의 무기 조성물로 이루어지는 섬유 또는 플레이크는, 내방사선 열화성도 우수하기 때문에, 방사선 피조사 부재를 구성하는 수지, 시멘트, 도재(塗材)의 강화제로서의 기능을 장기에 걸쳐 유지한다.
무기 섬유는 목적에 따라, 촙드 스트랜드, 로빙, 섬유 시트로 가공된다. 로빙, 섬유 시트는, 수지와 조합한 복합 재료라고 할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 중성자 차폐성과 강도를 겸비해야 할 목적의 물품(최종 제품)의 형상 설계의 자유도가 증가한다. 무기 섬유가 초래하는 형상의 자유도는, 판상의 주입 유리에서는 이룰 수 없는 효과이다.
다른 한편, 무기 플레이크는 수지나 도재에 첨가함으로써, 수지에 있어서는 성형 가공 공정에 있어서, 도재에 있어서는 도공 공정에 있어서 가해지는 전단력에 의해, 무기 플레이크가 수지 성형품 표면이나 도막 표면을 따라 층상으로 배향하기 쉬워진다. 그 결과, 중성자 차폐 효과가 한층 효과적으로 발휘되게 된다.
도 1은 섬유화 시험의 개요를 나타내는 도면이다.
도 2는 플레이크화 시험의 개요를 나타내는 도면이다.
도 3은 실시예 10과 비교예 2의 XRD 스펙트럼이다.
도 4는 양전자 수명 측정에 사용한 장치의 개요도이다.
도 5는 실시예 19의 무기 조성물의 방사선 조사 전후의 양전자 수명 스펙트럼의 대비도이다.
도 6은 비교예 6의 무기 조성물의 방사선 조사 전후의 양전자 수명 스펙트럼의 대비도이다.
도 7은 조성물 중의 중성자 차폐 원소의 함량과 내방사선 열화성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 무기 섬유와 종래 기술의 무기 섬유의 중성자 라디오그래피의 대비 사진이다.
도 2는 플레이크화 시험의 개요를 나타내는 도면이다.
도 3은 실시예 10과 비교예 2의 XRD 스펙트럼이다.
도 4는 양전자 수명 측정에 사용한 장치의 개요도이다.
도 5는 실시예 19의 무기 조성물의 방사선 조사 전후의 양전자 수명 스펙트럼의 대비도이다.
도 6은 비교예 6의 무기 조성물의 방사선 조사 전후의 양전자 수명 스펙트럼의 대비도이다.
도 7은 조성물 중의 중성자 차폐 원소의 함량과 내방사선 열화성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 무기 섬유와 종래 기술의 무기 섬유의 중성자 라디오그래피의 대비 사진이다.
이하, 시험예에서 본 발명의 내용을 구체적으로 설명한다.
또한, 이하의 시험예(실시예, 비교예)에 있어서는, 하기 시약, 원료를 사용했다.
<유리 형성 성분용 원료>
·플라이애쉬: FA1, FA2, FA4, FA5(국내외에서 입수. 성분(질량%)을 표 1에 기재.)
·구리 슬래그(Copper Slag): CS(국내에서 입수. 성분(질량%)을 표 1에 기재.)
·화산암: BA(일본 국내에서 입수. 성분(질량%)을 표 1에 기재.)
·실리카: SiO2(시약, 분말)
·알루미나: Al2O3(시약, 분말)
·산화 칼슘: CaO(시약, 분말)
·탄산 칼슘: CaCO3(시약, 분말)
·산화철(Ⅲ): Fe2O3(시약, 분말)
·산화 마그네슘: MgO(시약, 분말)
·산화 티탄: TiO2(시약, 분말)
·탄산 칼륨: K2CO3(시약, 분말)
·붕산: H3BO3(시약, 분말)
<중성자 차폐 성분용 시약>
·가돌리늄(단체): Gd(시약, 분말)
·산화 가돌리늄: Gd2O3(시약, 분말)
·사마륨(단체): Sm(시약, 분말)
·산화 사마륨: Sm2O3(시약, 분말)
·카드뮴(단체): Cd(시약, 분말)
또한, FA1, FA2, FA4, FA5 및 CS, BA의 성분 분석은 형광 X선 분석법에 따랐다.
<원료 배합물의 조정>
유리 형성 성분용 원료와 중성자 차폐 성분용 시약을 소정의 비율로 칭량하고, 막자사발에서 혼합하여, 분말상의 원료 배합물을 조제한다.
<섬유화 시험과 용융 방사성의 평가>
원료 배합물에 대해서, 이하의 수순으로 그 용융 방사성을 평가한다. 시험의 개략을 도 1에 나타낸다. 도 1에 있어서, 전기로(11)는, 높이(H) 60cm, 외경(D) 50cm이며, 그 중앙에 지름(d) 10cm의 개구부(14)를 구비하고 있다. 다른 한편, 내경(φ) 2.1cm, 길이 10cm의 탐만관(12)에 배합물 30g이 주입된다. 또한, 탐만관(12)의 바닥부 중앙에는 지름 2mm의 구멍이 뚫려 있다. 용융 시험 중, 탐만관(12)은 매달기 막대(13)로 전기로의 개구부(14) 내의 소정 위치에 보지(保持)된다.
전기로는 소정의 승온 프로그램에 의해 승온되고, 로 내 온도의 최고 도달 온도가 1450℃로 설정되어 있다. 이때, 탐만관 내부(용융물)의 온도는 로 내 온도보다 대략 50℃ 낮은 온도에서 추종하는 것이 미리 확인되어 있다. 가열에 의해, 원료 배합물이 용융하면, 자중에 의해 탐만관의 바닥부로부터 유동 낙하하고, 외기에 접촉하여 고화한다.
본 발명에서는, 용융 방사성의 평가의 지표로서, 로 내 온도가 1450℃에 도달할 때까지 원료 배합물이 용융하고, 또한 그 용융물이 유동 낙하하여 실을 형성하는 것, 즉 원료 배합물의 용융 온도가 1400℃ 이하이며, 또한 그 용융물이 실을 형성하는 데에 적정한 용융 점성을 갖는 것을 허용 레벨이라고 했다. 시료로서의 원료 배합물의 용융 거동은, 하기의 A로부터 C에 나타내는 그룹으로 대별된다.
<용융 방사성 평가 랭크>
A: 실이 된다.
B: 시료가 용융하지 않거나, 또는 용융물의 점도가 높아 자중만으로는 낙하하는 것에 이르지 않아, 실이 되지 않는다.
C: 시료는 용융하지만, 용융물의 점도가 지나치게 낮아, 액적이 되어 적하하여, 실이 형성되지 않는다.
<플레이크화 시험>
원료 배합물은, 이하의 수순으로, 플레이크화 시험(플레이크 가공성의 평가)에 제공한다. 시험의 개략을 도 2에 나타낸다.
이하의 스텝 1 내지 4의 수순을 따라, 원료 배합물을 용융하고, 그 용융물의 플레이크화를 시도한다.
스텝 1: 원료 배합물(fp)의 약 60그램을, 지름(D1)이 20mm의 도가니(21)에 주입한다. 별도로, 지름(D2)이 10mm의 탐만관(22)을 준비해 둔다. 탐만관(22)은 바닥부에 구경(Φ)이 2mm의 개구부(221)를 구비하고 있다(도 2 상단).
스텝 2: 배합물(fp)을 주입한 도가니(21)를 전기로(23)에서 가열한다(도 2 중단 왼쪽). 전기로는 소정의 승온 프로그램에 의해 승온된다. 로 내 온도의 최고 도달 온도는 1450℃로 설정되어 있다. 도가니(21) 내부 및 용융물(fm)의 온도는 로 내 온도보다 대략 50℃ 낮은 온도에서 추종하는 것이 미리 확인되어 있다.
스텝 3: 승온 후의 도가니(21)를 전기로(23)로부터 즉시 취출하고, 도가니(21)의 상부로부터 탐만관(22)을 하방으로 눌러 내린다. 도가니(21) 내의 무기 조성물 용융물(fm)은 개구부(221)를 통하여 탐만관(22)의 내부로 들어온다(도 2 중단 오른쪽).
스텝 4: 이어서, 용융물(fm)을 축적한 탐만관(22)을 도가니(21)로부터 취출하고, 즉시 그 구부(口部; 222)로부터, 약 10MPa의 압력으로 공기를 불어넣는다(도 2 하단 왼쪽). 용융물(fm)이 적당한 점성을 구비할 때, 용융물은 부풀어 올라, 중공 박막의 벌룬(fb)을 형성한다(도 2 하단 오른쪽). 벌룬을 분쇄하여 플레이크가 얻어진다.
상기 수순에 의한 플레이크화 시험의 결과에 기초하여, 플레이크 가공성을 이하의 a, b, 및 c에 랭크를 부여한다.
<플레이크 가공성의 평가 랭크>
a: 스텝 1로부터 스텝 4를 거쳐, 벌룬이 형성된다.
b: 스텝 2에 이르지만 배합물(fp)의 용융이 시작되지 않거나, 또는 용융물의 점도가 높기 때문에, 스텝 3에 있어서 개구부(221)로부터 탐만관(22)의 내부로 용융물이 들어오지 않는다.
c: 스텝 1로부터 스텝 3에 이르지만, 용융물의 점도가 낮기 때문에, 스텝 4에서는, 탐만관(22)에 들어간 용융물(fm)이 구부(222)로부터 적하해 버려, 벌룬이 형성되지 않는다.
[실시예 1]
유리 형성 성분으로서, FA1을 30질량부, FA4를 10질량부, CS를 20질량부, BA를 30질량부, 및 중성자 차폐 성분으로서 가돌리늄(단체)을 10질량부 칭량하여, 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, 가돌리늄: 10질량%, SiO2: 44질량%, Al2O3: 11질량%, CaO: 8질량%, Fe2O3: 22질량%, 그 외: 5질량%이다. 각 원료의 배합비로부터 산출되는 유리 형성 성분 중의 SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3, 그 외 성분의 질량, 그리고, 유리 형성 성분에서 차지하는 SiO2와 Al2O3의 합계의 질량비, 유리 형성 성분 중의 SiO2와 Al2O3의 합계에 대한 SiO2의 질량비, 유리 형성 성분에서 차지하는 Fe2O3의 질량비, 최종 조성물(무기 섬유, 무기 플레이크)에서 차지하는 SiO2와 Al2O3의 합계의 질량비와 함께 표 2에 나타낸다. 또한, 이후의 표에서, SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3에 대해서, 각각, [S], [A], [C], [F]의 약칭도 사용한다.
이 원료 배합물에 대해서 섬유화 시험을 행한 결과, 지름이 약 10μm의 실이 얻어졌다. 얻어진 실은 손으로 당겨 보아도 용이하게는 끊어지지 않는 강도를 구비하고 있었다. 또한, 이후의 기재에 있어서, 「실」을 대신하여, 「섬유」의 용어를 사용하는 경우가 있지만, 동의(同義)이다.
또한, 이 원료 배합물에 대해서 플레이크 가공 시험을 행한 결과, 막두께가 약 800nm의 벌룬이 얻어졌다. 벌룬을 분쇄하여 플레이크를 얻었다.
섬유 및 플레이크의 X선 회절(XRD) 스펙트럼에는 결정 피크가 확인되지 않고, 비정성이다. 이상의 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 이후의 표 중의 비결정성의 평가에서, 「○」의 마크는 비정성인 것, 및 「Х」의 마크는 결정 피크가 확인되는 것을 나타낸다.
또한, 최종 조성물의 성분비(질량%)에 기초하여, 원소의 존재비(몰%)를 구하고, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 2 제일 아래 칸).
[실시예 2]
실시예 1에 있어서, 중성자 차폐 성분으로서 사마륨(단체)을 사용한 것 외에는 동일하게 하여, 원료 배합물을 조제하고, 용융 방사 시험과 플레이크 가공 시험을 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 원료 배합물로부터 양호한 섬유와 플레이크가 얻어졌다. 또한, 섬유 및 플레이크는 모두 비정성이었다. 실시예 1과 동일하여 하여, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 2 제일 아래 칸).
[실시예 3]
실시예 1에 있어서, 중성자 차폐 성분으로서 카드뮴(단체)을 사용한 것 외에는 동일하게 하여, 원료 배합물을 조제하고, 용융 방사 시험과 플레이크 가공 시험을 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 원료 배합물로부터 양호한 섬유와 플레이크가 얻어졌다. 또한, 섬유 및 플레이크는 모두 비정성이었다. 실시예 1과 동일하게 하여, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 2 제일 아래 칸).
[비교예 1]
유리 형성 성분으로서, FA2를 14질량부, FA5를 44질량부, CS를 22질량부, 및 BA를 20질량부 칭량하여, 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, SiO2: 51질량%, Al2O3: 13질량%, CaO: 8질량%, Fe2O3: 22질량%, 그 외: 7질량%이다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사 시험과 플레이크 가공 시험을 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 원료 배합물로부터 양호한 섬유와 플레이크가 얻어졌다. 또한, 섬유 및 플레이크는 모두 비정성이었다.
또한, 얻어진 섬유 및 플레이크는, 중성자 차폐 성분을 포함하고 있지 않기 때문에, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율은 3이라는 매우 낮은 값이다(표 2 제일 아래 칸)
[실시예 4]
유리 형성 성분으로서, FA1을 33질량부, FA2를 11질량부, FA4를 6질량부, CS를 22질량부, BA를 11질량부, 및 중성자 차폐 성분으로서 가돌리늄(단체)을 17질량부 칭량하여, 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, 가돌리늄: 17질량%, SiO2: 41질량%, Al2O3: 10질량%, CaO: 6질량%, Fe2O3: 20질량%, 그 외: 6질량%이다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사 시험과 플레이크 가공 시험을 행했다. 결과를 표 3에 나타낸다. 원료 배합물로부터 양호한 섬유와 플레이크가 얻어졌다. 또한, 섬유 및 플레이크는 모두 비정성이었다.
실시예 1과 동일하게 하여, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 3 제일 아래 칸).
[실시예 5]
유리 형성 성분으로서 FA5를 70질량부, 중성자 차폐 성분으로서 가돌리늄(단체)을 30질량부 칭량하여, 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, 가돌리늄: 30질량%, SiO2: 42질량%, Al2O3: 13질량%, CaO: 3질량%, Fe2O3: 8질량%, 그 외: 6 질량%이다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사 시험과 플레이크 가공 시험을 행했다. 결과를 표 3에 나타낸다. 원료 배합물로부터 양호한 섬유와 플레이크가 얻어졌다. 또한, 섬유 및 플레이크는 모두 비정성이었다.
실시예 1과 동일하게 하여, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 3 제일 아래 칸).
[실시예 6]
유리 형성 성분으로서 FA5를 65질량부, 중성자 차폐 성분으로서 가돌리늄(단체)을 35질량부 칭량하여, 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, 가돌리늄: 35질량%, SiO2: 39질량%, Al2O3: 12질량%, CaO: 2질량%, Fe2O3: 7질량%, 그 외: 5질량%이다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사 시험과 플레이크 가공 시험을 행했다. 결과를 표 3에 나타낸다. 원료 배합물로부터 양호한 섬유와 플레이크가 얻어졌다. 또한, 섬유 및 플레이크는 모두 비정성이었다.
[실시예 7]
유리 형성 성분으로서, FA1을 30질량부, FA2를 10질량부, FA4를 5질량부, CS를 20질량부, BA를 10질량부, 및 중성자 차폐 성분으로서 산화 가돌리늄(Gd2O3)을 25질량부 칭량하여, 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, 산화 가돌리늄: 25질량%, SiO2: 37질량%, Al2O3: 9질량%, CaO: 6질량%, Fe2O3: 18질량%, 그 외: 4질량%이다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사 시험과 플레이크 가공 시험을 행했다. 결과를 표 3에 나타낸다. 원료 배합물로부터 양호한 섬유와 플레이크가 얻어졌다. 또한, 섬유 및 플레이크는 모두 비정성이었다.
실시예 1과 동일하게 하여, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 3 제일 아래 칸).
[실시예 8]
실시예 7에 있어서, CS를 15질량부로 하고, 산화 가돌리늄(Gd2O3)을 30질량부로 한 것 외에는 동일하게 하여 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, 산화 가돌리늄: 30질량%, SiO2: 36질량%, Al2O3: 9질량%, CaO: 6질량%, Fe2O3: 16질량%, 그 외: 5질량%이다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사 시험과 플레이크 가공 시험을 행했다. 결과를 표 3에 나타낸다. 원료 배합물로부터 양호한 섬유와 플레이크가 얻어졌다. 또한, 섬유 및 플레이크는 모두 비정성이었다.
실시예 1과 동일하게 하여, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 3 제일 아래 칸).
[실시예 9]
유리 형성 성분으로서, FA1을 35질량부, FA2를 5질량부, CS를 20질량부, BA를 5질량부, 및 중성자 차폐 성분으로서 산화 가돌리늄을 35질량부 칭량하여, 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, 산화 가돌리늄: 35질량%, SiO2: 32질량%, Al2O3: 8질량%, CaO: 4질량%, Fe2O3: 17질량%, 그 외: 4질량%이다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사 시험과 플레이크 가공 시험을 행했다. 결과를 표 3에 나타낸다. 원료 배합물로부터 양호한 섬유와 플레이크가 얻어졌다. 또한, 섬유 및 플레이크는 모두 비정성이었다.
실시예 1과 동일하게 하여, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 3 제일 아래 칸).
[실시예 10]
유리 형성 성분으로서, FA5를 60질량부, 및 중성자 차폐 성분으로서 가돌리늄(단체)을 40질량부 칭량하여, 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, 가돌리늄: 40질량%, SiO2: 36질량%, Al2O3: 11질량%, CaO: 2질량%, Fe2O3: 6질량%, 그 외: 5질량%이다. 또한, 유리 형성 성분에서 차지하는 Fe2O3의 비율(질량비)은 0.11이다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사 시험과 플레이크 가공 시험을 행했다. 결과를 표 4에 나타낸다. 원료 배합물로부터 양호한 실과 플레이크가 얻어졌다. 또한, 섬유 및 플레이크는 모두 비정성이었다. XRD 스펙트럼을 도 3에 나타낸다.
실시예 1과 동일하게 하여, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 4 제일 아래 칸).
[비교예 2]
실시예 10의 유리 형성 성분의 FA5: 60질량부를 대신하여, FA1: 30질량부, FA4: 10질량부, BA: 20질량부로 한 것 외에는 동일하게 하여, 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, 가돌리늄: 40질량%, SiO2: 33질량%, Al2O3: 9질량%, CaO: 5질량%, Fe2O3: 9질량%, 그 외: 4질량%이다. 또한, 유리 형성 성분에서 차지하는 Fe2O3의 비율(질량비)은 0.15이다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사 시험과 플레이크 가공 시험을 행했다. 결과를 표 4에 나타낸다. 본 원료 배합물의 용융물은 그 용융 점도가 낮기 때문에, 용융 방사 시험에 있어서는, 실을 형성할 수 없었다. 마찬가지로, 플레이크 가공 시험에 있어서도, 용융물의 용융 점도가 지나치게 낮아, 벌룬을 형성할 수 없었다. 또한, 용융 고화물의 XRD 스펙트럼에는, 결정상 유래의 피크가 확인되었다(도 3).
실시예 1과 동일하게 하여, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 4 제일 아래 칸).
[실시예 11]
실시예 10에 있어서의 중성자 차폐 성분의 가돌리늄 단체: 40질량부를 대신하여, 산화 가돌리늄: 40질량부로 한 것 외에는 동일하게 하여 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, 산화 가돌리늄: 40질량%, SiO2: 36질량%, Al2O3: 11질량%, CaO: 2질량%, Fe2O3: 6질량%, 그 외: 5질량%이다. 또한, 유리 형성 성분에서 차지하는 Fe2O3의 비율(질량비)은 0.11이다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사 시험과 플레이크 가공 시험을 행했다. 결과를 표 4에 나타낸다. 원료 배합물로부터 양호한 섬유와 플레이크가 얻어졌다. 또한, 섬유 및 플레이크는 모두 비정성이었다.
실시예 1과 동일하게 하여, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 4 제일 아래 칸).
[비교예 3]
실시예 10에 있어서의 유리 형성 성분의 FA5: 60질량부를 대신하여, FA1: 35질량부, FA2: 5질량부, CS: 13질량부, BA: 8질량부로 한 것 외에는 동일하게 하여, 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, 산화 가돌리늄: 40질량%, SiO2: 31질량%, Al2O3: 8질량%, CaO: 4질량%, Fe2O3: 14질량%, 그 외: 3질량%이다. 또한, 유리 형성 성분에서 차지하는 Fe2O3의 비율(질량비)은 0.23이다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사 시험과 플레이크 가공 시험을 행했다. 결과를 표 4에 나타낸다. 본 원료 배합물의 용융물은 그 용융 점도가 낮기 때문에, 용융 방사 시험에 있어서는, 실을 형성할 수 없었다. 마찬가지로, 플레이크 가공 시험에 있어서도, 용융물의 용융 점도가 지나치게 낮아, 벌룬을 형성할 수 없었다. 또한, XRD 해석으로부터, 용융물은 결정 성분을 포함하는 것이었다.
실시예 1과 동일하게 하여, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 4 제일 아래 칸).
[실시예 12]
유리 형성 성분으로서, FA5를 55질량부, 및 중성자 차폐 성분으로서 산화 가돌리늄을 45질량부 칭량하여, 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, 산화 가돌리늄: 40질량%, SiO2: 33질량%, Al2O3: 10질량%, CaO: 2질량%, Fe2O3: 6질량%, 그 외: 5질량%이다. 또한, 유리 형성 성분에서 차지하는 Fe2O3의 비율(질량비)은 0.11이다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사 시험과 플레이크 가공 시험을 행했다. 결과를 표 4에 나타낸다. 원료 배합물로부터 양호한 섬유와 플레이크가 얻어졌다. 또한, 섬유 및 플레이크는 모두 비정성이었다.
실시예 1과 동일하게 하여, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 4 제일 아래 칸).
[비교예 4]
유리 형성 성분으로서, FA5를 40질량부, 및 중성자 차폐 성분으로서 산화 가돌리늄을 60질량부 칭량하여, 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, 산화 가돌리늄: 60질량%, SiO2: 24질량%, Al2O3: 7질량%, CaO: 1질량%, Fe2O3: 4질량%, 그 외: 3질량%이다. 또한, 유리 형성 성분에서 차지하는 Fe2O3의 비율(질량비)은 0.11이다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사 시험과 플레이크 가공 시험을 행했다. 결과를 표 4에 나타낸다. 본 원료 배합물의 용융물은 그 용융 점도가 낮기 때문에, 용융 방사 시험에 있어서는, 실을 형성할 수 없었다. 마찬가지로, 플레이크 가공 시험에 있어서도, 용융물의 용융 점도가 지나치게 낮아, 벌룬을 형성할 수 없었다. 또한, XRD 해석으로부터, 용융물은 결정 성분을 포함하는 것이었다.
실시예 1과 동일하게 하여, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 4 제일 아래 칸).
실시예 10과 비교예 2의 대비, 실시예 11과 비교예 3의 대비로부터, 중성자 차폐 성분이 35질량% 초과인 경우, 유리 형성 성분에서 차지하는 Fe2O3의 질량비가 0.15 이상이면, 무기 조성물로부터는 섬유, 플레이크 모두 얻어지지 않게 된다.또한, 조성물에서 차지하는 중성자 차폐 성분의 함량이 50질량% 초과인 경우, 유리 형성 성분에서 차지하는 Fe2O3의 질량비가 0.15 미만이라도, 이미 섬유, 플레이크를 얻을 수는 없는 것이 분명하다.
[실시예 13~17, 비교예 5]
중성자 차폐 성분으로서, 사마륨 단체 및 산화 사마륨(Sm2O3)을 사용하여, 동일한 시험을 행했다.원료의 배합 조성, 최종 조성물의 성분 조성과 함께, 결과를 나타낸다(표 5).
실시예 1과 동일하게 하여, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 5 제일 아래 칸).가돌리늄 단체, 산화 가돌리늄을 사용한 것과 마찬가지로, 사마륨 단체 및 산화 사마륨을 사용해도, 양호한 섬유와 플레이크가 얻어졌다(실시예 13~17).단, 비교예 4에서 보인 것과 동일하게 하여, 조성물에서 차지하는 중성자 차폐 성분(산화 사마륨)의 함량이 50질량% 초과인 비교예 5의 조성물로부터는, 섬유, 플레이크 모두 얻어지지 않았다.
이하에 나타내는 실시예 18, 19, 비교예 6~9에 있어서는, 각 조성물에 대해서, 그 방사성의 평가에 더하여, 내방사선 열화성에 대해서도 평가했다.내방사선 열화성의 평가는, 양전자 소멸 수명 분광법(Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy, PALS)에 따랐다.
[실시예 19]
유리 형성 성분으로서, FA1을 40질량부, FA2를 10질량부, BA를 30질량부, CaCO3(시약)을 5질량부, 중성자 차폐 성분으로서 산화 가돌리늄을 15질량부 칭량하여, 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, 산화 가돌리늄: 15질량%, SiO2: 35질량%, Al2O3: 9질량%, CaO: 18질량%, Fe2O3: 9질량%, 그 외: 14질량%이다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사 시험을 행했다.결과를 표 6에 나타낸다.원료 배합물로부터 양호한 섬유가 얻어졌다.또한, 섬유는 비정성이었다.
실시예 1과 동일하게 하여, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 6).
다음으로 원료 배합물의 용융 고화물을 미분쇄하고, 당해 미분쇄물을, 방사선 조사용 시료와 방사선 비조사 시료로 나누었다.
방사선 조사용 시료에 전자선을 선원으로 하여 약 1.45기가그레이(gigagray, GGy)의 방사선을 조사하여, 방사선 조사 시료를 얻었다.
이와 같이 하여 얻어진 방사선 조사 시료와 방사선 비조사 시료의 각각에 대해서, 도 4에 나타내는 장치를 이용하여, 양전자 수명 측정을 행했다.양전자 선원으로서 나트륨의 일부를 나트륨의 동위체22Na로 치환한 염화 나트륨을 사용했다.
도 4에 있어서, 양전자 선원(31)은, 10mm 사방의 평판 형상으로 하고, 티탄 포일(titanium foil)(도시하고 있지 않음)로 싸여 있다.양전자 선원(31)의 아래쪽에는, 감마선 계측용의 제1 신틸레이터(32a)가 마련되고, 추가로 제1 신틸레이터(32a)에는 제1 광전자 증배관(33a)이 접속되어 있다.제1 광전자 증배관(33a)에는 제1 파고 분별기(34a)가 접속되어 있다.제1 신틸레이터(32a)에서 캐치된 신호는, 제1 광전자 증배관(33a), 제1 파고 분별기(34a)를 거치고, 제1 채널(36a)을 통하여, 데이터 처리부(35)에 입력된다.데이터 처리 유닛(35)은 디지털 오실로스코프(37)를 구비한다.여기에서, 제1 파고 분별기(34a)는, 22Na가 β플러스 붕괴할 때에 발하는 1.28MeV의 γ선을 검출했을 때에 신호를 데이터 처리 유닛(35)에 보낸다.디지털 오실로스코프(37)의 설정에 의해, 제1 채널(36a)로부터 신호가 입력되면 데이터 처리 유닛(35)은 그 시각(t0)을 기록함과 동시에 시간 계측을 개시한다.
양전자 수명의 측정에 제공되는 시료(S)는, 소정량의 분체 시료를 넣는 시료 지지 용기(도시하고 있지 않음)에 수납되어 있다.시료(S)를 올려 놓은 양전자 선원(31)의 윗쪽에는, 제2 신틸레이터(32b)가 설치되어 있다.제2 신틸레이터(32b)에는 제2 광전자 증배관(33b)이 접속되어 있다.제2 광전자 증배관(33b)에는 제2 파고 분별기(34b)가 접속되어 있다.제2 신틸레이터(32b)에서 캐치된 신호는, 제2 광전자 증배관(33b), 제2 파고 분별기(34b)를 거치고, 제2 채널(36b)을 통하여, 데이터 처리부(35)에 보내진다.여기에서, 제2 파고 분별기(34b)는, 전자쌍 소멸시에 발해지는 0.511MeV의 γ선을 검출했을 때에 신호를 데이터 처리 유닛(35)에 보낸다.데이터 처리 유닛(35)은, 제2 채널(36b)로부터 입력된 시각을 기록한다.
상기 계측은 약 24시간 계속하고, 0.511MeV의 γ선의 카운트수를 시간에 대하여 적산하여, 양전자 수명 스펙트럼(PALS 스펙트럼)을 얻었다(도 5).이 소멸 시간은 양전자의 이동 행정(行程)의 차이에 따라 확장을 갖기 때문에, 시간 스펙트럼으로서는, 계측 개시 시각(t0)에 피크 톱이 존재하고, 시간의 경과와 함께 카운트수가 점감한다.여기에서, 피크 톱의 시각(t0)에 있어서의 신틸레이터의 카운트수(규격화한 값(normalized value): 1)에 대하여 10-3의 카운트수가 된 시각을, 그 시료의 소멸 시간의 대표값(t1)으로 했다(이후, 「소멸 시간의 대표값」의 표현을 단순히 「소멸 시간」이라고 약칭함).
동일한 측정을, 방사선 조사 시료에 대해서도 실시하여, PALS 스펙트럼을 얻었다.규격화한 PALS 스펙트럼은, 방사선 비조사 시료의 PALS 스펙트럼과 거의 겹치는 것이었다.따라서, 방사선 조사 시료의 소멸 시간(t1')과 방사선 비조사 시료의 소멸 시간(t1)의 비(t1'/t1)는 1.0이다.
방사선의 조사에 의해서도, PALS 스펙트럼이 거의 겹치고, t1'/t1의 값이 1.0이라는 시험 결과는, 본 무기 조성물이 방사선 조사의 전후를 통하여, 그 미세 구조가 거의 변화하지 않는 것, 즉 내방사선 열화성이 우수한 것을 나타내는 것이다.
[실시예 18]
유리 형성 성분으로서, FA5를 75질량부, CaCO3(시약)을 15질량부, 중성자 차폐 성분으로서 산화 가돌리늄을 10질량부 칭량하여, 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, 산화 가돌리늄: 10질량%, SiO2: 44질량%, Al2O3: 14질량%, CaO: 11질량%, Fe2O3: 8질량%, 그 외: 7질량%이다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사 시험을 행했다.결과를 표 6에 나타낸다.원료 배합물로부터 양호한 섬유가 얻어졌다.또한, 섬유는 비정성이었다.
[실시예 19]
유리 형성 성분으로서, FA1을 40질량부, FA2를 10질량부, BA를 30질량부, CaCO3(시약)을 5질량부, 중성자 차폐 성분으로서 산화 가돌리늄을 15질량부 칭량하여, 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, 산화 가돌리늄: 15질량%, SiO2: 35질량%, Al2O3: 9질량%, CaO: 18질량%, Fe2O3: 9질량%, 그 외: 14질량%이다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사 시험을 행했다.결과를 표 6에 나타낸다.원료 배합물로부터 양호한 섬유가 얻어졌다.또한, 섬유는 비정성이었다.
실시예 1과 동일하게 하여, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 6).
실시예 18과 동일하게, 용융 고화물에 대해서, PALS법에 의해, 방사선 비조사 시료와 방사선 조사 시료의 PALS 스펙트럼을 구했다.그 결과, 방사선 비조사 시료(방사선 조사 전의 시료)와 방사선 조사 시료(방사선 조사 후의 시료)의 PALS 스펙트럼은 거의 겹쳤다(도 5).따라서, 방사선 조사 시료의 소멸 시간(t1')과 방사선 비조사 시료의 소멸 시간(t1)의 비(t1'/t1)는 1.0이다.
[비교예 6]
SiO2(시약) 16질량부, Al2O3(시약) 4질량부, Fe2O3(시약) 2질량부, CaO(시약) 8질량부, MgO(시약) 1질량부, TiO2(시약) 1질량부, K2CO3(시약) 1질량부를 칭량하여, 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, SiO2: 50질량%, Al2O3: 12질량%, CaO: 26질량%, Fe2O3: 5질량%, 그 외: 6질량%이다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사를 시도한 결과, 실이 얻어졌다(표 6).또한, 용융물은 비정성이었다.
실시예 18과 동일하게 하여, 용융 고화물에 대해서, 방사선 비조사 시료와 방사선 조사 시료의 PALS 스펙트럼을 구했다.그 결과, 방사선 비조사 시료와 방사선 조사 시료의 PALS 스펙트럼에 변화가 확인되었다(도 6).즉, 방사선 조사 시료의 소멸 시간(t1')은, 방사선 비조사 시료의 소멸 시간(t1)보다 작아졌다.구체적으로는, t1'/t1의 값은, 0.6이 되었다.
방사선 비조사 시료와 방사선 조사 시료의 PALS 스펙트럼에 변화가 발생한 점에서, 방사선 조사에 의해, 시료의 미세 구조에 어떠한 변화가 발생한 것으로 추찰된다.
[비교예 7]
유리 형성 성분으로서, FA5를 75질량부, CaCO3(시약)을 18질량부, 중성자 차폐 성분으로서 산화 가돌리늄을 7질량부 칭량하여, 원료 배합물을 조제했다.
본 원료 배합물에 포함되는 성분은, 산화 가돌리늄: 7질량%, SiO2: 44질량%, Al2O3: 14질량%, CaO: 13질량%, Fe2O3: 8질량%, 그 외: 14질량%이다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사를 시도한 결과, 양호한 실이 얻어졌다.얻어진 섬유는 비정성이었다.
실시예 1과 동일하게 하여, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 6).
실시예 18과 동일하게 하여, 용융 고화물에 대해서, PALS법에 의해, 방사선 비조사 시료와 방사선 조사 시료의 PALS 스펙트럼을 구했다.그 결과, 비교예 6에 보인 것과 동일하게, 방사선 비조사 시료와 방사선 조사 시료의 PALS 스펙트럼에 변화가 확인되었다.단, 그 변화의 정도는 비교예 6이 나타낸 변화의 정도보다도 작아졌다.t1'/t1의 값은, 0.7이었다.
[비교예 8]
비교예 7에 있어서, CaCO3(시약)을 17질량부, 산화 가돌리늄을 8질량부로 한 것 외에는 동일하게 하여, 시험을 행했다.결과를 표 6에 나타낸다.
실시예 18과 동일하게 하여, 용융 고화물에 대해서, PALS법에 의해, 방사선 비조사 시료와 방사선 조사 시료의 PALS 스펙트럼을 구했다.그 결과, 비교예 6에 보인 것과 동일하게, 방사선 비조사 시료와 방사선 조사 시료의 PALS 스펙트럼에 변화가 확인되었다.그 변화의 정도는 비교예 7이 나타낸 변화의 정도보다도 더욱 작아졌다.t1'/t1의 값은, 0.8이었다.
[비교예 9]
유리 형성 성분으로서, FA5를 35질량부, H3BO3(시약)을 5질량부, 중성자 차폐 성분으로서 산화 가돌리늄을 60질량부 칭량하여, 원료 배합물을 조제했다.
이 원료 배합물에 대해서 용융 방사를 시도했지만, 용융물은 적하할 뿐이며 실은 얻어지지 않았다(표 6).
또한, XRD 해석으로부터, 용융물은 결정 성분을 포함하는 것이었다.
실시예 1과 동일하게 하여, 납에 대한 상대적 중성자 차폐율의 값(N/NPb)을 산출했다(표 6).
방사선 조사에 의해서도, 조성물의 PALS 스펙트럼에 변화는 확인되지 않았다.t1'/t1의 값은, 1.0이었다.
도 7은, 표 6의 결과에 기초하여, 조성물 중의 산화 가돌리늄 함량과 내방사선 열화성의 지표라고도 할 수 있는 t1'/t1의 값(무차원)의 관계를 그래프로 한 것이다.앞선 비교예 6, 7, 8의 일련의 시험에서, 조성물에 중성자 차폐성을 부여하기 위해 첨가한 산화 가돌리늄의 함량이 증가함에 수반하여, 내방사선 열화성이 개선되는 징후가 보여졌지만, 10질량% 이상이 되면 임계적으로 조성물은 완벽하게 방사선을 견딘다는 예기할 수 없는 효과가 확인된다.
양산 설비를 사용하여, 실시예 18의 무기 조성물(산화 가돌리늄 함량: 10질량%)로부터 무기 섬유를 제조했다(샘플 Ⅰ).동일하게 하여, 비교예 6의 무기 조성물(산화 가돌리늄 함량: 0질량%)로부터 무기 섬유를 제조했다(샘플 Ⅱ).또한, 비교 대조용에 시판의 현무암 섬유(샘플 Ⅲ)와 유리 섬유(샘플 Ⅳ)도 준비했다.
이상의 Ⅰ로부터 Ⅳ의 섬유 샘플을 순서대로 시험대에 늘어놓고 중성자 라디오그래프 촬영을 행했다.도 8에 있어서, 상단의 왼쪽으로부터 순서대로, 샘플 Ⅰ(산화 가돌리늄 함량: 10질량%), 샘플 Ⅱ(산화 가돌리늄 함량: 0질량%), 샘플 Ⅲ(현무암 섬유), 샘플 Ⅳ(유리 섬유)를 나타낸다.도 8 하단은, 이들의 샘플의 위치를 바꾸지 않고 일제히 중성자를 조사하여 얻은 중성자 라디오그래프 화상이다.도면 중, 왼쪽으로부터, (Ⅰ), (Ⅱ), (Ⅲ), 및 (Ⅳ)는, 각각, Ⅰ로부터 Ⅳ의 섬유 샘플에 대응하고 있다.이로부터, 샘플 Ⅰ(산화 가돌리늄 함량: 10질량%)의 섬유는, 중성자를 차폐하고, 그 이외의 섬유는 모두 중성자를 투과시켜 버리는 것이 명료하게 나타난다.
본 발명의 무기 조성물은, 중성자 차폐성을 구비하기 위해, 중성자 피조사 부재의 소재로서 유용하다.또한, 본 발명의 무기 조성물은, 섬유 또는 플레이크에 용이하게 가공할 수 있다.따라서, 수지, 고무, 시멘트, 그 외의 재료와 복합하면, 이들에 중성자 차폐성을 부여할 수 있을 뿐만 아니라, 섬유나 플레이크가 구비하는 형상에 기인하여, 상기 재료의 강화재로서도 기능한다.섬유는, 상법에 따라 촙드 스트랜드, 로빙, 섬유 시트로 가공된다.
먼저 언급했지만, 본 발명의 무기 조성물로 이루어지는 플레이크를 열가소성 수지에 첨가하면, 그 사출 성형 공정 중에 발생하는 전단력에 의해, 플레이크가 수지 성형품 중에서 층상으로 배향하여, 그 결과 중성자 차폐 효과가 효과적으로 발휘된다.마찬가지로, 본 발명의 무기 조성물로 이루어지는 플레이크를 도재(라이닝재)에 첨가하면, 솔이나 롤러 등에 의한 도공 행정에서 도재(라이닝재)에 가해지는 전단력에 의해, 도막 중의 플레이크는 도막면을 따르도록 층상으로 배향하고자 한다.그 결과, 분말 또는 입상의 첨가제와 비교하여, 단위 질량당의 중성자 차폐 효과가 우수하다.
본 발명의 무기 조성물은, 내방사선 열화성도 우수하기 때문에, 중성자 피조사 부재가 장기간에 걸쳐 중성자의 조사를 받아도, 중성자 피조사 부재에 포함되는 섬유나 플레이크는 열화하는 일이 없기 때문에, 부재의 강화재로서 기능은 장기에 걸쳐 보지되는 이점이 있다.
본 발명의 무기 조성물, 또는 그의 섬유 그리고 플레이크를 배합한 재료는, 중성자 차폐성이 우수하다.그 때문에, 중성자선 피조사 부재를 구성하는 재료로서 적합하다.중성자선 피조사부의 대표예로서, 원자력, 우주 항공, 의료의 각 분야의 설비·기기·부재를 예시할 수 있다.
원자력 분야의 설비·기기·부재로서,
·원자력 발전용의 설비·기기·부재,
·데브리(용융 핵연료)의 취출과 보관에 관련된 작업에 있어서 임계 반응을 방지하는 설비·기기·부재,
·우라늄 광석의 채굴·처리용의 설비·기기·부재,
·핵연료의 2차 가공 처리(동(同) 연료의 전환·농축·재전환·성형 가공·MOX 제조를 포함함)용의 설비·기기·부재,
·사용 완료 핵연료의 저장·처리·재처리용의 설비·기기·부재,
·중성자선 피폭 폐기물의 저장·처리·처분용의 설비·기기·부재,
·우라늄 광석, 핵연료2차 가공품, 사용 완료 핵연료, 또는 중성자선 피폭 폐기물의 수송 기기·부재,
·그 외의 핵관련의 설비·기기·부재를 들 수 있다.
상기의 원자력 발전용의 설비·기기·부재의 보다 구체적인 예로서는, 원자로 건물(연구로 및 시험로를 포함함), 원자로 격납 용기, 원자로 시설 내 배관, 폐로처리용 로봇을 들 수 있다.
우주 항공 분야의 설비·기기·부재로서,
·우주 기지 건물, 우주 스테이션, 인공위성, 혹성 탐사 위성, 우주복 등을 들 수 있다.
의료 분야의 설비·기기·부재로서는,
·입자선 이용의 의료 장치를 들 수 있다.
이상의 사용례는 본 발명의 무기 조성물의 유용성을 나타내는 목적으로 예시하는 것이며, 본 발명의 범위를 제약하는 것은 아니다.
11 전기로
12 탐만관
13 매달기 막대
14 개구부
15 섬유
D 전기로 외경
H 전기로 높이
d 전기로 개구부 지름
21 도가니
22 탐만관
221 개구부
222 구부
23 전기로
D1 도가니의 지름
H1 도가니의 높이
D2 탐만관의 지름
H2 탐만관의 높이
Φ 개구부의 지름
fp 원료 배합물, 무기 산화물 배합물
fm 용융물, 무기 산화물 용융물
fb 벌룬
P 부하압
31 양전자 선원
32a 신틸레이터
32b 신틸레이터
33a 광전자 증배관
33b 광전자 증배관
34a 파고 분별기
34b 파고 분별기
35 데이터 처리 유닛
36a 제1 채널
36b 제2 채널
37 디지털 오실로스코프
S 시료
12 탐만관
13 매달기 막대
14 개구부
15 섬유
D 전기로 외경
H 전기로 높이
d 전기로 개구부 지름
21 도가니
22 탐만관
221 개구부
222 구부
23 전기로
D1 도가니의 지름
H1 도가니의 높이
D2 탐만관의 지름
H2 탐만관의 높이
Φ 개구부의 지름
fp 원료 배합물, 무기 산화물 배합물
fm 용융물, 무기 산화물 용융물
fb 벌룬
P 부하압
31 양전자 선원
32a 신틸레이터
32b 신틸레이터
33a 광전자 증배관
33b 광전자 증배관
34a 파고 분별기
34b 파고 분별기
35 데이터 처리 유닛
36a 제1 채널
36b 제2 채널
37 디지털 오실로스코프
S 시료
Claims (14)
- 비정성의 무기 조성물로서,
상기 무기 조성물은,
i) SiO2 및 Al2O3을 주성분으로 하는 유리 형성 성분 50~90질량%와,
ii) 가돌리늄 단체, 산화 가돌리늄(Gd2O3), 사마륨 단체, 산화 사마륨(Sm2O3), 카드뮴 단체, 산화 카드뮴(CdO), 혹은 그들의 혼합물로 이루어지는 중성자 차폐 성분 10~50질량%로 이루어지고,
iii) 상기 유리 형성 성분에서 차지하는 SiO2 및 Al2O3의 합계의 질량비는 0.50 이상인 무기 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 무기 조성물에서 차지하는 상기 중성자 차폐 성분은 20질량% 이상이며, 또한, 상기 유리 형성 성분 중에서 차지하는 Fe2O3의 질량비가 0.25 이하인 무기 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 무기 조성물에서 차지하는 상기 중성자 차폐 성분은 35질량% 초과이며, 또한, 상기 유리 형성 성분 중에서 차지하는 Fe2O3의 질량비가 0.15 미만인 무기 조성물. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리 형성 성분은, 플라이애쉬, 클링커애쉬, 또는 현무암을 함유하는 무기 조성물. - 제4항에 있어서,
상기 유리 형성 성분은, 플라이애쉬인 무기 조성물. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 무기 조성물의 섬유.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 무기 조성물의 플레이크.
- 제6항의 섬유로 충전된 재료.
- 제8항에 있어서,
섬유 보강 수지인 재료. - 제8항에 있어서,
섬유 보강 시멘트인 재료. - 제7항의 플레이크를 혼화제로서 함유하는 도재.
- 제8항의 재료로 구성된 중성자 차폐 부재.
- 제11항의 도재로 피복된 중성자 차폐 부재.
- 제6항에 기재된 무기 섬유에 집속제를 부착시켜 이루어지는 무기 섬유속으로서, 상기 집속제는,
i) 파라핀 왁스
ii) 마이크로 크리스탈린 왁스
iii) 폴리에틸렌, 또는 에틸렌 주체의 에틸렌 코폴리머
iv) 폴리프로필렌 중 어느 것인 무기 섬유속.
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|---|---|---|---|
| JP2020219360 | 2020-12-28 | ||
| JPJP-P-2020-219360 | 2020-12-28 | ||
| JP2021156925 | 2021-09-27 | ||
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-
2021
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