TW202235389A

TW202235389A - 無機組成物及其纖維以及薄片

Info

Publication number: TW202235389A
Application number: TW110149121A
Authority: TW
Inventors: 深澤裕
Original assignee: 日商新日本纖維股份有限公司
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2022-09-16
Also published as: CA3203729A1; JP7401079B2; AU2021414649A1; KR20230128019A; EP4269366A1; JPWO2022145401A1; WO2022145401A1

Abstract

提供一種中子屏蔽性優異之無機纖維或無機薄片。藉由將由主成分為SiO ₂及Al ₂O ₃之基體成分（其中，SiO ₂及Al ₂O ₃於基體成分中所佔之合計質量比為0.60以上）與由釓、氧化釓（III）、釤、氧化釤（III）、鎘或氧化鎘之至少一者構成之中子屏蔽成分所形成的摻合物加以熔融，而可得到良好之非晶質的無機纖維及無機薄片，該摻合物係以基體成分50～90質量份，中子屏蔽成分10～50質量份之比例摻合而得。

Description

無機組成物及其纖維以及薄片

本發明係關於一種無機組成物及其纖維以及薄片。更詳而言之，係關於一種具備中子屏蔽性與耐輻射劣化性之無機組成物及其纖維以及薄片。

於核反應爐設施或輻射醫療設施中，中子屏蔽材料之必要性越來越高。例如，於進行近年來備受矚目之中子捕獲療法的設施，需要用以保護醫療從業者免受中子照射之材料。此外，於利用中子束之研究設備中，因同樣之理由，而亦需要中子屏蔽材料。於此背景下，而嘗試將釓（Gd）或硼（B）所代表之中子屏蔽性元素加入材料中，以創造出中子屏蔽材料。例如，於日本特開平7－138044號公報（專利文獻1）、日本特開平8－119667號公報（專利文獻2），揭示一種以SiO ₂、Al ₂O ₃、B ₂O ₃及Li ₂O為必要成分之中子屏蔽玻璃，而於日本特開平10－226533號公報（專利文獻3），則揭示一種以B ₂O ₃、La ₂O ₃及Gd ₂O ₃為必要成分之輻射屏蔽玻璃。專利文獻1～3之玻璃，皆是將原料澆鑄於鑄模，緩慢冷卻後，製成板狀玻璃材者。此等玻璃材由於是為了用於輻射屏蔽窗、觀測窗，故透光性優異，但玻璃材本身抗撞擊能力弱。因此，在對具備中子屏蔽功能且亦要求撞擊強度之構造體的使用上，有所限制。因此，提出將中子屏蔽成分添加於具有耐撞擊性之樹脂材料。例如，於日本特開平6－180388號公報（專利文獻4），提出一種將無機硼化合物、氧化釓（III）等作為熱中子吸收材料摻合於酚樹脂而得之耐熱性中子屏蔽材。又，於日本特開2006－145421號公報（專利文獻5），提出一種將粉末狀碳化硼粉末摻合於酚樹脂使其固化而得之耐熱中子屏蔽體。同樣地，於日本特開2020－30088號公報（專利文獻6），提出一種將特定粒徑範圍之碳化硼、硼酸、釓或該等之混合物摻合於硬化性樹脂而得之樹脂組成物。專利文獻4～6所記載之發明，皆為將中子屏蔽性粉末原料添加於原本就具備強度之樹脂材料者。 [先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開平7－138044號公報專利文獻2：日本特開平8－119667號公報專利文獻3：日本特開平10－226533號公報專利文獻4：日本特開平6－180388號公報專利文獻5：日本特開2006－145421號公報專利文獻6：日本特開2020－30088號公報

然而，如上述專利文獻4～6所示，若添加於樹脂之中子屏蔽成分為粉末，則有隨著其添加量增加，樹脂之強度降低的問題。因此，可添加之粉末狀中子屏蔽成分的添加量受到限制。又，作為樹脂之增強材，已知有玻璃纖維或玻璃薄片。玻璃纖維對於硬化性樹脂或熱塑性樹脂之強度（尤其是剛性）提升具有效果。又，玻璃薄片與玻璃纖維同樣地，不僅提升熱塑性樹脂之剛性，且具備玻璃纖維強化熱塑性樹脂中可見之強度的成形各向異性小的優點。因此，若創造出具備中子屏蔽性之玻璃纖維或玻璃薄片，則可期待對中子屏蔽構造體之應用範圍大幅擴大。因此，本發明人以開發具備中子屏蔽性之新穎無機組成物及其纖維以及薄片為課題，而進行了潛心研究。

其結果，本發明人發現以適量之比率摻合主成分為SiO ₂及Al ₂O ₃之基體成分與中子屏蔽性元素之單質或其氧化物（以下，簡稱為「中子屏蔽成分」），藉此可得到具備中子屏蔽性之新穎無機組成物，並且，可熔融加工成無機纖維或無機薄片之中子屏蔽性元素的容許添加範圍較澆鑄成形玻璃之情形小，而完成本發明。本發明人亦發現可有效利用飛灰作為基體成分，以及當使用飛灰時，藉由抑制飛灰所含之特定雜質含量，可提高中子屏蔽元素之添加量上限。令人驚訝的是，本發明之無機組成物不僅具備中子屏蔽性，亦具備耐輻射劣化性。據本發明人所知，尚未發現兼具中子屏蔽性能與耐輻射劣化性之材料。

亦即，本發明為一種無機組成物及其纖維以及薄片，其特徵在於： i）由10～50質量％之釓、氧化釓（III）、釤、氧化釤（III）、鎘或氧化鎘之至少一者與50～90質量％之剩餘成分構成，且， ii）SiO ₂及Al ₂O ₃之合計佔上述剩餘成分之比例以質量比計為0.60以上， iii）為非晶質。

以下，進一步詳細說明本發明。本發明之無機組成物及其纖維以及薄片（以下，有時將無機纖維或無機薄片稱為「產品」），係由「中子屏蔽成分」10～50質量％與以SiO ₂及Al ₂O ₃為主成分之剩餘成分90～50質量％構成。上述剩餘成分如後述，係有助於本發明之無機組成物及其纖維以及薄片之非晶質構造之形成的成分。因此，以下有時將剩餘成分於其功能上稱為玻璃形成成分。

本發明之無機組成物及其纖維以及薄片，係將SiO ₂及Al ₂O ₃為主成分之「玻璃形成成分」與中子屏蔽元素之單質或中子屏蔽元素之氧化物作為原料加以摻合，將該原料摻合物熔融加工而得。另，於本發明中，原料摻合物之成分比與由其熔融物所得到之無機組成物及其纖維以及薄片之成分比並無實質性差異。因此，可以原料摻合物之成分比形成為無機組成物及其纖維以及薄片之成分比。

「中子屏蔽成分」為含有釓、釤、鎘元素之成分。以下，將釓、釤、鎘元素簡稱為「中子屏蔽性元素」。「中子屏蔽性元素」相較於其他元素，由於中子屏蔽性能差異很大，故產品之中子屏蔽性能實質上由「中子屏蔽性元素」之含量決定。又，中子由於會被元素之原子核捕捉，故產品之中子屏蔽性能大致取決於產品中之「中子屏蔽性元素」的淨含量。因此，中子屏蔽性元素之單質、氧化物皆可成為原料。

從中子屏蔽性能之觀點，「中子屏蔽元素」之中，更佳為釓或釤，最佳為釓。另，可使用中子屏蔽性優異之同位素或同位素濃縮物作為「中子屏蔽元素」。而作為該種同位素，具有釓157（ ¹⁵⁷Gd）、釤149（ ¹⁴⁹Sm）、鎘113（ ¹¹³Cd）。

為了具備中子屏蔽性能及耐輻射性能，本發明之無機組成物及其纖維以及薄片必須含有10質量％以上之釓、氧化釓（III）、釤、氧化釤（III）、鎘或氧化鎘，較佳含有30質量％以上，更佳含有35質量％以上，再更佳含有40質量％以上，最佳含有45質量％以上。然而，若於原料中含有超過50質量％之釓、氧化釓（III）、釤、氧化釤（III）、鎘或氧化鎘，則熔融物之黏度會過低，難以纖維化或薄片化。同時，其熔融固化物會於非晶相中摻雜結晶相，其強度降低。因此，本發明之無機組成物及其纖維以及薄片中的「中子屏蔽元素」含量為50質量％以下。

於本發明中，不包括「中子屏蔽成分」之剩餘成分，亦即「玻璃形成成分」，係本發明之無機組成物及其纖維以及薄片的基體成分，用於形成無機組成物及其纖維以及薄片之非晶質（玻璃質）構造。因此，上述「玻璃形成成分」必須以富於玻璃形成性之SiO ₂及Al ₂O ₃為主成分。更具體而言，SiO ₂及Al ₂O ₃合計佔「玻璃形成成分」之質量比為0.50以上，較佳為0.60以上，更佳為0.65以上，再更佳為0.70以上，最佳為0.75以上。又，從熔融物加工成纖維或薄片之加工性的方面，剩餘成分中SiO ₂相對於SiO ₂及Al ₂O ₃之合計的質量比較佳為0.60～0.90之範圍，更佳為0.65～0.90之範圍，最佳為0.70～0.90之範圍。

另，本發明之無機組成物及其纖維以及薄片，並不排除原料中所含之不可避免之雜質的混入。作為該種雜質，可例示Fe ₂O ₃、CaO、MgO、Na ₂O、K ₂O、TiO ₂、CrO ₂等。惟，如後述，當使「中子屏蔽成分」為高含量之情形時，必須注意Fe ₂O ₃之含量。

上述「玻璃形成成分」若同時含有SiO ₂及Al ₂O ₃，則並無特別限制。因此，可將單獨之SiO ₂及單獨之Al ₂O ₃加以混合而形成「玻璃形成成分」，但在工業實施上，由於富含SiO ₂及Al ₂O ₃兩成分之岩石或飛灰等較為廉價，故可適用。作為上述所提之岩石，可例示以玄武岩為代表之火山岩。玄武岩等火山岩之使用，需要開採與粉碎步驟。相對於此，飛灰由於為煤炭發電之廢棄物，且能以粉末狀之形態取得，故不需粉碎步驟，且廉價，因此適合作為「玻璃形成成分」。作為同樣之廢棄物，亦可適用爐渣灰（clinker ash）。此外，煤氣化複合發電（IGCC，Integrated coal Gasification Combined Cycle）所產生之廢棄物雖然特別被稱為煤氣化熔渣（CGS：Coal Gasification Slag），但由於為與以前之飛灰大致同等的化學組成，故可成為「玻璃形成成分」。煤氣化熔渣由於為顆粒狀，故相較於以前之飛灰，更加具有處理性優異之優點。於本發明，包含煤氣化熔渣，使用飛灰之用語。

另，飛灰、爐渣灰之組成，因原料之煤、產地（發電場、國家）的不同，而使得其組成有所變動。若根據煤灰手冊（日本飛灰協會編），則飛灰之組成（質量％）其含量由高至低依序為SiO ₂：40.1～74.4，Al ₂O ₃：15.7～35.2，Fe ₂O ₃：1.4～17.5，CaO：0.3～10.1，MgO：0.2～7.4。若據此，則Fe ₂O ₃之變動幅度最大。

本發明人所作之一連串試驗的結果，明白了以下之事實。亦即，隨著「玻璃形成成分」中作為雜質之Fe ₂O ₃含量的增加，可熔融加工成無機纖維或無機薄片之「中子屏蔽成分」量會降低。換言之，若抑制「玻璃形成成分」中之Fe ₂O ₃含量，則最終組成物由於可含有更多之「中子屏蔽成分」，故可製造中子屏蔽性能更加優異之無機纖維或無機薄片。更具體而言，Fe ₂O ₃佔「玻璃形成成分」之比率（質量比）較佳為0.30以下。當組成物中之「中子屏蔽成分」之比例為20質量％以上的情形時，Fe ₂O ₃佔「玻璃形成成分」之比率（質量比）較佳為0.25以下。而當組成物中之「中子屏蔽成分」之比例超過35質量％的情形時，Fe ₂O ₃佔「玻璃形成成分」之比率（質量比）較佳未達0.15。因此，當使用飛灰或爐渣灰作為「玻璃形成成分」之情形時，必須注意使Fe ₂O ₃之含量滿足上述要件。

另，本發明之無機組成物及其纖維以及薄片為非晶質。由於為非晶質，因此不會有因結晶相與非晶相之界面的剝離所導致之強度降低。關於是否為非晶質之判定，係藉由X射線繞射光譜僅出現非晶質暈，未發現結晶相之波峰的方式來進行。

本發明之無機組成物及其纖維以及薄片的中子屏蔽性，可藉由以下方式來加以估算，即：算出無機組成物及其纖維以及薄片之構成元素的莫耳分率，再從各元素之中子吸收截面積及總散射截面積的合計值乘上述莫耳分率所得到之值。於本發明中，可藉由將無機組成物及其纖維以及薄片所算出的中子屏蔽性（N）與鉛的中子屏蔽性（N _Pb）比較而得之值，亦即N/N _Pb之值，來顯示出其優勢（越大，中子屏蔽性越優異）。 N＝Σfx ×（σax+σsx）---取無機纖維、無機薄片中所有元素X之和。其中， σax：元素X之中子吸收截面積（單位：10 ^-24cm ²） σsx：元素X之中子總散射截面積（單位：10 ^-24cm ²） fx：無機纖維或無機薄片中之元素X的莫耳分率 N _Pb：鉛的中子吸收截面積與中子總散射截面積之和對於構成本發明之無機纖維及無機薄片之各元素（X）的中子吸收截面積（σax）、中子總散射截面積（σsx）及其合計值（σax+σsx），使用下述之值（單位皆為10 ^-24cm ²）。另，作為參考，亦一併記載氫、硼、鉛。＜元素名：中子吸收截面積（σax）／中子總散射截面積（σsx）／σax與σsx之合計值＞・硼（B）：767／5／772 ・鐵（Fe）：2.6／11.8／14.4 ・氪（Kr）：25／7.7／32.7 ・鎘（Cd）：2520／6／2526 ・釤（Sm）：5670／52／5722 ・釓（Gd）：48890／192／49082 ・鉛（Pb）：0.2／11.1／11.3 ・氧（O）：0.0／4.2／4.2 ・矽（Si）：0.2／2.2／2.4 ・鋁（Al）：0.2／1.5／1.7 ・鈣（Ca）：0.4／3.0／3.4 ・氫（H）：0.3／81.7／82.0 如於試驗例所詳述般，本發明之無機纖維、無機薄片相對於以往之玻璃纖維、玻璃薄片，具備超過數十倍之中子屏蔽性能，於更佳之態樣中，具備超過數百倍之中子屏蔽性能。

本發明之中的無機纖維，可依照常規方法，使上漿劑附著於其表面，進行捆紮，藉此製成無機纖維束。以下，對形成無機纖維束之重要的上漿劑加以說明。作為上漿劑，可使用通用之澱粉系上漿劑，但用於本發明之無機纖維，較佳為由氫含量較澱粉（分子式：（C ₆H ₁₀O ₅） _n）高之材料所構成的上漿劑。氫藉由彈性散射而產生之中子減速能力極高。因此，若上漿劑由高氫含量之材料所構成，則中子會因纖維表面之上漿劑而減速，結果，本發明之無機組成物中之「中子屏蔽元素」所產生的中子捕捉效率進一步提高。適合作為上漿劑之高氫含量材料，可舉： i）石蠟 ii）微晶蠟 iii）聚乙烯或乙烯主體之乙烯系共聚物 iv）聚丙烯。關於氫元素佔澱粉之比例，以原子百分比計，為48％，相對於此，上述i）～iv）之材料其氫元素佔材料之比例以原子百分比計，皆為約60％以上。而於聚乙烯、聚丙烯中，氫元素之比例以原子百分比計，亦達到約67％。於上述iii）中，所謂乙烯主體之乙烯系共聚物，係指聚合單元之至少70重量％為乙烯單元的乙烯系共聚物。作為構成乙烯系共聚物之乙烯以外的共聚單體之例，可舉丙烯、1－丁烯、1－戊烯、1－己烯、1－庚烯、1－辛烯。又，上述ii）之聚乙烯包含低分子量聚乙烯（聚乙烯蠟），iv）之聚丙烯則包含低分子量聚丙烯（聚丙烯蠟）。如後述，關於上述i）～iv）所舉之材料，為了提高其極性，可含有經實施極性施加處理之改質品。

關於上述i）～iv）之高氫含量材料的軟化溫度、分子量及極性，當無機纖維被使用作為樹脂增強用填料之情形時，為重要之因素。此處，關於上述高氫含量材料之軟化溫度，i）石蠟：50～60℃，ii）微晶蠟：65～95℃，iii）聚乙烯：115～145℃，iv）聚丙烯：145～165℃。因此，例如當重視無機纖維填充樹脂之耐熱溫度的情形時，較佳為軟化溫度較石蠟高之微晶蠟、聚乙烯、聚丙烯，最佳為聚丙烯。

又，上述高氫含量材料的分子量越高，介於樹脂與無機纖維之界面的上漿劑之被膜強度越增強。因此，於重視被膜強度時，相較於石蠟（分子量：300～600）或微晶蠟（分子量：400～800），較佳為低分子量聚乙烯（分子量：9,000～30,000）或低分子量聚丙烯（分子量：8000～40,000），更佳為分子量更高，通常被用於成型加工之聚乙烯或聚丙烯。

另，本發明之無機纖維由於表面富有極性，故藉由對上述高氫含量材料賦予極性，來增加無機纖維與上漿劑之密合強度。石蠟或微晶蠟可藉由氧化處理來賦予極性。另一方面，聚乙烯（或乙烯主體之乙烯系共聚物）或聚丙烯則可藉由氧改質共聚合或氧改質接枝反應來賦予極性。氧改質共聚合，可藉由使「乙烯或丙烯」與「順丁烯二酸或順丁烯二酸酐所代表之具有羧基或羰基的共聚單體」共聚合而達成。氧改質接枝反應，則可藉由使「聚乙烯或聚丙烯」與「順丁烯二酸或順丁烯二酸酐所代表之具有羧基或羰基的單體」在過氧化物之存在下反應而達成。下文中，將經藉由氧改質共聚合或氧改質接枝反應賦予極性之聚乙烯、乙烯主體之乙烯系共聚物及聚丙烯，分別稱為氧改質聚乙烯、氧改質乙烯系共聚物、氧改質聚丙烯。

上述由高氫含量材料構成之上漿劑，係以水性乳液之形態使用（以下，有時將製成水性乳液之上漿劑稱為「上漿劑乳液」。）。上漿劑乳液可藉由下述方式得到，亦即將上述高氫含量材料於較高氫含量材料之軟化溫度高的溫度下（較佳於較軟化溫度高10℃以上的溫度下，更佳於較軟化溫度高20℃以上的溫度下）與水及界面活性劑加以混合。另，於高氫含量材料之軟化溫度超過100℃時，可於高壓下混合。當混合時，高氫含量材料之分子量越高，即使於軟化溫度以上，亦越為高黏性，故可於高剪切條件下混合。

上漿劑對無機纖維之附著處理，可藉由將上漿劑乳液噴霧於無機纖維，或將無機纖維浸漬於上漿劑乳液來進行。然後，將附著上漿劑之無機纖維加熱至高氫含量材料之軟化溫度以上（較佳至較軟化溫度高10℃以上之溫度，更佳至較軟化溫度高20℃以上之溫度），再進行乾燥，藉此可得到高氫含量材料牢固附著於無機纖維表面之無機纖維束。

如此所得到之無機纖維束，然後被加工成切股（chopped strand）、粗紗、纖維片等產品。此等產品之中，上漿劑之原材料使用聚乙烯或乙烯主體之乙烯系共聚物者，適合作為乙烯樹脂之填充材，使用聚丙烯者適合作為丙烯樹脂之填充材，而使用氧改質聚乙烯、氧改質乙烯系共聚物、氧改質聚丙烯者，則除了聚醯胺樹脂之填充材外，亦適合作為FRP用增強材。

本發明之由無機組成物構成之纖維或薄片，以填充劑之形態添加於樹脂、膠合劑（cement）等材料，藉此對材料賦予中子屏蔽性能。又，與以往之粉末狀添加材不同，本發明之纖維或薄片因該等之形狀，而亦作為樹脂或膠合劑之強化材發揮功能。再者，由本發明之無機組成物構成之纖維或薄片由於耐輻射劣化性亦優異，故長期維持作為構成受輻射照射構件之樹脂、膠合劑、塗材之強化劑的功能。無機纖維可視目的，而加工成切股、粗紗、纖維片。粗紗、纖維片可製成為與樹脂組合之複合材料。藉由以此方式，應兼具中子屏蔽性與強度之目標物品（最終產品）之形狀設計的自由度將增加。無機纖維所帶來之形狀的自由度，係板狀澆鑄玻璃無法達成之效果。另一方面，藉由將無機薄片添加於樹脂或塗材，樹脂於成形加工步驟中，塗材則於塗覆步驟中，因所施加之剪切力，而使得無機薄片容易沿著樹脂成型品表面或塗膜表面配向成層狀。其結果，可更加有效地發揮中子屏蔽效果。

以下，以試驗例具體說明本發明之內容。另，於以下之試驗例（實施例、比較例）中，係使用下述試劑、原料。＜玻璃形成成分用原料＞・飛灰：FA1、FA2、FA4、FA5（由國內外取得。將成分（質量％）記載於表1。）・銅熔渣（Copper Slag）：CS（由國內取得。將成分（質量％）記載於表1。）・火山岩：BA（由日本國內取得。將成分（質量％）記載於表1。）・二氧化矽：SiO ₂（試劑，粉末）・氧化鋁：Al ₂O ₃（試劑，粉末）・氧化鈣：CaO（試劑，粉末）・碳酸鈣：CaCO ₃（試劑，粉末）・氧化鐵（III）：Fe ₂O ₃（試劑，粉末）・氧化鎂：MgO（試劑，粉末）・氧化鈦：TiO ₂（試劑，粉末）・碳酸鉀：K ₂CO ₃（試劑，粉末）・硼酸：H ₃BO ₃（試劑，粉末）＜中子屏蔽成分用試劑＞・釓（單質）：Gd（試劑，粉末）・氧化釓（III）：Gd ₂O ₃（試劑，粉末）・釤（單質）：Sm（試劑，粉末）・氧化釤（III）：Sm ₂O ₃（試劑，粉末）・鎘（單質）：Cd（試劑，粉末）

[表1]

另，FA1、FA2、FA4、FA5及CS、BA之成分分析，係藉由X射線螢光分析法。

＜原料摻合物之調整＞以規定比例稱量玻璃形成成分用原料與中子屏蔽成分用試劑，使用研缽進行混合，製備粉末狀原料摻合物。＜纖維化試驗與熔融紡絲性之評價＞對原料摻合物，以下述次序評價其熔融紡絲性。將試驗之概略示於圖1。於圖1中，電爐（11）之高度（H）為60cm，外徑（D）為50cm，於其中央具備直徑（d）10cm之開口部（14）。另一方面，於內徑（

）2.1cm，長度10cm之塔曼管（Tammann tube）（12）裝入摻合物30g。另，於塔曼管（12）之底部中央有直徑2mm之孔。於熔融試驗中，塔曼管（12）被以吊桿（13）保持於電爐之開口部（14）內的規定位置。電爐係藉由規定之升溫程式升溫，爐內溫度之最高到達溫度設為1450℃。此時，預先確認塔曼管內部（熔融物）之溫度是以較爐內溫度大約低50℃之溫度跟隨。若藉由加熱使原料摻合物熔融，則會因本身重量而從塔曼管之底部流動掉落，接觸到外界氣體而固化。於本發明，係將「爐內溫度達到1450℃前，原料摻合物熔融，且其熔融物流動掉落，形成細線」，亦即「原料摻合物之熔融溫度為1400℃以下，且其熔融物具有適於形成細線之熔融黏性」作為容許等級，來作為熔融紡絲性評價之指標。作為試樣之原料摻合物的熔融行為，大致分為下述A至C所示之群組。＜熔融紡絲性評價級別＞ A：成為細線。 B：試樣沒有熔融，或熔融物之黏度高，僅以本身重量無法掉落，無法成為細線。 C：試樣雖熔融，但熔融物之黏度過低，成為液滴而滴落，無法形成細線。

＜薄片化試驗＞原料摻合物以下述次序供薄片化試驗（薄片加工性之評價）。將試驗之概要示於圖2。依照下述步驟1至4之次序，將原料摻合物熔融，嘗試其熔融物之薄片化。步驟1：將原料摻合物（fp）約60克裝入直徑（D1）為20mm之坩堝（21）。另外，準備直徑（D2）為10mm之塔曼管（22）。塔曼管（22）於底部具備口徑（Φ）為2mm之開口部（221）（圖2上層）。步驟2：以電爐（23）加熱裝有摻合物（fp）之坩堝（21）（圖2中層左邊）。電爐係藉由規定之升溫程式升溫。爐內溫度之最高到達溫度設為1450℃。預先確認坩堝（21）內部及熔融物（fm）之溫度是以較爐內溫度大約低50℃之溫度跟隨。步驟3：將升溫後之坩堝（21）立即從電爐（23）取出，從坩堝（21）之上部將塔曼管（22）向下推。坩堝（21）內之無機組成物熔融物（fm）通過開口部（221）逐漸進入塔曼管（22）之內部（圖2中層右邊）。步驟4：接著，將儲存有熔融物（fm）之塔曼管（22）從坩堝（21）取出，立即從其口部（222）以約10MPa之壓力吹入空氣（圖2下層左邊）。熔融物（fm）具備適當之黏性時，熔融物膨脹，而形成中空薄膜之氣球（fb）（圖2下層右邊）。將氣球粉碎，可得到薄片。基於以上述次序進行之薄片化試驗的結果，將薄片加工性分級為以下之a、b及c。＜薄片加工性之評價級別＞ a：從步驟1到步驟4，形成氣球。 b：摻合物（fp）之熔融至步驟2亦未開始，或由於熔融物之黏度高，故於步驟3中熔融物未從開口部（221）進入塔曼管（22）之內部。 c：雖從步驟1進行至步驟3，但由於熔融物之黏度低，故於步驟4中，存放於塔曼管（22）之熔融物（fm）從口部（222）滴落，無法形成氣球。

[實施例1] 稱量30質量份之FA1、10質量份之FA4、20質量份之CS、30質量份之BA作為玻璃形成成分，及稱量10質量份之釓（單質）作為中子屏蔽成分，製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，釓：10質量％，SiO ₂：44質量％，Al ₂O ₃：11質量％，CaO：8質量％，Fe ₂O ₃：22質量％，其他：5質量％。連同從各原料之摻合比所算出之玻璃形成成分中的SiO ₂、Al ₂O ₃、CaO、Fe ₂O ₃、其他成分之質量以及SiO ₂與Al ₂O ₃佔玻璃形成成分之合計質量比、玻璃形成成分中SiO ₂相對於SiO ₂與Al ₂O ₃之合計的質量比、Fe ₂O ₃佔玻璃形成成分之質量比、SiO ₂與Al ₂O ₃佔最終組成物（無機纖維，無機薄片）之合計質量比示於表2。另，於後述之表中，對於SiO ₂、Al ₂O ₃、CaO、Fe ₂O ₃，亦分別用[S]、[A]、[C]、[F]之簡稱。對此原料摻合物進行纖維化試驗之結果，得到直徑約10μm之細線。所得到之細線具備即使用手拉伸亦無法輕易斷裂之強度。另，於後述之記載中，有時雖使用「纖維」之用語來代替「細線」，但為同義。又，經對此原料摻合物進行薄片加工試驗之結果，得到膜厚約800nm之氣球。將氣球粉碎而得到薄片。於纖維及薄片之X射線繞射（XRD）光譜未確認到結晶波峰，為非晶質。將以上之結果示於表2。另，於後述之表中的非晶性評價中，「〇」之記號表示為非晶質，及「×」之記號則表示確認到結晶波峰。又，基於最終組成物之成分比（質量％），求出元素之存在比（莫耳％），算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表2最下欄）。

[實施例2] 除了於實施例1中使用釤（單質）作為中子屏蔽成分外，以同樣方式製備原料摻合物，進行熔融紡絲試驗與薄片加工試驗。將結果示於表2。可從原料摻合物得到良好之纖維與薄片。又，纖維及薄片皆為非晶質。以與實施例1同樣方式，算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表2最下欄）。

[實施例3] 除了於實施例1中使用鎘（單質）作為中子屏蔽成分外，以同樣方式製備原料摻合物，進行熔融紡絲試驗與薄片加工試驗。將結果示於表2。可從原料摻合物得到良好之纖維與薄片。又，纖維及薄片皆為非晶質。以與實施例1同樣方式，算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表2最下欄）。

[比較例1] 稱量14質量份之FA2、44質量份之FA5、22質量份之CS及20質量份之BA作為玻璃形成成分，製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，SiO ₂：51質量％，Al ₂O ₃：13質量％，CaO：8質量％，Fe ₂O ₃：22質量％，其他：7質量％。對此原料摻合物進行熔融紡絲試驗與薄片加工試驗。將結果示於表2。可從原料摻合物得到良好之纖維與薄片。又，纖維及薄片皆為非晶質。另，所得到之纖維及薄片由於未含有中子屏蔽成分，故相對於鉛之相對中子屏蔽率為3之極低值（表2最下欄）。

[表2]

[實施例4] 稱量33質量份之FA1、11質量份之FA2、6質量份之FA4、22質量份之CS、11質量份之BA作為玻璃形成成分，及稱量17質量份之釓（單質）作為中子屏蔽成分，製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，釓：17質量％，SiO ₂：41質量％，Al ₂O ₃：10質量％，CaO：6質量％，Fe ₂O ₃：20質量％，其他：6質量％。對此原料摻合物進行熔融紡絲試驗與薄片加工試驗。將結果示於表3。可從原料摻合物得到良好之纖維與薄片。又，纖維及薄片皆為非晶質。以與實施例1同樣方式，算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表3最下欄）。

[實施例5] 稱量70質量份之FA5作為玻璃形成成分，並稱量30質量份之釓（單質）作為中子屏蔽成分，製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，釓：30質量％，SiO ₂：42質量％，Al ₂O ₃：13質量％，CaO：3質量％，Fe ₂O ₃：8質量％，其他：6質量％。對此原料摻合物進行熔融紡絲試驗與薄片加工試驗。將結果示於表3。可從原料摻合物得到良好之纖維與薄片。又，纖維及薄片皆為非晶質。以與實施例1同樣方式，算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表3最下欄）。

[實施例6] 稱量65質量份之FA5作為玻璃形成成分，並稱量35質量份之釓（單質）作為中子屏蔽成分，製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，釓：35質量％，SiO ₂：39質量％，Al ₂O ₃：12質量％，CaO：2質量％，Fe ₂O ₃：7質量％，其他：5質量％。對此原料摻合物進行熔融紡絲試驗與薄片加工試驗。將結果示於表3。可從原料摻合物得到良好之纖維與薄片。又，纖維及薄片皆為非晶質。

[實施例7] 稱量30質量份之FA1、10質量份之FA2、5質量份之FA4、20質量份之CS、10質量份之BA作為玻璃形成成分，並稱量25質量份之氧化釓（III）（Gd ₂O ₃）作為中子屏蔽成分，製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，氧化釓（III）：25質量％，SiO ₂：37質量％，Al ₂O ₃：9質量％，CaO：6質量％，Fe ₂O ₃：18質量％，其他：4質量％。對此原料摻合物進行熔融紡絲試驗與薄片加工試驗。將結果示於表3。可從原料摻合物得到良好之纖維與薄片。又，纖維及薄片皆為非晶質。以與實施例1同樣方式，算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表3最下欄）。

[實施例8] 除了於實施例7中使CS為15質量份，使氧化釓（III）（Gd ₂O ₃）為30質量份外，以同樣方式製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，氧化釓（III）：30質量％，SiO ₂：36質量％，Al ₂O ₃：9質量％，CaO：6質量％，Fe ₂O ₃：16質量％，其他：5質量％。對此原料摻合物進行熔融紡絲試驗與薄片加工試驗。將結果示於表3。可從原料摻合物得到良好之纖維與薄片。又，纖維及薄片皆為非晶質。以與實施例1同樣方式，算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表3最下欄）。

[實施例9] 稱量35質量份之FA1，5質量份之FA2，20質量份之CS，5質量份之BA作為玻璃形成成分，並稱量35質量份之氧化釓（III）作為中子屏蔽成分，製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，氧化釓（III）：35質量％，SiO ₂：32質量％，Al ₂O ₃：8質量％，CaO：4質量％，Fe ₂O ₃：17質量％，其他：4質量％。對此原料摻合物進行熔融紡絲試驗與薄片加工試驗。將結果示於表3。可從原料摻合物得到良好之纖維與薄片。又，纖維及薄片皆為非晶質。以與實施例1同樣方式，算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表3最下欄）。

[表3]

[實施例10] 稱量60質量份之FA5作為玻璃形成成分，並稱量40質量份之釓（單質）作為中子屏蔽成分，製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，釓：40質量％，SiO ₂：36質量％，Al ₂O ₃：11質量％，CaO：2質量％，Fe ₂O ₃：6質量％，其他：5質量％。另，Fe ₂O ₃佔玻璃形成成分之比率（質量比）為0.11。對此原料摻合物進行熔融紡絲試驗與薄片加工試驗。將結果示於表4。可從原料摻合物得到良好之細線與薄片。又，纖維及薄片皆為非晶質。將XRD光譜示於圖3。以與實施例1同樣方式，算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表4最下欄）。

[比較例2] 除了設為FA1：30質量份，FA4：10質量份，BA：20質量份，來代替實施例10之玻璃形成成分的FA5：60質量份外，以同樣方式製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，釓：40質量％，SiO ₂：33質量％，Al ₂O ₃：9質量％，CaO：5質量％，Fe ₂O ₃：9質量％，其他：4質量％。另，Fe ₂O ₃佔玻璃形成成分之比率（質量比）為0.15。對此原料摻合物進行熔融紡絲試驗與薄片加工試驗。將結果示於表4。本原料摻合物之熔融物其熔融黏度低，故於熔融紡絲試驗中，無法形成細線。同樣地，於薄片加工試驗中，熔融物之熔融黏度過低，亦無法形成氣球。另，於熔融固化物之XRD光譜，確認到來自結晶相之波峰（圖3）。以與實施例1同樣方式，算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表4最下欄）。

[實施例11] 除了設為氧化釓（III）：40質量份，來代替實施例10中之中子屏蔽成分的釓單質：40質量份外，以同樣方式製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，氧化釓（III）：40質量％，SiO ₂：36質量％，Al ₂O ₃：11質量％，CaO：2質量％，Fe ₂O ₃：6質量％，其他：5質量％。另，Fe ₂O ₃佔玻璃形成成分之比率（質量比）為0.11。對此原料摻合物進行熔融紡絲試驗與薄片加工試驗。將結果示於表4。可從原料摻合物得到良好之纖維與薄片。又，纖維及薄片皆為非晶質。以與實施例1同樣方式，算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表4最下欄）。

[比較例3] 除了設為FA1：35質量份，FA2：5質量份，CS：13質量份，BA：8質量份，來代替實施例10中之玻璃形成成分的FA5：60質量份外，以同樣方式製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，氧化釓（III）：40質量％，SiO ₂：31質量％，Al ₂O ₃：8質量％，CaO：4質量％，Fe ₂O ₃：14質量％，其他：3質量％。另，Fe ₂O ₃佔玻璃形成成分之比率（質量比）為0.23。對此原料摻合物進行熔融紡絲試驗與薄片加工試驗。將結果示於表4。本原料摻合物之熔融物由於其熔融黏度低，故於熔融紡絲試驗中，無法形成細線。同樣地，於薄片加工試驗中，熔融物之熔融黏度過低，亦無法形成氣球。另，根據XRD分析，熔融物為含有結晶成分者。以與實施例1同樣方式，算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表4最下欄）。

[實施例12] 稱量55質量份之FA5作為玻璃形成成分，並稱量45質量份之氧化釓（III）作為中子屏蔽成分，製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，氧化釓（III）：40質量％，SiO ₂：33質量％，Al ₂O ₃：10質量％，CaO：2質量％，Fe ₂O ₃：6質量％，其他：5質量％。另，Fe ₂O ₃佔玻璃形成成分之比率（質量比）為0.11。對此原料摻合物進行熔融紡絲試驗與薄片加工試驗。將結果示於表4。可從原料摻合物得到良好之纖維與薄片。又，纖維及薄片皆為非晶質。以與實施例1同樣方式，算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表4最下欄）。

[比較例4] 稱量40質量份之FA5作為玻璃形成成分，並稱量60質量份之氧化釓（III）作為中子屏蔽成分，製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，氧化釓（III）：60質量％，SiO ₂：24質量％，Al ₂O ₃：7質量％，CaO：1質量％，Fe ₂O ₃：4質量％，其他：3質量％。另，Fe ₂O ₃佔玻璃形成成分之比率（質量比）為0.11。對此原料摻合物進行熔融紡絲試驗與薄片加工試驗。將結果示於表4。本原料摻合物之熔融物由於其熔融黏度低，故於熔融紡絲試驗中，無法形成細線。同樣地，於薄片加工試驗中，熔融物之熔融黏度過低，亦無法形成氣球。另，根據XRD分析，熔融物為含有結晶成分者。以與實施例1同樣方式，算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表4最下欄）。

[表4]

根據實施例10與比較例2之比對、實施例11與比較例3之比對，當中子屏蔽成分超過35質量％之情形時，若Fe ₂O ₃佔玻璃形成成分之質量比為0.15以上，則纖維、薄片皆無法從無機組成物獲得。並且，顯然當中子屏蔽成分佔組成物之含量超過50質量％的情形時，即使Fe ₂O ₃佔玻璃形成成分之質量比未達0.15，亦已無法得到纖維、薄片。

[實施例13～17，比較例5] 使用釤單質及氧化釤（III）（Sm ₂O ₃）作為中子屏蔽成分，進行同樣之試驗。揭示原料之摻合組成、最終組成物之成分組成及結果（表5）。以與實施例1同樣方式，算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表5最下欄）。與使用釓單質、氧化釓（III）同樣地，即使使用釤單質及氧化釤（III），亦可得到良好之纖維與薄片（實施例13～17）。惟，與在比較例4的觀察同樣地，由中子屏蔽成分（氧化釤（III））佔組成物之含量超過50質量％的比較例5之組成物，皆無法獲得纖維、薄片。

[表5]

於以下所示之實施例18、19、比較例6～9中，對各組成物除了其紡絲性之評價外，亦評價耐輻射劣化性。耐輻射劣化性之評價，係藉由正電子湮滅壽命光譜法（Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy，PALS）。 [實施例19] 稱量40質量份之FA1、10質量份之FA2、30質量份之BA、5質量份之CaCO ₃（試劑）作為玻璃形成成分，並稱量15質量份之氧化釓（III）作為中子屏蔽成分，製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，氧化釓（III）：15質量％，SiO ₂：35質量％，Al ₂O ₃：9質量％，CaO：18質量％，Fe ₂O ₃：9質量％，其他：14質量％。對此原料摻合物進行熔融紡絲試驗。將結果示於表6。從原料摻合物可得到良好之纖維。又，纖維為非晶質。以與實施例1同樣方式，算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表6）。接著將原料摻合物之熔融固化物微粉碎，將該微粉碎物分為輻射照射用試樣與未經輻射照射試樣。將電子射線作為射線源，對輻射照射用試樣照射約1.45吉戈雷（gigagray，GGy）之輻射，得到經輻射照射試樣。對以此方式所得到之經輻射照射試樣與未經輻射照射試樣，分別使用圖4所示之裝置，進行正電子壽命測定。使用鈉之一部分經鈉之同位素 ²²Na取代的氯化鈉作為正電子射線源。於圖4中，正電子射線源（31）形成為10mm見方之平板狀，以鈦箔（titanium foil）（未圖示）包覆。於正電子射線源（31）之下方，設置有γ射線測量用之第一閃爍器（32a），並且於第一閃爍器（32a）連接有第一光電倍增管（33a）。於第一光電倍增管（33a）連接有第一脈高鑑別器（34a）。於第一閃爍器（32a）所捕捉到之訊號，經過第一光電倍增管（33a）、第一脈高鑑別器（34a），透過第一通道（36a）而被輸入於資料處理部（35）。資料處理單元（35）具備數位示波器（37）。此處，第一脈高鑑別器（34a）當檢測出 ²²Na於正β衰變時所發出之1.28MeV的γ射線時，將訊號送至資料處理單元（35）。藉由數位示波器（37）之設定，若從第一通道（36a）輸入訊號，則資料處理單元（35）會於記錄該時刻（t0）之同時，開始時間測量。供測定正電子壽命之試樣（S），係存放於收存規定量之粉體試樣的試樣支持容器（未圖示）。於裝載有試樣（S）之正電子射線源（31）的上方，安裝有第二閃爍器（32b）。於第二閃爍器（32b）連接有第二光電倍增管（33b）。而於第二光電倍增管（33b）則連接有第二脈高鑑別器（34b）。於第二閃爍器（32b）所捕捉到之訊號，經過第二光電倍增管（33b）、第二脈高鑑別器（34b），透過第二通道（36b）而被送至資料處理部（35）。此處，第二脈高鑑別器（34b）於檢測出當電子對湮滅時所發出之0.511MeV的γ射線時，將訊號送至資料處理單元（35）。資料處理單元（35）記錄從第二通道（36b）輸入之時刻。上述測量持續約24小時，將0.511MeV之γ射線的計數數目相對於時間加總，而得到正電子壽命光譜（PALS光譜）（圖5）。此湮滅時間由於會因正電子之移動行程的不同而變寬，故作為時間譜，於測量開始時刻（t0）存在峰頂（peak top），計數數目隨著時間推移而逐漸減少。此處，將相對於在峰頂之時刻（t0）的閃爍器之計數數目（經正規化之值（normalized value）：1）為10 ^-3之計數數目的時刻作為該試樣之湮滅時間的代表值（t1）（以下，將「湮滅時間之代表值」之表達僅簡稱為「湮滅時間」）。對經輻射照射試樣亦實施同樣之測定，得到PALS光譜。經正規化之PALS光譜與未經輻射照射試樣之PALS光譜大致重疊。因此，經輻射照射試樣之湮滅時間（t1’）與未經輻射照射試樣之湮滅時間（t1）的比（t1’/t1）為1.0。「即使照射輻射，PALS光譜亦大致重疊，t1’/t1之值為1.0」此一試驗結果，顯示出本無機組成物於輻射照射前後，其微細構造幾乎沒有變化，亦即耐輻射劣化性優異。

[實施例18] 稱量75質量份之FA5、15質量份之CaCO ₃（試劑）作為玻璃形成成分，並稱量10質量份之氧化釓（III）作為中子屏蔽成分，製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，氧化釓（III）：10質量％，SiO ₂：44質量％，Al ₂O ₃：14質量％，CaO：11質量％，Fe ₂O ₃：8質量％，其他：7質量％。對此原料摻合物進行熔融紡絲試驗。將結果示於表6。可從原料摻合物得到良好之纖維。又，纖維為非晶質。 [實施例19] 稱量40質量份之FA1、10質量份之FA2、30質量份之BA、5質量份之CaCO ₃（試劑）作為玻璃形成成分，並稱量15質量份之氧化釓（III）作為中子屏蔽成分，製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，氧化釓（III）：15質量％，SiO ₂：35質量％，Al ₂O ₃：9質量％，CaO：18質量％，Fe ₂O ₃：9質量％，其他：14質量％。對此原料摻合物進行熔融紡絲試驗。將結果示於表6。可從原料摻合物得到良好之纖維。又，纖維為非晶質。以與實施例1同樣方式，算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表6）。與實施例18同樣地，對熔融固化物藉由PALS法求出未經輻射照射試樣與經輻射照射試樣之PALS光譜。其結果，未經輻射照射試樣（輻射照射前之試樣）與經輻射照射試樣（輻射照射後之試樣）的PALS光譜大致重疊（圖5）。因此，經輻射照射試樣之湮滅時間（t1’）與未經輻射照射試樣之湮滅時間（t1）的比（t1’/t1）為1.0。

[比較例6] 稱量16質量份之SiO ₂（試劑）、4質量份之Al ₂O ₃（試劑）、2質量份之Fe ₂O ₃（試劑）、8質量份之CaO（試劑）、1質量份之MgO（試劑）、1質量份之TiO ₂（試劑）、1質量份之K ₂CO ₃（試劑），製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，SiO ₂：50質量％，Al ₂O ₃：12質量％，CaO：26質量％，Fe ₂O ₃：5質量％，其他：6質量％。對此原料摻合物嘗試熔融紡絲之結果，可得到細線（表6）。另，熔融物為非晶質。以與實施例18同樣方式，對熔融固化物求出未經輻射照射試樣與經輻射照射試樣之PALS光譜。其結果，於未經輻射照射試樣與經輻射照射試樣之PALS光譜確認到變化（圖6）。亦即，經輻射照射試樣之湮滅時間（t1’）變得小於未經輻射照射試樣之湮滅時間（t1）。具體而言，t1’/t1之值為0.6。由於未經輻射照射試樣與經輻射照射試樣之PALS光譜發生變化，因此推測因照射輻射而使得試樣之微細構造發生了一些變化。

[比較例7] 稱量75質量份之FA5、18質量份之CaCO ₃（試劑）作為玻璃形成成分，並稱量7質量份之氧化釓（III）作為中子屏蔽成分，製備原料摻合物。本原料摻合物所含之成分如下，氧化釓（III）：7質量％，SiO ₂：44質量％，Al ₂O ₃：14質量％，CaO：13質量％，Fe ₂O ₃：8質量％，其他：14質量％。對此原料摻合物嘗試熔融紡絲之結果，可得到良好之細線。所得到之纖維為非晶質。以與實施例1同樣方式，算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表6）。以與實施例18同樣方式，對熔融固化物藉由PALS法求出未經輻射照射試樣與經輻射照射試樣之PALS光譜。其結果，與比較例6中所見同樣地，於未經輻射照射試樣與經輻射照射試樣之PALS光譜確認到變化。惟，其變化程度較比較例6所示之變化程度小。t1’/t1之值為0.7。

[比較例8] 除了使比較例7中之CaCO ₃（試劑）為17質量份，氧化釓（III）為8質量份外，其餘皆以同樣方式進行試驗。將結果示於表6。以與實施例18同樣方式，對熔融固化物藉由PALS法求出未經輻射照射試樣與經輻射照射試樣之PALS光譜。其結果，與比較例6中所見同樣地，於未經輻射照射試樣與經輻射照射試樣之PALS光譜確認到變化。其變化程度較比較例7所示之變化程度更小。t1’/t1之值為0.8。

[比較例9] 稱量35質量份之FA5、5質量份之H ₃BO ₃（試劑）作為玻璃形成成分，並稱量60質量份之氧化釓（III）作為中子屏蔽成分，製備原料摻合物。對此原料摻合物嘗試熔融紡絲，但熔融物僅滴落，而無法得到細線（表6）。另，根據XRD分析，熔融物為含有結晶成分者。以與實施例1同樣方式，算出相對於鉛之相對中子屏蔽率之值（N/N _Pb）（表6）。即使經照射輻射，於組成物之PALSPALS光譜亦無確認到變化。t1’/t1之值為1.0。

[表6]

基於圖7、表6之結果，將組成物中之氧化釓（III）含量與亦可說是耐輻射劣化性之指標的t1’/t1值（無量綱）之關係繪製成圖。於上述比較例6、7、8之一系列試驗，發現隨著為了對組成物賦予中子屏蔽性而添加之氧化釓（III）的含量增加，耐輻射劣化性有獲得改善之跡象，但可確認若在10質量％以上，則組成物可臨界地完美承受輻射此一無法預期之效果。

使用量產設備，從實施例18之無機組成物（氧化釓（III）含量：10質量％）製造無機纖維（樣品I）。以同樣方式，從比較例6之無機組成物（氧化釓（III）含量：0質量％）製造無機纖維（樣品II）。並且，亦準備市售之玄武岩纖維（樣品III）與玻璃纖維（樣品IV）作為比較對照用。依序將上述I～IV之纖維樣品排列於試驗台，進行中子射線圖像拍攝。於圖8中，從上層之左邊依序表示樣品I（氧化釓（III）含量：10質量％）、樣品II（氧化釓（III）含量：0質量％）、樣品III（玄武岩纖維），樣品IV（玻璃纖維）。圖8下層，係在不改變此等樣品之位置下，同時照射中子所得到之中子射線圖像影像。圖中，自左邊起之（I）、（II）、（III）及（IV）分別對應於I～IV之纖維樣品。此清楚表明樣品I（氧化釓（III）含量：10質量％）之纖維屏蔽了中子，而其他之纖維則皆會透射過中子。 [產業之可利用性]

本發明之無機組成物由於具備中子屏蔽性，故作為受中子照射構件之原材料是有用的。又，本發明之無機組成物可輕易加工成纖維或薄片。因此，若與樹脂、橡膠、膠合劑、其他之材料複合，則不僅可對其等賦予中子屏蔽性，亦可因纖維或薄片所具備之形狀，而作為上述材料之強化材發揮功能。纖維可依慣用方法加工成切股、粗紗、纖維片。雖已於上文提及，但若將本發明之無機組成物所構成的薄片添加於熱塑性樹脂，則因其射出成形步驟中所產生之剪切力，薄片於樹脂成形品中配向成層狀，結果可有效地發揮中子屏蔽效果。同樣地，若將本發明之無機組成物所構成的薄片添加於塗材（襯材），則因以刷毛或滾輪等進行之塗覆行程中施加於塗材（襯材）的剪切力，塗膜中之薄片會想以沿著塗膜面之方式配向成層狀。其結果，與粉末或粒狀之添加劑比較，每單位質量之中子屏蔽效果較優異。本發明之無機組成物由於耐輻射劣化性亦優異，故即使受中子照射構件長期受到中子照射，受中子照射構件所含有之纖維或薄片亦不會劣化，故具有可長期保持作為構件之強化材發揮功能的優點。摻合有本發明之無機組成物或其纖維以及薄片的材料，其中子屏蔽性優異。因此，適合作為構成受中子束照射構件之材料。而作為受中子束照射構件之代表例，可例示核能、航太、醫療之各領域的設備、機器、構件。作為核能領域之設備、機器、構件可舉如下：・核能發電用之設備、機器、構件，・於碎屑（熔融核燃料）之取出與保存相關作業中防止臨界反應的設備、機器、構件，・鈾礦之開採、處理用的設備、機器、構件，・核燃料之二次加工處理（包含該燃料之轉換、濃縮、再轉換、成形加工、MOX製造）用的設備、機器、構件，・使用過之核燃料之貯存、處理、再處理用的設備、機器、構件，・暴露於中子束之廢棄物之貯存、處理、處置用的設備、機器、構件，・鈾礦、核燃料二次加工品、使用過之核燃料或暴露於中子束之廢棄物的運送機器、構件，・其他之核相關的設備、機器、構件。作為上述核能發電用設備、機器、構件之更具體的例子，可舉核反應爐建築物（包括研究爐及試驗爐）、核反應爐存放容器、核反應爐設施內配管、廢爐處理用機器人。作為航太領域之設備、機器、構件可舉如下：・太空基地建築物、太空站、人造衛星、行星探測衛星、太空服等。作為醫療領域之設備、機器、構件可舉如下：・利用粒子射線之醫療裝置。以上之使用例子，係為了展現本發明之無機組成物的有用性而例示者，並非限制本發明之範圍。

11:電爐 12:塔曼管 13:吊桿 14:開口部 15:纖維 D:電爐外徑 H:電爐高度 d:電爐開口部直徑 21:坩堝 22:塔曼管 221:開口部 222:口部 23:電爐 D1:坩堝之直徑 H1:坩堝之高度 D2:塔曼管之直徑 H2:塔曼管之高度

:開口部之口徑 fp:原料摻合物、無機氧化物摻合物 fm:熔融物，無機氧化物熔融物 fb:氣球 P:負載壓力 31:正電子射線源 32a:閃爍器 32b:閃爍器 33a:光電倍增管 33b:光電倍增管 34a:脈高鑑別器 34b:脈高鑑別器 35:資料處理單元 36a:第一通道 36b:第二通道 37:數位示波器 S:試樣

[圖1]係表示纖維化試驗概要之圖。 [圖2]係表示薄片化試驗概要之圖。 [圖3]係實施例10與比較例2之XRD光譜。 [圖4]係用於測定正電子壽命之裝置的概要圖。 [圖5]係實施例19之無機組成物其輻射照射前後之正電子壽命光譜的比對圖。 [圖6]係比較例6之無機組成物其輻射照射前後之正電子壽命光譜的比對圖。 [圖7]係表示組成物中之中子屏蔽元素含量與耐輻射劣化性的關係之圖。 [圖8]係本發明之無機纖維與以往技術之無機纖維的中子射線攝影術之比對照片。

Claims

一種無機組成物，其係非晶質之無機組成物，該無機組成物係由下述i之成分及ii之成分構成， i）以SiO ₂及Al ₂O ₃為主成分之玻璃形成成分50～90質量％， ii）由釓單質、氧化釓（III）（Gd ₂O ₃）、釤單質、氧化釤（III）（Sm ₂O ₃）、鎘單質、氧化鎘（CdO）或者該等之混合物構成的中子屏蔽成分10～50質量％， iii）SiO ₂及Al ₂O ₃佔該玻璃形成成分之合計質量比為0.50以上。
如請求項1之無機組成物，其中，該中子屏蔽成分佔該無機組成物為20質量％以上，且Fe ₂O ₃佔該玻璃形成成分中之質量比為0.25以下。
如請求項1之無機組成物，其中，該中子屏蔽成分佔該無機組成物超過35質量％，且Fe ₂O ₃佔該玻璃形成成分中之質量比未達0.15。
如請求項1至3中任一項之無機組成物，其中，該玻璃形成成分含有飛灰、爐渣灰或玄武岩。
如請求項4之無機組成物，其中，該玻璃形成成分為飛灰。
一種無機組成物之纖維，該無機組成物為請求項1至5中任一項之無機組成物。
一種無機組成物之薄片，該無機組成物為請求項1至5中任一項之無機組成物。
一種經以纖維填充之材料，該纖維為請求項6之纖維。
如請求項8之材料，其為纖維增強樹脂。
如請求項8之材料，其為纖維增強膠合劑（cement）。
一種含有薄片作為混合劑之塗材，該薄片為請求項7之薄片。
一種中子屏蔽構件，係以請求項8之材料構成。
一種中子屏蔽構件，係被請求項11之塗材被覆。
一種無機纖維束，係使上漿劑附著於請求項6之無機纖維而成，該上漿劑為下述i至iv中之任一者， i）石蠟； ii）微晶蠟； iii）聚乙烯，或乙烯主體之乙烯系共聚物； iv）聚丙烯。