(57)【要約】【課題】比較的容易に実施することができ、汎用性も良好であり、優れた断熱機能、耐火機能及び放射線遮蔽機能を備えた遮蔽材料を提供する。【解決手段】放射線遮蔽槽１００は収容槽４０と蓋体５０とを備え、収容槽４０は外層部４１と内層部４２とで形成され、蓋体５０は、外蓋部５１と内蓋部５２とで形成されている。外層部４１及び外蓋部５１はいずれも第１遮蔽材料で形成され、内層部４２及び内蓋部５２はいずれも第２遮蔽材料で形成されている。第１遮蔽材料は、イオン交換性を有するケイ酸塩鉱物を水溶化した改質剤に、ゼオライト及びセメントを混合して、固化させることによって形成されている。第２遮蔽材料は、イオン交換性を有するケイ酸塩鉱物を水溶化した改質剤に、ゼオライト、粉末発泡材及び合成樹脂材を混合して、加熱発泡させた後、固化させることによって形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換性を有するケイ酸塩鉱物を水溶化した改質剤に、ゼオライト及びセメントを混合して、固化させた遮蔽材料。
【請求項２】
イオン交換性を有するケイ酸塩鉱物を水溶化した改質剤に、ゼオライト、粉末発泡材及び合成樹脂材を混合して、加熱発泡させた後、固化させた遮蔽材料。
【請求項３】
前記改質剤が、金属シリコン、硼砂、苛性ソーダ及び水の混合物を加熱して形成したものである請求項１または２記載の遮蔽材料。
【請求項４】
前記粉末発泡材がコークス粉末である請求項２記載の遮蔽材料。
【請求項５】
前記合成樹脂材がウレタン樹脂、フェノール樹脂の少なくとも一方である請求項２または４記載の遮蔽材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱機能、耐火機能及び放射線遮蔽機能を備えた遮蔽材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力施設や核燃料再処理施設から出される放射性廃棄物を密閉（貯蔵）する技術あるいは放射性廃棄物から発生する放射線を遮蔽する技術については、従来、様々な方式が提案されているが、本発明に関連するものとして、特許文献１記載の「放射性廃棄物の固化処理方法」、特許文献２，３記載の「放射線遮蔽材」などがある。
【０００３】
特許文献１記載の「放射性廃棄物の固化処理方法」は、ケイ酸アルカリ化合物からなる無機質結合剤と、セメント系材料からなる硬化促進剤と、滑沢剤と、を含む粉末状のバインダを、粉末状の放射性廃棄物に混合し、その後、結合助剤となる水を添加、混合して得られた混合物を、ペレット状に加圧成形して硬化させる、というものである。
【０００４】
特許文献２記載の放射線遮蔽材は、中性子遮蔽効果の大きい水素元素含有率の高いゼオライトと、高エネルギー中性子線及びガンマ線に高い遮蔽効果を示すイオン交換元素及び原子番号４０以上の重金属、並びに熱中性子吸収材を組み合わせてなるものである。
【０００５】
特許文献３記載の放射線遮蔽材は、中性子遮蔽効果の大きい水素元素含有率の高い多孔質珪質材料と、高エネルギー中性子線及びガンマ線に高い遮蔽効果を示す原子番号４０以上の重金属と、熱中性子吸収材を組み合わせてなるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２８１９６４号公報
【特許文献２】特開２００６−３２９９１５号公報
【特許文献３】特開２００６−２７５６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１記載の「放射性廃棄物の固化処理方法」は、当該方法で処理することのできる対象物が粉末状の放射性廃棄物に限定されているので、汎用性に欠ける。
【０００８】
特許文献２，３記載の「放射線遮蔽材」は、その原材料として、原子番号４０以上の重金属など、広く市販されていない物質を必要とするので、容易に実施できない面がある。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、比較的容易に実施することができ、汎用性も良好であり、優れた断熱機能、耐火機能及び放射線遮蔽機能を備えた遮蔽材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の遮蔽材料は、イオン交換性を有するケイ酸塩鉱物を水溶化した改質剤に、ゼオライト及びセメントを混合して、固化させたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の遮蔽材料は、イオン交換性を有するケイ酸塩鉱物を水溶化した改質剤に、ゼオライト、粉末発泡材及び合成樹脂材を混合して、加熱発泡させた後、固化させたことを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記改質剤は、金属シリコン、硼砂、苛性ソーダ及び水の混合物を加熱して形成したものであることが望ましい。
【００１３】
また、前記粉末発泡材として、コークス粉末を使用することが望ましい。
【００１４】
前記合成樹脂材として、ウレタン樹脂、フェノール樹脂の少なくとも一方を使用することが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、比較的容易に実施することができ、汎用性も良好であり、優れた断熱機能、耐火機能及び放射線遮蔽機能を備えた遮蔽材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態である遮蔽材料を用いて形成した放射線遮蔽槽を示す斜視図である。
【図２】図１中に示す遮蔽材料の製造工程で使用する改質剤の製造装置を示す一部省略側面図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】図２に示す改質剤製造装置を構成する反応槽加温用ケーシングの一部省略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。図１に示す放射線遮蔽槽１００は、放射性廃棄物を投入可能な略立方体箱形状の収容槽４０と、収容槽４０の上面開口部４０ａを閉止するための蓋体５０とを備えている。収容槽４０は、収容槽４０の外殻を形成する外層部４１と、外層部４１の内面を全面的に被覆する状態で固着された内層部４２とで形成されている。蓋体５０は、収容槽４０の上面開口部４０ａを閉塞可能な外蓋部５１と、上面開口部４０ａ内に気密状に嵌入可能な状態で外蓋部５１の下面に固着された内蓋部５２とで形成されている。
【００１８】
外層部４１及び外蓋部５１はいずれも第１遮蔽材料で形成され、内層部４２及び内蓋部５２はいずれも第２遮蔽材料で形成されている。第１遮蔽材料は、イオン交換性を有するケイ酸塩鉱物を水溶化した改質剤に、ゼオライト及びセメントを混合して、固化させることによって形成されている。第２遮蔽材料は、イオン交換性を有するケイ酸塩鉱物を水溶化した改質剤に、ゼオライト、粉末発泡材及び合成樹脂材を混合して、加熱発泡させた後、固化させることによって形成されている。
【００１９】
ここで、図２〜図４に基づいて、前述した第１遮蔽材料、第２遮蔽材料の原材料の一つである改質剤の製造装置及び前記改質剤の製造方法、並びに前記改質剤を用いた前記第１遮蔽材料、前記第２遮蔽材料の製造方法について説明する。
【００２０】
図２〜図４に示すように、改質剤製造装置１０は、メタルシリコンＭＳを収容した原料容器１１を収容可能な密閉性を有する反応槽１２と、反応槽１２内に注水する給水経路１３と、反応槽１２に苛性ソーダＳ及び硼砂Ｂを入れる投入経路１５と、反応槽１２内の収容物を昇温させる加熱手段１６と、反応槽１２内に形成される液体Ｒを原料容器１１内のメタルシリコンＭＳに向かって吹き付ける噴射手段１８と、を備えている。
【００２１】
反応槽１２は円筒形状をなし、その軸心が略水平をなすように配置されている。原料容器１１は通液性を有する網状体で形成され、反応槽１２内に、その軸心と平行に配置された一対のレール２２上に載置されている。反応槽１２の上面の加熱手段１６寄りの部分には、反応槽１２内と連通する排気筒２６が立設されている。また、反応槽１２の加熱手段１６と反対側に、原料容器１１を反応槽１２に出し入れするための出入口２８と、出入口２８を開閉する蓋体２９と、が設けられている。
【００２２】
また、反応槽１２内に形成される液体Ｒを、溢流経路１９を経由して貯留する補助タンク２０と、補助タンク２０内に貯留された液体Ｒを反応槽１２内へ送り込むための還流経路２１及びポンプＰが設けられている。
【００２３】
加熱手段１６として、反応槽１２内に当該反応槽１２内と区画された状態で配置された発熱筒２３と、発熱筒２３内に向かって火炎放射するバーナ２４と、発熱筒２３内から反応槽１２外に排出される高温気体を反応槽１２の外周の下面領域に沿って流動させる反応槽加温用ケーシング２５と、が設けられている。バーナ２４から放射される火炎によって昇温した発熱筒２３によって、反応槽１２内の液体Ｒが加熱される。
【００２４】
発熱筒２３内の高温気体は、発熱筒２２の先端付近から反応槽１２外へ配設された排気経路２７を通過して、反応槽加温用ケーシング２５内に設けられた区画室２５ａ内へ排出され、当該区画室２５ａを形成する隔壁２５ｂに開設された通気口２５ｃを通過して、反応槽加温用ケーシング２５内に流れ込む。
【００２５】
反応槽加温用ケーシング２５内に流れ込んだ高温気体は、その内部を出入口２８側に向かって拡散していき、この過程で反応槽加温用ケーシング２５の加温に供された後、加熱手段１６と反対側に、反応槽加温用ケーシング２５内と連通した状態で立設された排気筒３０を上昇して大気中へ放出される。
【００２６】
次に、図２〜図４を参照し、改質剤製造装置１０を用いた改質剤製造方法について説明する。図２に示すように、メタルシリコンＭＳを収容した反応容器１１を台車３１に載せて改質剤製造装置１０まで運び込み、蓋体２９を開いて出入口２８から反応槽１２内へ装入する。この後、蓋体２９で出入口２８を閉塞し、給水経路１３から反応槽１２内へ注水する。所定量の注水が終わったら、バーナ２４を点火して、加熱を開始する。
【００２７】
反応槽１２内の液体Ｒの温度が６０℃に達したら、投入経路１５の開閉手段３２を開いて苛性ソーダＳを反応槽１２内へ投入する。これにより、苛性ソーダＳと液体Ｒとが反応し、液体Ｒの温度が９９℃程度まで上昇していく。この過程において、反応槽１２内の液体Ｒを、ポンプ（図示せず）で吸い込み、噴射手段１８から原料容器１１内のメタルシリコンＭＳに向かって吹き付けることにより、メタルシリコンＭＳの溶解を促進する。
【００２８】
苛性ソーダＳの投入後、６０分程度経過した時点で、投入経路１５から反応槽１２内へ硼砂Ｂを投入すると、前述した反応が沈静化されるが、そのまま反応を進行させる。硼砂Ｂの投入後、５０分程度が経過したら、反応槽１２内の液体Ｒの比重及びｐＨを計測する。比重１．３５程度、ｐＨ１２〜１３となっていれば、反応完了と判断することができるので、バーナ２４などを停止して、室温レベルまで放冷すると、反応槽１２内の液体Ｒを改質剤として取り出すことができる。
【００２９】
このような工程を経て製造された改質剤に、ゼオライト岩石（外径５０ｍｍ程度）、ゼオライト粉末（約２００メッシュ程度）及びセメントを混合し、当該混合物を固化させることによって第１遮蔽材料を得ることができる。また、前記混合物を箱体形状に成型して固化させることによって外層部４１（図１参照）を形成することができ、前記混合物を平板形状に成型して固化させることによって外蓋部５１（図１参照）を形成することができる。
【００３０】
一方、前述した製造工程を経て製造された改質剤に対し、粉末発泡材であるコークス粉を約６０質量％、火山灰（製鉄残渣灰またはフライアッシュでも可）を約１５質量％、ウレタン樹脂を約５質量％、フェノール樹脂を約２０質量％混合し、当該混合物を所定形状に成型した後、３００℃程度に加熱して発泡させ、固化させることによって第２遮蔽材料を得ることができる。また、前記混合物を平板形状に成形し、発泡、固化させたものを、図１に示す外層部４１の内面に固着することによって内層部４２を形成することができ、外蓋部５１の下面に固着することによって内蓋部５２を形成することができる。なお、前述した混合比率は一例を示すものであり、これに限定されない。
【００３１】
前述した工程で製造された第１遮蔽部材及び第２遮蔽部材を用いて、内容積が１ｍ3であって、壁厚（外層部４１の厚さ）のみが異なる３種類の放射線遮蔽槽１００（図１参照）を製作し、それぞれの内部に放射性物質を含む土壌（２．９μＳｖ／ｈ，１００００Ｂｑ／ｋｇ，比重１．８）を密閉し、その外部で放射線量を測定し、遮蔽率を算出したところ、以下のような結果が得られた。
【００３２】
壁厚４０ｍｍ：０．２１０μＳｖ／ｈ（遮蔽率９２．８％）
壁厚６０ｍｍ：０．１２５μＳｖ／ｈ（遮蔽率９５．７％）
壁厚８０ｍｍ：０．０４５μＳｖ／ｈ（遮蔽率９８．４％）
【００３３】
対比例として、通常のコンクリート材を用いて製作した、放射線遮蔽槽１００と同じサイズ（内容積１ｍ3、壁厚１５０ｍｍ）の放射線遮蔽槽（図示せず）内に前記土壌を密閉し、その外部で放射線量を測定し、遮蔽率を算出したところ、約９３．５％という結果が得られた。よって、本実施形態の放射線遮蔽槽１００の場合、通常のコンクリート材の半分以下の壁厚で、当該コンクリート材を超える遮蔽率を得られることが判明した。
【００３４】
また、第１遮蔽材料及び第２遮蔽材料を形成するための原材料は広く市販されているものなので比較的容易に実施することができ、第１遮蔽材料及び第２遮蔽材料で形成された放射線遮蔽槽１００は処理対象となる放射性物質の性状が限定されないので汎用性も良好であり、優れた放射線遮蔽機能を発揮する。さらに、第１遮蔽材料及び第２遮蔽材料は任意の形状に成型することができるので、この点においても汎用性に優れている。
【００３５】
さらに、第２遮蔽材料は、放射線遮蔽機能だけでなく、優れた断熱機能及び耐火機能を有し、大量生産も可能であるため、一般住宅用の建材などの用途にも好適に使用することができる。
【００３６】
なお、図１〜図４に基づいて説明した実施形態は本発明の一例を示すものであり、本発明の遮蔽材料は前述した実施形態に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の遮蔽材料は、断熱機能、耐火機能あるいは放射線遮蔽機能を必要とする様々な産業分野において広く利用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  改質剤製造装置
１１  原料容器
１２  反応槽
１３  給水経路
１５  投入経路
１６  加熱手段
１８  噴射手段
１９  溢流経路
２０  補助タンク
２１  還流経路
２２  レール
２３  発熱筒
２４  バーナ
２５  反応槽加温用ケーシング
２５ａ  区画室
２５ｂ  隔壁
２５ｃ  通気口
２６，３０  排気筒
２７  排気経路
２８  出入口
２９  蓋体
３１  台車
３２  開閉手段
４０  収容槽
４０ａ  上面開口部
４１  外層部
４２  内層部
５０  蓋体
５１  外蓋部
５２  内蓋部
１００  放射線遮蔽槽
Ｂ  硼砂
Ｎ  苛性ソーダ
ＭＳ  メタルシリコン
Ｐ  ポンプ
Ｒ  液体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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