(57)【要約】【課題】中性子・ガンマ線の両方が存在する放射線施設において、良好な遮蔽性能を有し特に低レベルの中性子が予想される医療現場においても医療従事者が安心して働けるような作業環境を提供可能な放射線遮蔽材料を提供する。【解決手段】この放射線遮蔽材は、０．２〜２ｍｍの直径を有する球状の鉛粉の表面に、酸化ホウ素やホウ酸等のホウ化物がコーティングされていることを特徴とする。この放射線遮蔽材は、織布、不織布もしくは樹脂フィルムからなる袋の中に入れたり、放射線遮蔽材と樹脂とを混合して煉瓦状や板状等の任意の形状に成形したり、放射線遮蔽材と樹脂とを混合した後で射出可能な容器に収容してもよい。この際使用される樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂の混合体、シリコーン樹脂等が好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．２〜２ｍｍの直径を有する球状の鉛粉の表面に、ホウ化物がコーティングされていることを特徴とする放射線遮蔽材。
【請求項２】
前記ホウ化物が酸化ホウ素であり、前記鉛粉に対する当該酸化ホウ素の重量比が１００：１〜１００：４０であることを特徴とする請求項１記載の放射線遮蔽材。
【請求項３】
前記ホウ化物がホウ酸であり、前記鉛粉に対する当該ホウ酸の重量比が１００：１〜１００：４０であることを特徴とする請求項１記載の放射線遮蔽材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射線遮蔽材が、織布、不織布もしくは樹脂フィルムからなる袋状体の中に収容されていることを特徴とする放射線遮蔽材収容体。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射線遮蔽材と樹脂とが、混合された状態で、射出によって取り出し可能な構造を有する容器内に収容されていることを特徴とする放射線遮蔽材収容体。
【請求項６】
前記樹脂が、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂及び、エポキシ樹脂とシリコーン樹脂の混合体から成るグループより選ばれたものであることを特徴とする請求項５に記載の放射線遮蔽材収容体。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射線遮蔽材と樹脂との混合物から成り、任意の形状に成形された成形体の形態を有することを特徴とする放射線遮蔽材成形物。
【請求項８】
前記樹脂が、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂及び、エポキシ樹脂とシリコーン樹脂の混合体から成るグループより選ばれたものであることを特徴とする請求項７に記載の放射線遮蔽材成形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子・ガンマ線の両方が存在する場において、中性子・ガンマ線の両方を遮蔽する放射線遮蔽材に関するものである。なお中性子捕獲反応による二次ガンマ線が発生する事が予見されるが、そのような二次ガンマ線をも遮蔽する放射線遮蔽材に関するものである。又、本発明は、このような放射線遮蔽材を用いた放射線遮蔽材収容体および放射線遮蔽材成形物に関するものでもある。
【背景技術】
【０００２】
一般にガンマ線の遮蔽には比重の大きい金属材料が使われ、コストの面から鉛が多用されているが、他の金属材料、例えば鉄、タングステンあるいは、それらの酸化物等の化合物でも利用可能である。一方、中性子遮蔽には、水素あるいはホウ素が効果的とされ、ポリエチレン、パラフィン、もしくはエポキシ樹脂が利用され、さらにホウ素が添加されている事例もある。さらには、原子力発電所等においては炉の冷却を兼ねて水が中性子吸収材として使われているほか、水素が多量に入っているコンクリートも躯体材料を兼ねて中性子吸収材として使用されている。放射線遮蔽材は以前より各種のものが開発されている。放射線遮蔽効果のある材料（例えば、鉛、タングステン等の重金属）を添加した樹脂、ゴム、コンクリート等とか、重金属そのものが既に開発されており一部実用化もされている。ガンマ線には重金属、中性子には水素あるいは（及び）ホウ素がそれぞれ効果的な遮蔽作用を有すると言われている。
【０００３】
次に鉛をガンマ線の遮蔽材として使用する際に鉛が放射化して逆に放射線を出してしまう事があるがこれは、鉛に起因するものではなく鉛中に不純物として含まれるアンチモンが放射化しやすい性質を持つ事による。そのため、鉛地金を用いて鉛ショット等を遮蔽材として使用すると放射化は起こらないが、アンチモンを大量に含む再生鉛を使用すると放射化する事があるとされている。
【０００４】
例えば、下記の特許文献１〜５に示されているように中性子吸収を主眼とした技術は多いが、重金属を含んでいないがゆえに、中性子捕獲による二次ガンマ線の遮蔽効果はいずれも期待出来ない。また、下記の特許文献６には、鉄粉も添加されているので、一部の二次ガンマ線の遮蔽することは可能だが、比重が７．８なのでより比重の大きい重金属よりは劣ると考えられる。更に、下記の特許文献７においては、未硬化の樹脂中に鉛粉とホウ酸を添加して混合後硬化させることにより、中性子・ガンマ線の両方を遮蔽する事が可能であるとしているが、樹脂と鉛粉の質量比が１：２であり、体積比にすると５：１となり、大半が樹脂で占める構造で、ガンマ線の遮蔽効果が限定的と推測される。また、鉛粉とホウ酸を単に添加して混合するだけなので、樹脂が硬化する際に比重の大きい鉛が沈降し、上部はいわば上澄みのような状態となり、鉛の均一な分散が得られずに、鉛が存在しない部分が形成される可能性も否めない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭６２−４９３０５号公報
【特許文献２】特開昭５２−１０６０９７号公報
【特許文献３】特開昭６０−３８７号公報
【特許文献４】特公平４−６７１６０号公報
【特許文献５】特開２００１−３１０９２８号公報
【特許文献６】特公平４−４７８００号公報
【特許文献７】特開２００３−２５５０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らはかかる現状を鑑み、放射線遮蔽材を鋭意検討する中で鉛とホウ化物を適宜組み合わせる事により中性子・ガンマ線の両方に効果的な遮蔽材を発明するに至った。
以上のことから本発明においては、原子力発電所や加速器施設等の中性子・ガンマ線の両方が存在する放射線施設において、良好な遮蔽性能を有し特に低レベルの中性子が予想される医療現場においても医療従事者が安心して働けるような作業環境を提供可能な放射線遮蔽材料を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は即ち、０．２〜２ｍｍ、好ましくは０．２５〜１ｍｍの直径を有する球状の鉛粉の表面に、ホウ化物がコーティングされていることを特徴とする放射線遮蔽材であり、好適なホウ化物としては、酸化ホウ素もしくはホウ酸が挙げられる。
又、本発明は、上記の特徴を有した放射線遮蔽材において、上記鉛粉に対する、酸化ホウ素もしくはホウ酸の重量比が１００：１〜１００：４０であることを特徴とするものでもある。
さらには、本発明は、上記の放射線遮蔽材が織布、不織布もしくは樹脂フィルムからなる袋に収容された構造や、放射線遮蔽材と樹脂とが混合された状態で、射出可能な容器（例えばコーキングに使用される容器）内に収容された構造の放射線遮蔽材収容体でもあり、この際使用する樹脂としては特にシリコーン樹脂が好ましい。
又、本発明は、上記の放射線遮蔽材と樹脂との混合物を、煉瓦状ブロックや板状体等の任意の形状に成形したり、もしくはコンクリートブロック間に装入した放射線遮蔽材成形物である。本発明において使用可能な樹脂は、放射線遮蔽材の分散性を損なわない限り、特に限定されるものではないが、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂の混合体もしくシリコーン樹脂が好ましく、煉瓦状ブロックや板状体等に成形する際には、エポキシ樹脂又は、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂の混合体を使用することが特に好ましい。本発明では、樹脂の種類や用途に応じて放射線遮蔽材と上記樹脂の混合比率を適宜選択することができるが、一般的な混合比率は重量比で１００: １〜１００: ２００である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の放射線遮蔽材は、比較的安価な鉛ショットを主構成要素としているので、優秀な遮蔽性能だけでなく経済的にもコストメリットのある中性子・ガンマ線の双方に有効な遮蔽材料として利用が可能となる。このような放射線遮蔽材料は、原子力発電所や加速器施設において重要な役割を担うものである。また、高エネルギーの熱外中性子が支配的な放射線施設において、これまでに開発されている遮蔽材より遮蔽性能が優れているので、放射線装置の放射線発生源の近傍に設置する事により遮蔽効率が高められ、その結果装置の小型化、放射線施設の小面積化が可能となる。
本発明によれば、こういった主遮蔽材料に限らず、コンクリートのすき間を埋める充填材のような補助的な使用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】各種遮蔽材の、熱中性子領域に対する遮蔽率を示すグラフである。
【図２】各種遮蔽材の、熱外中性子領域に対する遮蔽率を示すグラフである。
【図３】各種遮蔽材の、ガンマ線の透過放射線量を示すグラフである。
【図４】各種遮蔽材の、中性子の透過放射線量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明について詳細に説明する。本発明の放射線遮蔽材を製造するには以下の手順を実施する必要がある。
第一の工程においては、直径が０．２〜２ｍｍで球状の鉛粉（以下、単に鉛ショットと呼ぶ）の表面にホウ化物をコーティングする。ホウ化物としては、ホウ酸、酸化ホウ素、ホウ酸ナトリウム（無水）、ホウ酸ナトリウム十水和物、ホウ酸カリウム四水和物、硼砂、ホウ酸鉛、ホウ酸亜鉛、ホウ酸リチウム、ホウ酸バリウム等種々のものが使用できるが、今回は酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）とホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）の２種類で実験した。他のホウ化物でも同様の効果が得られるのは言うまでもない。また、混合機として回転式のボールミルを使用した。所定の配合比になるように鉛ショットとホウ化物を計量してからボールミル内に投入し、低速で所定時間回転させる事により鉛ショットは変形することなく、表面にホウ化物をコーティングする事が出来た。この場合混合機として、ヘンシェルミキサー、ロッキングミキサー、振動式ボールミルにおいても同様の表面コーティングは可能であるが、らいかい機、アトライター等では、粉砕が進んでしまい鉛ショットが変形すると推測される。この第一工程で出来上がったホウ化物がコーティングされた鉛ショットをアルミケースもしくは鉄製ケースに入れたり、あるいは織布、不織布もしくは樹脂フィルムからなる袋に入れる事により容易に放射線遮蔽材料として用いる事が出来る。また、鉛とホウ化物の固着機構は単に混合時の力で物理的に繋がっているだけで化学反応を起こしているわけではないと推測される。そのために、コーティングが困難な時には、エチルセルロース等の接着剤、粘着材もしくは、なたね油等の油脂をバインダーとして少量添加しても何ら支障がない。
【００１１】
鉛ショットの直径を０．２〜２ｍｍ、好ましくは０．２５〜１ｍｍとしたのは、０．２ｍｍ未満であると、コーティングが困難となり、ホウ化物を均一に鉛ショット上に分散出来なくなるためである。また直径が２ｍｍを越えると、比表面積が小さくなるために表面にコーティング可能なホウ化物の質量が著しく減少するためである。また、ガンマ線照射による鉛材の放射化を低減するためには、不純物として含まれるアンチモン量を５００ｐｐｍ以下にする必要があるが、本実施例に使用した鉛ショット中のアンチモン量は数ｐｐｍ程度なのでなんら問題ない。
【００１２】
次に鉛に対する酸化ホウ素及びホウ酸の重量比を１００：１〜１００：４０としたのは、１００：１未満であるとコーティングは出来たとしても膜厚が薄くなり中性子遮蔽の効果が期待出来なくなるためである。一方、１００：４０を越えると、鉛ショット上へのコーティングが、接合補助剤（接着剤、粘着材もしくは油脂）を用いても困難となり、かなりのホウ化物がコーティングすることなく単独で存在する事になる。
【００１３】
第二工程として、第一工程で出来上がったホウ化物がコーティングされた鉛ショットを接着剤で硬化させる事により煉瓦状・板状等の任意の種々の形状に成形する事が出来る。また、鉛ショットとホウ化物が単純に混合されておらず表面に物理的にコーティングされているので、偏析が起きにくく安定した効果が得られる。以下の実施例においては、この場合の接着剤として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂の混合体もしくシリコーン樹脂を使用したが、他の接着剤（酢酸ビニル樹脂系、ゴム系、ポバール系、アクリル系、ウレタン系、シアノアクリレート系、澱粉系、水ガラス系、フェノール系）でも同様の効果が得られる。特にシリコーン樹脂をやや多い目に配合する事により、例えばコンクリート壁のつなぎ目あるいはひび割れ等の箇所とか、換気ダクトもしくは電気配線ダクトとコンクリート壁とのすき間にシーラントとして塗り込む事によりすき間から漏出してくる放射線を遮蔽する事が可能となる。
【実施例】
【００１４】
以下の実施例を示して本発明を詳細に説明するが、以下に限定されるものではない
【００１５】
実施例１
直径が０．５ｍｍの鉛ショット（新昭鉛工業（株）製）に酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３；関東化学（株）製）又はホウ酸（Ｈ３ＢＯ３；関東化学（株）製）を表１の質量配合比で混合後、ボールミルで３時間回転混合する事により、鉛ショットの表面に均一にホウ化物をコーティングする事が出来た。但し、Ｓ５及びＳ６においては、別にバインダーとしてなたね油を０．５重量％（鉛ショットに対し）添加した。これをアルミケース（空隙厚さ；２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ）に入れて比較的パワーの弱い熱中性子とパワーの強い熱外中性子の遮蔽性能を調べたところ、図１、図２の結果が得られ、いずれも熱中性子と熱外中性子の両方に遮蔽効果があることが認められた。同様に、表１の遮蔽材を不織布（エステル／ポリエチレン混紡  EV50gS；（株）大一保多屋製）からなる袋に入れても同様の遮蔽効果が認められ、また土嚢のように遮蔽材入り袋をコンクリート壁のすき間の充填用に用いたり、遮蔽材入り袋を積み上げて緊急の遮蔽壁として利用可能な事がわかった。なお、中性子に対する遮蔽性能の測定には京都大学原子炉実験所内の電子線形加速器光中性子源を用いて実施した。
【００１６】
【表１】
2011007510.tif 000002
【００１７】
比較例１
直径が０．５ｍｍの鉛ショット（新昭鉛工業（株）製）をアルミケース（空隙厚さ；２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ）に入れて中性子の遮蔽性能を調べたところ、図１、２の結果（S0で図示）が得られ、ホウ素（及び水素）が存在しない場合は、熱中性子及び熱外中性子に対する遮蔽能力が著しく劣る事が判った。
【００１８】
実施例２
酸化ホウ素又はホウ酸が表面にコーティングされていない鉛ショットＳ０に比べて良好な遮蔽性能を示した前記の鉛ショットＳ１〜Ｓ６のうち、ホウ酸をコーティングした鉛ショットＳ５を用いてさらに樹脂と混合してシール材を作成した。
この場合の樹脂として、エポキシ樹脂（ボンドEセットL；（株）コニシ製）と変性シリコーン樹脂（ボンドMOS10L；（株）コニシ製）を使用した。Ｓ５  ４ｋｇに対し、試験片Ａでは変性シリコーン１２０ｇ、エポキシ樹脂６０ｇ、同硬化剤３０ｇを攪拌混合した後に型に流し入れ、100x200x50mmの煉瓦状ブロックを作成した。試験片ＢではＳ５  ４ｋｇに対し、エポキシ樹脂６５ｇ、同硬化剤６５ｇを攪拌混合した後に型に流し入れ、100x200x50mmの煉瓦状ブロックを作成した。厚さ５ｃｍの煉瓦状ブロックを１〜６個並べて設置し、透過してくる放射線量を測定する事によりそれらの遮蔽性能を確認したところ、図３、４の結果が得られ、成形体としても良好なガンマ線及び中性子の遮蔽効果があることが認められた。なお、本測定で使用した放射線場は、図３、４に示すように遮蔽体厚さ０ｃｍではガンマ線線量率２７μSv/h、中性子線量率７４μSv/hであり、全線量率に対する中性子線量率の占める割合が約７３％の中性子が支配的な場である。なお、中性子及びガンマ線に対する透過放射能の測定には京都大学原子炉実験所内の電子線形加速器光中性子源を用いて実施した。
【００１９】
比較例２
市販の金属鉛と、市販のホウ酸入りポリエチレンを用いて100x200x50mmの煉瓦状ブロックをそれぞれ作成した。実施例２と同様にこの厚さ５ｃｍの煉瓦状ブロックを１〜６個並べて設置し、透過してくる放射線量を測定する事によりそれらの遮蔽性能を確認したところ、図３、４の結果が得られた。即ち、ホウ酸入りポリエチレンでは、中性子の遮蔽能力は十分であるが、ガンマ線に対する遮蔽能力は不十分であった。一方、鉛ブロックではガンマ線の遮蔽能力は十分であるが、中性子に対する遮蔽能力は不十分であった。なお、図３において、ガンマ線に対するホウ酸入りポリエチレンの透過放射線量を見ると、５ｃｍ及び１０ｃｍのあたりで、本発明品に比べて劣り特異な挙動を示していることがわかる。この理由として、中性子線捕獲反応に伴い発生する二次ガンマ線を遮蔽する事が出来ずにその結果透過放射線量が増大したものと推測される。
【００２０】
実施例３
酸化ホウ素又はホウ酸が表面にコーティングされていない鉛ショットＳ０に比べて良好な遮蔽性能を示した前記の鉛ショットＳ１〜Ｓ６のうち、ホウ酸をコーティングした鉛ショットＳ５を用いてさらに樹脂と混合してシール材を作成した。
この場合の樹脂として、変性シリコーン樹脂（ボンドMOS10L；（株）コニシ製）を使用した。Ｓ５  １００ｇに対し変性シリコーン１００ｇを加えて攪拌後、注入容器に入れて、コンクリートブロックのすき間（間隔：１ｃｍ）に注入したが、作業性は良好であった。又、遮蔽能力に関しても、上記の混合物が注入されたコンクリートブロックは、ガンマ線及び中性子に対する遮蔽能力が十分であった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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