(57)【要約】【課題】軽量でありながら充分なＸ線遮蔽能を有するＸ線遮蔽材を提供する。【解決手段】Ｘ線遮蔽材１０は、比重が１．０以下の有機高分子材料を含有する母材２０と、母材２０に分散された実効原子番号５０以上５８以下の物質を含む第１フィラー３０と、を含む。第１フィラー３０の含有量は２０体積％以上５０体積％未満である。【選択図】図２
2019056640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
比重が１．０以下の有機高分子材料を含有する母材と、
前記母材に分散された実効原子番号５０以上５８以下の物質を含む第１フィラーと、を含み、
前記第１フィラーの含有量が２０体積％以上５０体積％未満である、Ｘ線遮蔽材。
【請求項２】
前記母材が、可塑剤および軟化剤のうち少なくともいずれか一方をさらに含有する、請求項１に記載のＸ線遮蔽材。
【請求項３】
比重が２．０以上４．０未満である請求項１又は請求項２に記載のＸ線遮蔽材。
【請求項４】
前記第１フィラーが酸化セリウム又は金属スズである請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のＸ線遮蔽材。
【請求項５】
ターゲット金属がタングステンであるＸ線発生装置において、管電圧が８０ｋＶ以上１５０ｋＶ以下の条件で発生するＸ線を遮蔽する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のＸ線遮蔽材。
【請求項６】
タングステンおよびビスマスのうち少なくとも１つの元素を含む物質を第２フィラーとしてさらに含有する、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のＸ線遮蔽材。
【請求項７】
前記有機高分子材料がエチレンプロピレンジエンゴム、ブチルゴム、塩素化ブチルゴム、および臭素化ブチルゴムからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のＸ線遮蔽材。
【請求項８】
シート状の成形体である、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のＸ線遮蔽材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線遮蔽材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
γ線やＸ線に代表される放射線は検査や分析等の場面で幅広く利用されている。放射線を利用する際には、放射線の利用範囲外に到達する放射線を適切に遮蔽し、不要な被曝を避けることが求められる。そのため放射線を遮蔽するための遮蔽材が用いられる。
【０００３】
そのような遮蔽材の例として、有機高分子材料中にランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウムおよびガドリニウムから選択される少なくとも１種のランタノイド元素の酸化物粉末が分散された放射線遮蔽材が開示されている（特許文献１および特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００６／０９０６２９号
【特許文献２】特開２００７−８６８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
放射線の中でも、Ｘ線は医療分野や理工学分野において広く利用されている。Ｘ線を利用する際には、Ｘ線防護衣やＸ線照射室の内壁等を構成する部材としてＸ線遮蔽材が使用される。このＸ線遮蔽材に対しては、充分なＸ線遮蔽能を有することに加え、軽量であることが求められている。
【０００６】
そこで軽量でありながら充分なＸ線遮蔽能を有するＸ線遮蔽材を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願のＸ線遮蔽材は、比重が１．０以下の有機高分子材料を含有する母材と、母材に分散された実効原子番号５０以上５８以下の物質を含む第１フィラーと、を含む。Ｘ線遮蔽材中の第１フィラーの含有量は２０体積％以上５０体積％未満である。
【発明の効果】
【０００８】
上記Ｘ線遮蔽材によれば、軽量でありながら充分なＸ線遮蔽能を有するＸ線遮蔽材を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】Ｘ線遮蔽材を含むＸ線遮蔽用積層体の一例を示す概略斜視図である。
【図２】Ｘ線遮蔽材を含むＸ線遮蔽用積層体の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施形態を列記して説明する。本願のＸ線遮蔽材は、比重が１．０以下の有機高分子材料を含有する母材と、母材に分散された実効原子番号５０以上５８以下の物質を含む第１フィラーと、を含む。Ｘ線遮蔽材中の第１フィラーの含有量は２０体積％以上５０体積％未満である。
【００１１】
放射線遮蔽材においては、一般的にフィラーに含まれる元素の原子番号が大きいほど放射線遮蔽性が高くなる傾向がある。またフィラーを多く含むほど放射線遮蔽性が高まる傾向がある。しかしながら原子番号が大きい元素を含むフィラーを多く含む放射線遮蔽材は重いという問題がある。
【００１２】
上述のような、原子番号が大きい元素を含むフィラーを多く含む放射線遮蔽材は、Ｘ線だけでなくＸ線よりもエネルギーの高いγ線などの他の放射線をも遮蔽することを想定して設計されている。一方、医療分野や理工学分野においては放射線のうち、Ｘ線が用いられる場合が多く存在する。このような分野においてはＸ線が遮蔽できれば充分である。
【００１３】
本発明者らは、特定の実効原子番号を有する物質がＸ線に対する遮蔽能力が高いことを検討により見出した。具体的には実効原子番号が比較的低い実効原子番号５０以上５８以下の物質が高いＸ線遮蔽能を発揮することを見出した。そのような物質をフィラーとして有機高分子材料中に分散させて用いることで、Ｘ線遮蔽材の単位質量当たりのＸ線遮蔽性を高くすることができる。その結果、必要なＸ線遮蔽性を確保するのに必要なＸ線遮蔽材の質量を低減でき、軽量でありながら充分なＸ線遮蔽能を有するＸ線遮蔽材を提供することが可能となる。これによりＸ線遮蔽材の用途が広がることが期待される。
【００１４】
上記母材は、可塑剤および軟化剤のうち少なくともいずれか一方をさらに含有してもよい。母材が可塑剤および軟化剤のうち少なくともいずれか一方を含有することにより、Ｘ線遮蔽材の可撓性が向上し、加工や取扱いが容易となる。
【００１５】
上記Ｘ線遮蔽材は比重が２．０以上４．０未満であってもよい。このような比重を有することにより充分なＸ線遮蔽能を維持しつつ、軽量なＸ線遮蔽材を提供することがより容易となる。
【００１６】
第１フィラーは酸化セリウム又は金属スズであってもよい。酸化セリウム又は金属スズを第１フィラーとして含むことにより、より効率よくＸ線を遮蔽することができる。
【００１７】
上記Ｘ線遮蔽材は、上記ターゲット金属がタングステンであるＸ線発生装置において、管電圧が８０ｋＶ以上１５０ｋＶ以下の条件で発生するＸ線を遮蔽するものであってもよい。上記Ｘ線遮蔽材は、このようなＸ線を特に効率よく遮蔽する。
【００１８】
上記Ｘ線遮蔽材は、タングステンおよびビスマスのうち少なくとも１つの元素を含む物質を第２フィラーとしてさらに含有してもよい。このような物質をフィラーとして含むことにより、遮蔽されるＸ線の波長範囲をより広くすることができる。
【００１９】
有機高分子材料はエチレンプロピレンジエンゴム（ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  ｄｉｅｎｅ  ｒｕｂｂｅｒ：ＥＰＤＭ）、ブチルゴム（ｉｓｏｂｕｔｙｌｅｎｅ  ｉｓｏｐｒｅｎｅ  ｒｕｂｂｅｒ：ＩＩＲ）、塩素化ブチルゴム、および臭素化ブチルゴムからなる群から選択される少なくとも１種であってもよい。これらのゴムのうち少なくとも１種からなる母材を備えることで、加工しやすいＸ線遮蔽材が得られる。
【００２０】
上記Ｘ線遮蔽材はシート状の成形体であってもよい。シート状の成形体は種々の用途への適用が容易な点で好ましい。
【００２１】
［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本願のＸ線遮蔽材の一実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰り返さない。
【００２２】
［Ｘ線遮蔽材の構成］
図１および図２を参照して、Ｘ線遮蔽材の構成を説明する。図１はＸ線遮蔽材を含むＸ線遮蔽用積層体の一例を示す概略斜視図である。図２はＸ線遮蔽材を含むＸ線遮蔽用積層体の一例を示す概略断面図である。
【００２３】
図１および図２を参照して、Ｘ線遮蔽用積層体１００は、シート状に成形された本願のＸ線遮蔽材の一形態であるＸ線遮蔽シート１０と、保護層４０とを含む。Ｘ線遮蔽シート１０は、母材２０と、第１フィラー３０と、第２フィラー６０とを含む。保護層４０はＸ線遮蔽シート１０の表面を保護し、かつＸ線遮蔽シート１０を補強する。保護層４０は、例えば有機高分子フィルム層である。なお、保護層４０および第２フィラー６０は省略が可能である。
【００２４】
母材２０は比重が１．０以下の有機高分子材料を含有する。そのような有機高分子材料としては、エチレンプロピレンジエンゴム（ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  ｄｉｅｎｅ  ｒｕｂｂｅｒ：ＥＰＤＭ）、ブチルゴム（ｉｓｏｂｕｔｙｌｅｎｅ  ｉｓｏｐｒｅｎｅ  ｒｕｂｂｅｒ：ＩＩＲ）、塩素化ブチルゴム、および臭素化ブチルゴムが挙げられる。母材２０はこれらを単独で含んでもよく、これらのうち複数を組み合わせて含んでもよい。有機高分子材料の比重は好ましくは０．７以上、より好ましくは０．８以上である。
【００２５】
またエチレンプロピレンジエンゴムは、油展エチレンプロピレンジエンゴムの状態で使用してもよい。油展エチレンプロピレンジエンゴムとは、高分子量のエチレンプロピレンジエンゴムに、軟化剤として作用するパラフィン系オイル等の飽和炭化水素化合物が添加され、粘度が調整されたゴムである。エチレンプロピレンジエンゴムを油展エチレンプロピレンジエンゴムの状態で使用することにより、より可撓性が高く、かつより強度の高いＸ線遮蔽材を得ることができる。
【００２６】
第１フィラー３０は、実効原子番号５０以上５８以下の物質を含む。実効原子番号とは、化合物を元素にとっての原子番号に換算した値である。金属単体の場合、実効原子番号は金属の原子番号と基本的に一致する。実効原子番号の算出には様々な方法があるが、一例としては、以下の式により光電効果に対する実効原子番号Ｚｅｆｆを算出する方法が挙げられる。
【００２７】
【数１】
2019056640.tif 000003
式中、Ｚｉはｉ番目の原子を表す。ｆｉはその化合物全体の電子に対するＺｉの電子の割合を表し、Σｆｉ＝１である。ｍは注目する相互作用等によって様々な値をとり得る係数である。本願明細書においては、Ｍａｙｎｅｏｒｄが提唱したｍ＝２．９４という値を用いる。
【００２８】
実効原子番号５０以上５８以下の物質の例としては酸化セリウム（Ｃｅ２Ｏ３、実効原子番号５４．４）、金属スズ（Ｓｎ）（実効原子番号５０．０）などが挙げられる。
【００２９】
Ｘ線遮蔽シート１０中の第１フィラー３０の含有量は２０体積％以上５０体積％未満である。含有量が２０体積％以上であれば、Ｘ線を充分に遮蔽することが可能となる。また第１フィラー３０の比重は、比重１．０以下の有機高分子材料よりも通常大きい。そのため第１フィラー３０の含有量が増えると、Ｘ線遮蔽シート１０は重くなる。第１フィラー３０の含有量が５０体積％未満であることにより軽量でありながら充分なＸ線遮蔽能を有するＸ線遮蔽シート１０が提供される。Ｘ線遮蔽シート１０中の第１フィラー３０の含有量の下限は好ましくは３０体積％である。また上限は好ましくは４０体積％である。
【００３０】
第２フィラー６０は、タングステンおよびビスマスのうち少なくとも１つの元素を含む物質からなる。タングステンおよびビスマスは、より波長の短い（エネルギーの大きい）Ｘ線や他の放射線を遮蔽する。そのため、実効原子番号５０以上５８以下の物質からなる第１フィラーと、タングステンおよびビスマスのうち少なくとも１つの元素を含む物質からなる第２フィラーとを併用することで、遮蔽されるＸ線の範囲を広げることができる。なおタングステンおよびビスマスは比較的高価であるために、コストと必要な遮蔽性とを考慮して含有量が選定される。具体的には、Ｘ線遮蔽シート１０中の第２フィラー６０の含有量は１体積％以上２０体積％以下であるのが好ましい。
【００３１】
母材２０は、可塑剤および軟化剤のうち少なくともいずれか一方をさらに含んでもよい。可塑剤および軟化剤の種類は特に限定されないが、例えばフタル酸ビス（２−エチルヘキシル）（Ｄｉ（２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌ）ｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＤＥＨＰ）、フタル酸ジイソノニル（Ｄｉｉｓｏｎｏｎｙｌ  ｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＤＩＮＰ）等のフタル酸系可塑剤、アジピン酸エステル等のアジピン酸系可塑剤、パラフィン系オイル等の炭化水素系可塑剤などが挙げられる。
【００３２】
Ｘ線遮蔽材中、すなわちＸ線遮蔽シート１０中の可塑剤または軟化剤の含有量は適宜選択されるが、好ましくは母材２０に含まれる有機高分子材料１００質量部に対し、３質量部以上２００質量部以下である。
【００３３】
母材２０は、可塑剤および軟化剤の他の添加剤を必要量含有してもよい。そのような添加剤としてはカップリング剤、着色剤、帯電防止剤、安定剤、顔料等が挙げられる。
【００３４】
特に限定されないが、Ｘ線遮蔽シート１０は、例えば次のような方法により作製することができる。まず母材２０を形成する有機高分子材料、並びに必要に応じて添加される可塑剤および軟化剤のうち少なくともいずれか一方と、第１フィラー３０と、必要に応じて第２フィラー６０とをそれぞれ所定量秤量し、それらをロール、ニーダー、バンバリーミキサー等の溶融混練装置中で混練して放射線遮蔽材用組成物を形成する。得られた放射線遮蔽材用組成物をカレンダーロールを用いて所望の厚みのシート状に加工することで、上記Ｘ線遮蔽シート１０が作製される。Ｘ線遮蔽シート１０は、さらにプレスまたは加硫缶を用いて加硫してもよい。Ｘ線遮蔽シート１０の一方又は両方の表面に保護層４０を積層することにより、Ｘ線遮蔽用積層体１００が形成される。
【００３５】
［Ｘ線遮蔽材のＸ線遮蔽能］
Ｘ線遮蔽シート１０は、Ｘ線を効果的に遮蔽する。Ｘ線遮蔽シート１０は、Ｘ線遮蔽シート１０の表面に入射するＸ線を、実用上充分な量遮蔽する。Ｘ線遮蔽シート１０は、例えばＸ線遮蔽シート１０に到達するＸ線の３０％以上、より好ましくは５０％以上、さらに好ましくは７０％以上、特に好ましくは９０％以上を遮蔽する。またＸ線の中でもターゲット金属がタングステンであるＸ線発生装置において、管電圧が８０ｋＶ以上１５０ｋＶ以下、好ましくは１００ｋＶ以上１３０ｋＶ以下の条件で発生するＸ線を特に効果的に遮蔽する。
【００３６】
［用途］
本実施の形態に係るＸ線遮蔽材は、Ｘ線が使用される部屋の壁材として使用することが可能である。本実施の形態に係るＸ線遮蔽材は軽量であるために施工が容易で、作業者の負担も少ない。また軽量であるにも関わらず実用上充分なＸ線遮蔽性を発揮する。
【００３７】
また、本実施の形態に係るＸ線遮蔽材を被覆材料として用いることによりＸ線防護衣として使用することも可能である。本実施の形態に係るＸ線遮蔽材をＸ線防護衣として用いることにより軽量化が可能なため、着用者が動きやすく負担の少ないＸ線防護衣を提供することが可能となる。
【実施例】
【００３８】
次に、本願発明の効果を確認するために以下の実験を行い、特性を評価した。結果を以下に示す。
【００３９】
［評価用試料の作製］
評価用の試料を次のように作製した。表１に示す各有機高分子材料と、第１フィラーと、必要に応じて可塑剤または軟化剤のうち少なくともいずれか一方と、その他、粉末硫黄、加硫促進剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、老化防止剤等の添加剤とをそれぞれ所定量秤量した。それらをニーダーを用いて混錬して放射線遮蔽材用組成物を形成した。この放射線遮蔽材用組成物をカレンダーロールを用いてシート状に加工し、さらにプレスまたは加硫缶を用いて加硫させることにより、厚み１ｍｍのシート状試料を得た。シート状の成形体を必要な大きさにカットすることにより、評価用の試料を得た。
【００４０】
［１．第１フィラーの含有量と物性の関係］
第１フィラーの含有量と、Ｘ線遮蔽材の比重、可撓性およびＸ線遮蔽性との関係を調べた。結果を表１に示す。実験Ｎｏ．３〜７は実施例であり、実験Ｎｏ．１，２および実験Ｎｏ．８は比較例である。なお、母材の含有量と第１フィラーの含有量の合計が１００体積％とならないのは、他に上記添加剤を含むことによる。
【００４１】
評価用シートは、有機高分子材料として油展エチレンプロピレンジエンゴム（油展ＥＰＤＭ、グレード：エスプレン６７０Ｆ、住友化学株式会社製、比重０．８６、可塑剤としてパラフィンオイルを含む）を、第１フィラーとして酸化セリウムを使用することにより、上記「評価用試料の作製」で述べた方法に基づいて作製した。なお「母材の含有量」は、有機高分子材料と可塑剤（または軟化剤）の合計量である（油展ＥＰＤＭを用いる場合には油展ＥＰＤＭとしての含有量である）。
【００４２】
作製した各評価用シートについてＸ線遮蔽材としての比重を求め、軽量性を評価した。また下記に示すよう方法により、可撓性およびＸ線遮蔽性を評価した。結果を表１に示す。
【００４３】
［可撓性の評価］
１００ｍｍ×５０ｍｍの長方形に切断した試料を１８０°折り曲げて５０ｍｍ×５０ｍｍの折り畳み形状にした。さらにその上に３ｋｇのおもりを置いて３０秒間保持した。おもりを取り除き、折り曲げ部の表裏両面を目視で観察し、亀裂や変色の有無を確認した。
【００４４】
また可撓性は以下のような基準で評価した。
優：表裏両面に亀裂、変色無し
不可：亀裂または変色あり
【００４５】
［Ｘ線遮蔽性（単位質量あたりのＸ線遮蔽性）の評価］
ターゲット金属がタングステンであるＸ線発生装置において、管電圧を１００ｋＶ、電流を１ｍＡとし、厚み０．５ｍｍの銅の付加ろ過板を通してフィルタリングしたＸ線を試料（厚み１．０ｍｍ）に照射し、試料を透過するＸ線量（輝度）を測定した。Ｘ線源と検出器の距離は６００ｍｍ、Ｘ線源と試料の距離は３００ｍｍとした。種々の厚みの鉛板についても同様の測定を行い、鉛板の厚みと輝度に関する検量線を作成した。検量線を用いて、試料の輝度に相当する鉛板の厚みを計算した。この鉛板の厚みを鉛当量（ｍｍＰｂ）と定義し、Ｘ線遮蔽性の指標とした。
【００４６】
またＸ線の遮蔽性から、単位質量あたりのＸ線遮蔽性を求めた。単位質量あたりのＸ線遮蔽性（表１においては、「Ｘ線遮蔽性」と表記）は以下のような基準で評価した。
優：鉛当量（ｍｍＰｂ）／比重（ｇ／ｃｍ３）が０．０８以上
不可：鉛当量（ｍｍＰｂ）／比重（ｇ／ｃｍ３）が０．０８未満
【００４７】
【表１】
2019056640.tif 000004
【００４８】
表１に示すように、第１フィラーの含有量が多くなるほどＸ線遮蔽材としての評価用シートの比重は増大し、Ｘ線遮蔽性も増大する。一方、可撓性は第１フィラーの含有量が５０体積％を超えると不十分となる。表１の結果からわかるように、可撓性およびＸ線遮蔽性を両立する範囲は第１フィラーの含有量が２０体積％以上でかつ５０体積％以下の範囲である。また第１フィラーの含有量がこの範囲内であれば、Ｘ線遮蔽材の比重は２．０以上４．０未満の適度な範囲となる。
【００４９】
［２．特性評価］
次に配合を変更して各物性を比較した。表２に各実施例・比較例の配合および評価結果を示す。表２において実験Ｎｏ．９〜実験Ｎｏ．１２は実施例である。また実験Ｎｏ．１３〜実験Ｎｏ．１５は比較例である。
【００５０】
表２には使用した有機高分子材料の種類、可塑剤又は軟化剤の有無、フィラーの種類、およびＸ線遮蔽材の比重を示す。なお、使用した有機高分子材料は油展エチレンプロピレンジエンゴム（油展ＥＰＤＭ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）および塩素化ＰＥ（塩素化ポリエチレン）である。
【００５１】
【表２】
2019056640.tif 000005
※１  油展ＥＰＤＭを使用。
※２  油展ＥＰＤＭ中に、可塑剤としてのパラフィンオイルを含む。
【００５２】
表２に示すように、実験Ｎｏ．９〜実験Ｎｏ．１２に示す実施例においてはいずれも単位質量あたりのＸ線遮蔽性が充分であった。これに対し、実験Ｎｏ．１３〜実験Ｎｏ．１５に示す比較例においてはいずれもＸ線遮蔽性（単位質量あたりのＸ線遮蔽性）が不充分であった。
【００５３】
また可塑剤を含まない実験Ｎｏ．１１と比較して、実験Ｎｏ．９および実験Ｎｏ．１０においては可撓性が向上した。このように軽量かつ可撓性を有するＸ線遮蔽材は、加工性が高く、特にＸ線防護衣に適用した場合には軽量かつ動きやすい点で好ましい。
【００５４】
このように、本実施の形態に係るＸ線遮蔽材によれば、軽量でありながら充分なＸ線遮蔽能を有するＸ線遮蔽材を提供することが可能となる。
【００５５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本願のＸ線遮蔽材は、軽量で、かつ充分なＸ線遮蔽性を有するＸ線遮蔽材が求められる分野において、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００５７】
１０  Ｘ線遮蔽シート
２０  母材
３０  第１フィラー
４０  保護層
６０  第２フィラー
１００  Ｘ線遮蔽用積層体
【図１】
2019056640.tif 000006
【図２】
2019056640.tif 000007