(57)【要約】【課題】γ線、Ｘ線、中性子等を遮蔽することができ、電磁波によるガラスの着色、誘電破壊の問題を解消することができ、且つ容易に製造することができる導電性で透明な放射線遮蔽材を提供することである。【解決手段】式（１−ｍ）〔（１−ｎ）Ｂ2Ｏ3−ｎＰｂＯ〕−ｍＸ（式中、ｍは０.００１〜０.０５であり、ｎは０.１〜０.９であり、Ｘは固体強電解質である）で表される組成を有する導電性で透明な放射線遮蔽材。【選択図】 なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
式
（１−ｍ）〔（１−ｎ）Ｂ2Ｏ3−ｎＰｂＯ〕−ｍＸ
（式中、ｍは０.００１〜０.０５であり、ｎは０.１〜０.９であり、Ｘは固体強電解質である）で表される組成を有することを特徴とする導電性で透明な放射線遮蔽材。
【請求項２】
固体強電解質がアルカリ金属の塩化物又は臭化物或いはアルカリ土類金属の塩化物又は臭化物である請求項１記載の導電性で透明な放射線遮蔽材。
【請求項３】
ｎが０.１〜０.３である請求項１又は２記載の導電性で透明な放射線遮蔽材。
【請求項４】
二酸化ケイ素を追加含有する請求項１〜３の何れかに記載の導電性で透明な放射線遮蔽材。
【請求項５】
表面に二酸化ケイ素からなる被膜を有する請求項１〜３の何れかに記載の導電性で透明な放射線遮蔽材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放射線遮蔽材に関し、より詳しくはγ線、Ｘ線、中性子等を遮蔽することができ、導電性で透明な放射線遮蔽材に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、我々を取り巻く環境の中で、放射線は意外に多く利用されている。γ線やＸ線などの放射線を利用する医療用装置や、中性子源を備える原子力発電所あるいは宇宙空間で利用される電子機器や太陽電池の防護などへの利用で、放射線遮蔽能力を持つ材料に関心が集まっている。
【０００３】
放射線診断施設等の低エネルギーの放射線を取り扱う施設においては、放射線遮蔽窓や放射線遮蔽防護衝立に用いられている放射線遮蔽材は、放射線源からの放射線を遮蔽する能力、いわゆる放射線遮蔽能力と、この材料を通して被検体を視認する高い透明性が要求される。また、放射線遮蔽窓は、放射性物質を取り扱う施設でホットセル内部の観察やマジックハンドによる遠隔操作のために設けられている。従って、この遮蔽窓に用いられるガラスに要求される性質は、放射線に対して遮蔽能力があること、及びセル内部が鮮明に見える、すなわち光透過率が良いことである。このような特性を有する放射線遮蔽材として種々のものが提案されている（例えば、特許文献１、２、３及び４参照）。
【０００４】
一般に、γ線やＸ線などの電磁波をガラスに照射するとガラス中に遊離電子と正孔が生じその一部はガラスの構造欠陥に捕らえられて着色中心を形成し、光透過率の著しい低下が起こる。またγ線が照射されるとガラス内部に静電気が生じ、電子が蓄積されて電界を生じ、この電界強度がガラスの絶縁耐力を超えると誘電破壊が起きる。従って、放射線遮蔽窓にあっては、上記の諸性質に加えてそのような着色や誘電破壊が起こらないことが要求される。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１２７９７３号公報
【特許文献２】特開平９−２０８２５５号公報
【特許文献３】特開平１０−２２６５３３号公報
【特許文献４】特開２００３−３１５４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような状況において、γ線、Ｘ線、中性子等を遮蔽することができ、電磁波によるガラスの着色、誘電破壊の問題を解消することができ、且つ容易に製造することができる放射線遮蔽材の開発が求められている。
【０００７】
本発明の目的は、γ線、Ｘ線、中性子等を遮蔽することができ、電磁波によるガラスの着色、誘電破壊の問題を解消することができ、且つ容易に製造することができる導電性で透明な放射線遮蔽材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために種々検討した結果、Ｂ2Ｏ3及びＰｂＯを特定の比率で含み、更に特定の比率で固体強電解質を含む組成物は上記の特性を満足することを見いだし、本発明を完成した。
【０００９】
即ち、本発明の放射線遮蔽材は、式
（１−ｍ）〔（１−ｎ）Ｂ2Ｏ3−ｎＰｂＯ〕−ｍＸ
（式中、ｍは０.００１〜０.０５であり、ｎは０.１〜０.９であり、Ｘは固体強電解質である）で表される組成を有することを特徴とする導電性で透明な放射線遮蔽材である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の放射線遮蔽材はγ線、Ｘ線、中性子等を遮蔽することができ、また、導電性であるので電磁波によるガラスの着色、誘電破壊の問題もその着色した放射線遮蔽材に電流を流すことにより短時間に元の透明な状態に戻すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の導電性で透明な放射線遮蔽材を構成するＢ2Ｏ3及びＰｂＯは溶融させることで任意の割合で混じりあい、容易に任意の組成のガラス体を形成するので放射線を受けても壊れにくい特性を有する。
【００１２】
本発明の導電性で透明な放射線遮蔽材においては、式
（１−ｍ）〔（１−ｎ）Ｂ2Ｏ3−ｎＰｂＯ〕−ｍＸ
において、ｍが０.００１〜０.０５であることが好ましい。ｍが０.００１未満である場合には、固体強電解質の相対量が少ないので導電性が不十分となり、逆に、ｍが０.０５よりも大きい場合には、ガラスの特性に悪影響を及ぼす。また、ｎが０.１〜０.９であることが好ましい。ｎが０.１未満である場合には、Ｂ2Ｏ3の量が相対的に多くなり（ＰｂＯの量が相対的に少なくなり）、γ線、Ｘ線に対する遮蔽性が悪くなる。逆に、ｎが０．９を超える場合には、ＰｂＯの量が相対的に多くなり（Ｂ2Ｏ3の量が相対的に少なくなり）、中性子に対する遮蔽性が悪くなる。このｎの値は放射線遮蔽材が用いられる用途によって、即ち、γ線、Ｘ線に対する遮蔽性が中性子に対する遮蔽性よりも重要であるか、中性子に対する遮蔽性がγ線、Ｘ線に対する遮蔽性よりも重要であるか、或いはγ線、Ｘ線に対する遮蔽性と中性子に対する遮蔽性とが同時に必要かによって決まる。なお、ｎが０.１〜０.３程度である場合には、Ｂ3Ｏ6六員環、つまりボロキソル環と呼ばれるユニットが多く残り、強度の高いガラスとなる。
【００１３】
本発明の導電性で透明な放射線遮蔽材の調製に用いる強電解質はガラスの溶融温度においても気化したり、分解したりしない固体であれば特に限定されることはない。そのような固体強電解質としてアルカリ金属の塩化物又は臭化物、例えば、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＲｂＣｌ、ＣｓＣｌ、ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＲｂＢｒ、ＣｓＢｒ、或いはアルカリ土類金属の塩化物又は臭化物、例えば、ＭｇＣｌ2 、ＣａＣｌ2、ＳｒＣｌ2、ＢａＣｌ2、ＭｇＢｒ2 、ＣａＢｒ2、ＳｒＢｒ2、ＢａＢｒ2、更にはＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ、ＡｇＩ、ＴｌＣｌ、ＴｌＢｒ、ＴｌＩ、ＡｇＩ−Ａｇ2Ｏ、ＴｌＩ−Ｔｌ2Ｏ等を挙げることができる。
【００１４】
本発明の放射線遮蔽材は導電性の良い強電解質を含有しているので、該放射線遮蔽材に電流を流すことができ、電磁波により放射線遮蔽材が着色した場合でもその放射線遮蔽材に電流を流すことにより短時間に元の透明な状態に戻すことができる。この理由は、電気伝導種がガラス中を移動し、形成された着色中心を消失させ、電子の蓄積を解消させることができるからである。
【００１５】
本発明の導電性で透明な放射線遮蔽材は二酸化ケイ素を追加含有することができる。二酸化ケイ素を混ぜることで放射性廃棄物の固定用ガラスとしての利用も可能となる。
【００１６】
Ｂ2Ｏ3の含有量の多いガラスは若干の吸湿性があるので、これを防ぐためにガラス表面に二酸化ケイ素からなる被膜を施すことが有効である。従って、本発明の導電性で透明な放射線遮蔽材は表面に二酸化ケイ素からなる被膜を有することが好ましい。
【００１７】
本発明の導電性で透明な放射線遮蔽材は等方性を有するので、あらゆる方向からの応力に対して等しい強度を持たせることができる。
【００１８】
本発明の導電性で透明な放射線遮蔽材は、例えば、上記した所定の組成となるように原料粉末を混合する工程と、該混合物の一部を溶融する工程と、該溶融物に該混合物の残部を添加しながら溶融する工程と、該溶融物を急冷する工程とからなる製造方法によって得ることができる。
【００１９】
本発明の導電性で透明な放射線遮蔽材は、好ましくは、上記した所定の組成となるように原料粉末を混合する工程と、該混合物の一部を溶融する工程と、該溶融物に該混合物の残部を添加しながら溶融する工程と、該溶融物を急冷する工程と、該急冷物を粉砕する工程と、該粉砕物を溶融する工程と、該粉砕物の溶融物を急冷する工程とからなる製造方法によって得ることができ、更に好ましくは該急冷物を粉砕する工程と、該粉砕物を溶融する工程と、該粉砕物の溶融物を急冷する工程とをもう一度繰り返す工程とからなる製造方法によって得ることができる。
【実施例】
【００２０】
＜放射線遮蔽材の調製＞
特級試薬のＨ3ＢＯ3、ＰｂＯ、ＬｉＣｌ、ＣｕＣｌを用い、式
０.９９〔（１−ｎ）Ｂ2Ｏ3−ｎＰｂＯ〕−０.０１ＬｉＣｌ、又は
０.９９〔（１−ｎ）Ｂ2Ｏ3−ｎＰｂＯ〕−０.０１ＣｕＣｌ
（式中、ｎは０.１、０.２又は０.３である）で表される組成になるようにそれぞれの試薬粉末を秤量し、透明瓶にいれて充分に混合した（この混合物を、以下、試料という）。その試料の少量を白金坩堝にいれ、電気炉中で８００〜９００℃で溶融させ、その都度溶けたことを確認しながら少量ずつ残りの試料を添加した。白金坩堝を試料で満たした後、電気炉中の試料から水蒸気が完全に抜けた（Ｈ3ＢＯ3の熱分解によりＨ2Ｏが発生し、Ｂ2Ｏ3が生成する）のを確認し、電気炉から取り出し、金属製の薬さじでかるく撹拌して少量ずつステンレス容器に流し込み、金属製のハンマーで押しつぶして急冷固化させた。試料の組成を均一化させるため、出来た試料を粉砕した後、再び溶融させ、急冷固化させた。この一連の操作を三回繰り返し、最終試料を得た。
【００２１】
試作したガラスは、いずれも透明で均質なガラス試料であった。
【００２２】
＜密度測定＞
内部に気泡の入っていないガラス片を用いてアルキメデス法により密度測定を行った。試作のガラスは吸湿性があるので、媒体として流動パラフィンを用いた。流動パラフィンの密度はピクノメーターを用いて正確に体積を求めることにより測定した。それらの結果は第１表及び第２表に示す通りであった。
【００２３】
【表１】
2005221268.tif 000002
【００２４】
【表２】
2005221268.tif 000003
【００２５】
第１表及び第２表の数値から明らかなように、試作したガラスの組成変動はほとんど認められなかった。なお、いずれのガラスにおいても、密度はＰｂＯの組成に対し近似的に比例していた。
【００２６】
＜回折実験＞
Ｘ線回折および中性子回折実験を実施し、ガラス構造の解析を行なった。
【００２７】
式０.９９〔（１−ｎ）Ｂ2Ｏ3−ｎＰｂＯ〕−０.０１ＬｉＣｌで表されるガラスについて、実験的に得られた回折線強度に種々の補正を加え、これをフーリエ変換して得られた相関関数Ｇ（ｒ）を図１（Ｘ線回折）及び図２（中性子回折）に示す。これらのグラフの形状を見るとｒの小さいところでは明確なピークが存在しているが、ｒが大きくなると平均密度１に収束していく。これは、短範囲の構造においてはある程度規則性を有しているが、長範囲の構造では一般に規則性はないという非晶質（ガラス）の特徴を端的に表している。また、結晶特有の鋭いピークがＧ（ｒ）に見られないことから、調製した試料は完全にガラス化していることがわかる。
【００２８】
ガラスの構造モデルを設定し、強度比較法によりさらに解析を進めると以下のことが判
明した。ＰｂＯを添加したホウ酸塩ガラスの基本構造はＢＯ3平面三角形であり、それらの一部はＢＯ4四面体を形成し、それがいくつか集合することでガラス特有の不規則網目構造を形成していた。その集合体の中でもＰｂＯ濃度が低い領域（〜３０％）においてはＢ3Ｏ6六員環、つまりボロキソル環と呼ばれるユニットがまだ多く残っていた。図３は、ボロキソル環の原子配置を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の式０.９９〔（１−ｎ）Ｂ2Ｏ3−ｎＰｂＯ〕−０.０１ＬｉＣｌで表されるガラスについての相関関数Ｇ（ｒ）（Ｘ線回折）を示すグラフである。
【図２】本発明の式０.９９〔（１−ｎ）Ｂ2Ｏ3−ｎＰｂＯ〕−０.０１ＬｉＣｌで表されるガラスについての相関関数Ｇ（ｒ）（中性子回折）を示すグラフである。
【図３】ボロキソル環の原子配置を示す模式図である。
【図１】
2005221268.tif 000004
【図２】
2005221268.tif 000005
【図３】
2005221268.tif 000006