(57)【要約】【課題】  放射線を遮蔽するための遮蔽体の材質として、一般には汎用的な普通ポルトランドセメントを結合材として、単位水量を通常のコンクリートよりも増大させたコンクリートが用いられているが、このような放射線遮蔽体が中性子に曝されると、誘導放射能をもつようになってしまい、放射線発生源の保守、点検等に携わる作業員に対して放射線被曝の危険性がある。【解決手段】  ハイアルミナセメント、電融アルミナからなる細骨材および粗骨材、コレマナイトのようなホウ素含有化合物、必要に応じて減水剤等を配合して混練することにより、放射線遮蔽用コンクリートを得る。該放射線遮蔽用コンクリートは、放射線遮蔽効果に優れ、中性子等の放射線が照射されても放射化し難いものである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、ハイアルミナセメント、電融アルミナからなる細骨材および粗骨材を含有してなることを特徴とする放射線遮蔽用コンクリート。
【請求項２】
ホウ素含有化合物をさらに含有してなることを特徴とする請求項１に記載の放射線遮蔽用コンクリート。
【請求項３】
前記ホウ素含有化合物がコレマナイトであることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線遮蔽用コンクリート。
【請求項４】
前記粗骨材が、電融アルミナからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放射線遮蔽用コンクリート。
【請求項５】
前記ハイアルミナセメントのブレーン比表面積が４０００〜５０００ｃｍ２／ｇであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の放射線遮蔽用コンクリート。
【請求項６】
前記ハイアルミナセメントが２００〜５００ｋｇ／ｍ３、電融アルミナ細骨材が２００〜１５００ｋｇ／ｍ３、電融アルミナ粗骨材が１０〜１５００ｋｇ／ｍ３、水が１２０〜２５０ｋｇ／ｍ３の配合割合で調製されたことを特徴とする請求項４に記載の放射線遮蔽用コンクリート。
【請求項７】
さらにホウ素含有化合物を１０〜２００ｋｇ／ｍ３の割合で添加してなることを特徴とする請求項６に記載の放射線遮蔽用コンクリート。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の放射線遮蔽用コンクリートを用いて製造されたことを特徴とするプレキャストコンクリートパネル。
【請求項９】
少なくとも、ハイアルミナセメントおよび電融アルミナからなる細骨材を含有してなることを特徴とする放射線遮蔽用モルタル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線遮蔽用コンクリートに関するものであり、詳しくは加速器施設等からの放射線を遮蔽し、かつ内部の中性子核反応による放射化を抑制する放射線遮蔽用コンクリートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加速器施設等の放射線発生源の周囲には、核分裂反応等に伴う放射線（中性子線、γ線等）を遮蔽するための遮蔽体を構築し、作業者の健康の悪影響、外部環境への放射線の漏出を防止している。
放射線を遮蔽するための遮蔽体の材質として、一般には汎用的な普通ポルトランドセメントを結合材として、単位水量を通常のコンクリートよりも増大させたコンクリートが用いられている。これらのコンクリートは水和反応による水（Ｈ２Ｏ）として水素原子を多く含み、この水素原子が高エネルギーを有する放射線（中性子）を効果的に減速させることができる。
また、鉄、磁鉄鉱等の重量骨材を用いて製造された重量コンクリートは、密度が大きいことから、γ線を効果的に遮蔽することができる。
【０００３】
下記特許文献１には、加速器をコンクリート躯体で覆ってなる放射線遮蔽設備であって、コンクリート躯体の外部に面する部位の外表面から内表面に向かって、コンクリート躯体の伸縮を抑制するスリットを設け、当該スリットに充填材を補充する放射線遮蔽設備が開示されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１で開示されたようなコンクリートからなる放射線遮蔽体が中性子に曝されると、コンクリートに含まれているＣｏ，Ｅｕ等の元素が放射性同位元素に変化し、放射能をもつようになり（誘導放射能）、コンクリートが放射線（γ線）を発するようになる。このように放射線を発するに至ったコンクリートは、加速器や原子炉等の放射線発生源の保守、点検、解体等に携わる作業員に対して厳しい安全管理なしでは放射線被曝による健康上の悪影響を及ぼす可能性がある。また、大量の放射性廃棄物を残すことにもなる。
【特許文献１】特開２００２−１８１９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって本発明の目的は、加速器施設等からの放射線を遮蔽し、かつ内部の中性子核反応による放射化を抑制する放射線遮蔽用コンクリートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、放射化分析によるΣＤ／Ｃ換算における普通骨材（安山岩）比で１/１０００の電融アルミナ、普通ポルトランドセメント比で１／２５であるハイアルミナセメント、さらに好ましくはコレマナイトのようなホウ素含有化合物を組み合わせることにより、中性子等の放射線が照射されても放射化し難いコンクリートが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち本発明は、以下のとおりである。
（１）少なくとも、ハイアルミナセメント、電融アルミナからなる細骨材および粗骨材を含有してなることを特徴とする放射線遮蔽用コンクリート。
（２）ホウ素含有化合物をさらに含有してなることを特徴とする前記（１）に記載の放射線遮蔽用コンクリート。
（３）前記ホウ素含有化合物がコレマナイトであることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の放射線遮蔽用コンクリート。
（４）前記粗骨材が、電融アルミナからなることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の放射線遮蔽用コンクリート。
（５）前記ハイアルミナセメントのブレーン比表面積が４０００〜５０００ｃｍ２／ｇであることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の放射線遮蔽用コンクリート。
（６）前記ハイアルミナセメントが２００〜５００ｋｇ／ｍ３、電融アルミナ細骨材が２００〜１５００ｋｇ／ｍ３、電融アルミナ粗骨材が１０〜１５００ｋｇ／ｍ３、水が１２０〜２５０ｋｇ／ｍ３の配合割合で調製されたことを特徴とする前記（４）に記載の放射線遮蔽用コンクリート。
（７）さらにホウ素含有化合物を１０〜２００ｋｇ／ｍ３の割合で添加してなることを特徴とする前記（６）に記載の放射線遮蔽用コンクリート。
（８）前記（１）〜（７）のいずれかに記載の放射線遮蔽用コンクリートを用いて製造されたことを特徴とするプレキャストコンクリートパネル。
（９）少なくとも、ハイアルミナセメントおよび電融アルミナからなる細骨材を含有してなることを特徴とする放射線遮蔽用モルタル。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ハイアルミナセメント、電融アルミナ、さらに好ましくはコレマナイトのようなホウ素含有化合物を組み合わせることにより、放射線遮蔽効果に優れ、中性子等の放射線が照射されても放射化し難い、放射線遮蔽用コンクリートを提供することができる。本発明の放射線遮蔽用コンクリートは、従来よりも厚みが薄くても同等な放射線遮蔽効果が得られ、供用後、一般廃棄物として取り扱い可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明で使用されるハイアルミナセメントは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を高い割合で含有するセメントであり公知である。例えばＡｌ２Ｏ３が７０質量％以上、ＣａＯが２０質量％以上である。ハイアルミナセメントのＪＩＳ Ｒ ５２０１に規定されたブレーン比表面積が４０００〜５０００ｃｍ２／ｇであると放射線遮蔽効果の点で好ましい。ハイアルミナセメントは、例えば電気化学工業社製、商品名デンカハイアルミナセメント等の市販品を利用できる。なお本発明では、必要に応じて他のアルミナセメントや後述する低放射化混和材を併用することもできる。あるいは、低放射化な普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の汎用のポルトランドセメントや、白色セメント等を利用することにより（ハイアルミナセメントを利用するよりは低放射化効果は低いが）代用も可能である。ハイアルミナセメントは、その他の通常用いられているセメントに比べて酸化鉄の含有量が極めて少ない。したがって鉄が放射性同位元素に変化することによる放射化を回避できる。
【００１０】
本発明で使用される電融アルミナは、水酸化アルミニウムを焼成することによって得られる白色結晶体である。化学的に安定しており、融点が高い、機械的強度が大きい、硬度が高い、電気絶縁抵抗が大きいなどの特徴があり、陶磁器、機械部品・電子部品等のセラミックス材料、研削・研磨材ならびに耐火物原料等に使用され、公知である。また、放射化で問題となる長い半減期のＥｕやＣｏをほとんど含んでいない。
電融アルミナは、例えば昭華鉱産有限公司（中国江蘇省連雲港市）製、商品名電融アルミナＷＡ（Ａｌ２Ｏ３が９９質量％以上、Ｅｕ含有量１．０ｐｐｂ以下、Ｃｏ含有量１００ｐｐｂ以下）等の市販品を利用できる。電融アルミナは、所望のサイズに破砕して用いることができる。最も好ましい電融アルミナは、再焼結させた球状の形状を有するものである。
【００１１】
本発明の放射線遮蔽用コンクリートは、ホウ素含有化合物をさらに含有してなることが好ましい。ホウ素含有化合物としては、例えばホウ素粉末やコレマナイトが挙げられる。とくにコレマナイトの使用が好ましい。これらのホウ素含有化合物を使用することにより、熱中性子との反応断面積が大きく、熱中性子を効率的に吸収し、熱中性子束を減少させることができる。
【００１２】
本発明で使用される細骨材は、電融アルミナからなるものであるが、必要に応じて、砕砂や石灰石等を適宜利用してもよい。
また本発明で使用される粗骨材は、とくに制限されず、従来から用いられている砕石、石灰石等を利用することができるが、本発明では、粗骨材が電融アルミナからなることが望ましい。細骨材および粗骨材をともに電融アルミナから構成することにより、放射線遮蔽効果を一層高めることができる。
【００１３】
本発明の放射線遮蔽用コンクリートは、上述の各成分のほかに、中性子線の照射によって放射性同位元素に変化する元素（Ｅｕ、Ｃｏ等）の含有量の小さい混和材を含んでいてもよい。このような混和材としては、例えば、石灰石粉末、シリカフューム、石英粉末、珪砂等が挙げられる。
【００１４】
本発明の放射線遮蔽用コンクリートは、コンクリートの流動性・作業性を向上させるために、減水剤を使用することが好ましい。減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤が挙げられる。
【００１５】
本発明の放射線遮蔽用コンクリートの配合処方は、例えば前記ハイアルミナセメントが２００〜５００ｋｇ／ｍ３、細骨材が２００〜１５００ｋｇ／ｍ３、粗骨材が１０〜１５００ｋｇ／ｍ３、ホウ素含有化合物が０〜２００ｋｇ／ｍ３、好ましくは１０〜２００ｋｇ／ｍ３、水が１２０〜２５０ｋｇ／ｍ３である。
減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤を使用する場合は、０〜２０ｋｇ／ｍ３である。
なお、細骨材および粗骨材は、ともに電融アルミナからなるのが好ましいことは前述のとおりであり、上記配合処方が適用される。
【００１６】
コンクリートの混練方法は、とくに制限されず、各材料を個別にミキサに投入し、混練する等の方法が挙げられる。使用されるミキサについても限定されず、オムニミキサ、パン型ミキサ、二軸練りミキサ等が用いられる。なお、水は水道水、地下水等を使用することができる。
混練後、所定の型枠に生コンクリートを投入し、十分な締め固めを行った後、養生を行うことにより本発明の放射線遮蔽用コンクリートの構造体が得られる。養生条件はとくに限定するものではないが、せき板による被覆、養生マットまたは水密シートによる被覆、散水、噴霧、膜養生剤の塗布などによる湿潤養生などが挙げられる。
【００１７】
なお、前記ではコンクリートの配合および製造について説明したが、上記配合から粗骨材を省いてモルタルとして使用することもできる。
【００１８】
また本発明の放射線遮蔽用コンクリートを放射線遮蔽体として用いる場合には、現場でコンクリートを打設するよりも、プレキャストコンクリートパネルを製造して現場で組み立てて遮蔽体とするのが好ましい。プレキャストコンクリートパネルは、工場において厳しい品質管理のもとに、適正な原材料を用いて製造することができるので、品質や性能の安定した放射線遮蔽用コンクリート構造物を構築することができる。
プレキャストコンクリートパネルのサイズは、遮蔽すべき放射線の種類や、加速器のサイズ等を勘案して適宜決定すればよいが、例えば厚みは５０〜３００ｍｍである。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明を実施例によりさらに説明する。
実施例１
下記表１に記載のコンクリートの調合にしたがって、本発明の放射線遮蔽用コンクリートを製造した。
【００２０】
【表１】
2007303953.tif 000002
【００２１】
上記表１中、Ｗは上水道水、Ｃはハイアルミナセメント、Ｓは電融アルミナ細骨材、Ｇは電融アルミナ粗骨材である。Ｓ／ａは細骨材率を表す。
ハイアルミナセメントは、電気化学工業社製、商品名デンカハイアルミナセメント、ブレーン比表面積が４７４０ｃｍ２／ｇ、ρ＝３．１３ｇ／ｃｍ３）を用いた。電融アルミナは、昭華鉱産有限公司（中国江蘇省連雲港市）製、商品名電融アルミナＷＡを用いた。細骨材の平均粒径は０．７２ｍｍ、ρ＝３．８９ｇ／ｃｍ３、粗骨材の平均粒径は６．６ｍｍ、ρ＝３．８１ｇ／ｃｍ３である。
【００２２】
２軸強制練りミキサーを用い、ハイアルミナセメント、電融アルミナ細骨材および電融アルミナ粗骨材を１５秒間空練りし、続いて上水道水を投入して９０秒間の本練りを行った。得られた生コンクリートをφ１０×２０ｃｍの型枠を用いて成形後、２０℃で１４日間気中標準養生または封かん養生してφ１０×２０ｃｍの円柱供試体を作製した。凝結時間試験を行ったところ、始発時間は２時間０分、終結時間は２時間１８分であった。また供試体の養生後の圧縮強度（常法）は、標準養生の供試体が２２．１Ｎ／ｍｍ２、封かん養生の供試体が３１．９Ｎ／ｍｍ２であった。
【００２３】
前記標準養生の供試体を陽子加速器施設の１２ＧｅＶ陽子加速器のビームライントンネルに設置し、７日間、２次中性子に曝した後、加速器停止直後の２４Ｎａの放射能濃度（Ｂｑ／ｇ）をＧｅ半導体検出器で測定した。その結果、２４Ｎａの放射能濃度は、５．０Ｂｑ／ｇであった。なお、セメントとして低熱ポルトランドセメント、細骨材として陸砂、粗骨材として砕石を用い、上記実施例１を行った場合、２４Ｎａの放射能濃度は、約２００Ｂｑ／ｇとなる。
【００２４】
実施例２
ホウ素含有化合物としてコレマナイトを８０ｋｇ/ｍ３の割合で添加したこと以外は、上記実施例１を行った。実施例１と同様の圧縮強度を有する供試体が得られた。また、２４Ｎａの放射能濃度は、２．０Ｂｑ／ｇであり、さらなる放射線遮蔽効果が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の放射線遮蔽用コンクリートは、内部の中性子核反応による放射化は極めて小さい。そのため、陽子加速器周辺の鋼板モルタルや、医療用放射線照射施設、アイソトープ貯蔵施設、ウラン処理施設、原子炉施設などの放射線遮蔽用構造物として好適に用いられる。