(57)【要約】【課題】放射線遮蔽性および耐食性を有し、かつ加工性および運搬性が損なわれない遮蔽材を得ることにある。【解決手段】本発明に係る放射線遮蔽材１は、内部が中性子及びガンマ線などの放射線を遮蔽する機能を有した遮蔽材３で構成され、この遮蔽材３の外面の全ての面を耐食性を有する材料で構成された外皮２で覆ったことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が放射線を遮蔽する機能を有した遮蔽材で構成され、この遮蔽材の外面の全ての面を耐食性を有する材料で構成された外皮で覆ったことを特徴とする放射線遮蔽材。
【請求項２】
前記外皮は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金、鉄もしくは鉄合金、ニッケルもしくはニッケル合金、合成樹脂から選択された少なくとも一種類の部材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】
前記遮蔽材は、鉛もしくは鉛合金、タングステンもしくはタングステン合金、ハフニウムもしくはハフニウム合金、ボロンもしくはボロン炭化物、ボロン炭化物もしくはタングステンもしくはタングステン合金を含有した合成樹脂、ボロンもしくはボロン炭化物を含有したアルミニウムもしくはアルミニウム合金、水、から選択された少なくとも一種類の部材であることを特徴とする請求項１または２記載の放射線遮蔽材。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の放射線遮蔽材を、構造物もしくは建築物の外壁または内壁として使用することを特徴とする放射線遮蔽構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線遮蔽材および放射線遮蔽構造物に係り、特に耐食性を向上させた放射線遮蔽材および放射線遮蔽構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力の放射性物質を保管する施設にて使用される放射線遮蔽材は、遮蔽対象の放射線によって、アルファ線、ベータ線、ガンマ線あるいは中性子線遮蔽向けの材料が使われている。
【０００３】
アルファ線、ベータ線は透過力が高くないため、紙や薄い金属などで遮蔽することが可能である。中性子線遮蔽を目的とする場合は、水素やボロン、ハフニウムなどを含む材料が効果的であり、ガンマ線遮蔽を目的とする場合は、鉛やタングステンなどを含む材料が効果的となる。また、放射性廃棄物等の保管施設、原子力設備は十分な冷却水確保の観点から海沿いに建設されることが多く、この放射性廃棄物等の保管施設、原子力設備となる放射線遮蔽構造物を構成する放射線遮蔽材は腐食環境に曝されるため、遮蔽材料は耐食性を備えることが要望されている。
【０００４】
中性子線およびガンマ線の遮蔽性に優れ、耐食性を有する材料としてはボロンコンクリートが挙げられるが、成型後には加工することが難しく重量物であることから運搬性が損なわれるために、移動や拡張が予定される放射性廃棄物等の保管施設や、原子力設備等の施設内部の狭隘部にて遮蔽材料を使用する際にはその適用性は低下することとなる。
【０００５】
そこで、上記課題を解決するため、放射線遮蔽性および耐食性を有し、加工性および運搬性が損なわれない遮蔽材料として、放射線を遮蔽する機能を有した材料を内包し、外皮が金属もしくは合成樹脂などの耐食性材料である構造を有するものが挙げられる。この際、加工性および運搬性が損なわれないために、材料成分は金属または合成樹脂などを主成分とし、そのサイズを任意に変更可能である構造が望ましい。従来、このような構造を有する放射性遮蔽材料としては、特許文献１から特許文献３が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１３３７８９号公報
【特許文献２】特開平５−１４２３９２号公報
【特許文献３】特開２００５−１００００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では、原子力発電プラントの構成製品を使用用途とした放射線遮蔽材料において、内包材料は鉛板又は鉛加工品であり、外皮は酸化を防止するゴム又は合成樹脂又は難燃性布を被覆してあることを特徴とするため、海水への耐食性という観点からは課題があった。
【０００８】
また、特許文献２では、外皮に金属を使用した場合でも、内包している材料がホウ素含有物の流動物とその中に混入した金属酸化物とを充填して固化状態とした放射線遮蔽材料であり、内包材料が限定されている点に課題があった。
【０００９】
さらに、特許文献３では、使用済核燃料貯蔵ラックの材料を想定しているため当該部材の現場における加工が難しく、また運搬が煩雑なことから、移動や拡張が予定される保管施設や、施設内部の狭隘部にて遮蔽材料を使用する際にはその適用性に課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る放射線遮蔽材は、内部が中性子及びガンマ線などの放射線を遮蔽する機能を有した遮蔽材で構成され、この遮蔽材の外面の全ての面を耐食性を有する材料で構成された外皮で覆ったことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る放射線遮蔽構造物は、上記放射線遮蔽材を、構造物もしくは建築物の外壁または内壁として使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、放射線遮蔽材は耐食性を有する外皮で覆っているため、海周辺環境においても遮蔽性能を維持することが可能となる。
【００１３】
また、放射線遮蔽材は用途に応じて、板厚および材料を変更できるので、保管施設への輸送方法が限られ一度に大型の構造物が運搬できない場合は、小さいサイズの放射線遮蔽材を運搬した後、現地組立によって目標の形状へと組立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係わる放射線遮蔽材を示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る放射線遮蔽材および放射線遮蔽構造物の実施例について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１（ａ）および（ｂ）に、本発明に係わる放射線遮蔽材の斜視図および（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図を示す。
【００１７】
放射線遮蔽材１は、耐食性を有する外皮２、中性子及びガンマ線などの放射線を遮蔽する機能を有した遮蔽材３より構成されている。
【００１８】
耐食性を有する外皮２は、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、合成樹脂から成る群より選ばれた少なくとも一種であり、中性子及びガンマ線などの放射線を遮蔽する機能を有した遮蔽材３は、水、ハフニウム、ハフニウム合金、ボロン、ボロン炭化物、ボロンもしくはボロン炭化物を含有するアルミニウムもしくはアルミニウム合金、ボロンもしくはボロン炭化物を含有する合成樹脂、鉛、鉛合金、タングステン、タングステン合金、タングステンもしくはタングステン合金を含有する合成樹脂からなる群より選ばれた少なくとも一種である。
【００１９】
本発明における耐食性を有する外皮２の選択理由を以下に示す。大気中にて耐食性を有する材料は様々あるが、材料の汎用性や加工性が良好である特徴を有する、アルミニウムもしくはアルミニウム合金、鉄もしくは鉄合金、ニッケルもしくはニッケル合金、合成樹脂を選定した。各材料の特徴および代表組成を以下に示す。
【００２０】
アルミニウムもしくはアルミニウム合金：アルミニウムもしくはアルミニウム合金は大気中にて表面に不働態皮膜を形成するため、大気中での耐食性に優れる特徴を有する。例えば、アルミニウム合金の組成としては、アルミニウムが９９ｗｔ％以上の非熱処理型合金に属する１０００系の純アルミニウム、銅を１．５〜６．８ｗｔ％添加された熱処理型合金に属するアルミニウム−銅−マンガン系合金となる２０００系、マンガンを０．３〜１．５ｗｔ％添加された非熱処理型合金に属するアルミニウム−マンガン系合金の３０００系、ケイ素を１１〜１３．５ｗｔ％添加された非熱処理型合金に属するアルミニウム−ケイ素系合金の４０００系、マグネシウムを０．２〜５．６ｗｔ％添加された非熱処理型合金に属するアルミニウム−マグネシウム系合金の５０００系、マグネシウムを０．３５〜１．８ｗｔ％およびケイ素を０．２〜１．２ｗｔ％添加された熱処理型合金に属する６０００系および亜鉛を０．８〜６．５ｗｔ％添加された熱処理型合金に属する７０００系などが候補として挙げられる。また、上記アルミニウム合金系にボロンもしくはボロン化合物はＢ１０濃度で０．５〜２ｗｔ％添加、また、タングステンは１〜３０ｗｔ％添加したアルミニウム合金などが候補として挙げられる。この場合、アルミニウム合金は耐食性だけでなく、ガンマ線の遮蔽性能を有することとなる。
【００２１】
鉄もしくは鉄合金：鉄はクロムの添加によって耐食性が変化し、代表的な鉄合金であるステンレス鋼は大気中での耐食性に優れる特徴を有する。例えば、ステンレス鋼の組成としては、ニッケルを３〜１０ｗｔ％、クロムを２１〜３２ｗｔ％が添加されたオーステナイト・フェライト系の二相ステンレス鋼、ニッケルを４ｗｔ％以下、クロムを１１〜３２ｗｔ％添加されたフェライト系ステンレス鋼およびニッケルを３．５〜２８ｗｔ％、クロムを１５〜２５ｗｔ％添加されたオーステナイト系ステンレス鋼などが候補として挙げられる。
【００２２】
ニッケルもしくはニッケル合金：ニッケルは銅との合金により海水中での孔食発生が抑制される。また、モリブデンとの合金により還元性環境での耐食性が、クロムとの合金により酸化性環境における耐食性が増加する。例えば、ニッケル合金の組成としては、ニッケルが９９ｗｔ％以上の純ニッケル、銅を２７．０〜３４．０ｗｔ％添加されたニッケル−銅系合金、モリブデンを１５．０〜３０．０ｗｔ％添加されたニッケル−モリブデン系合金、クロムを１４．０〜２３．５ｗｔ％添加されたニッケル−クロム系合金などが候補として挙げられる。
【００２３】
合成樹脂：合成樹脂は腐食を起こさないため、耐食性に優れる特徴を有する。例えば、パラフィン類、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などが候補として挙げられる。
【００２４】
本発明における放射線を遮蔽する機能を有した遮蔽材３を限定した理由を以下に示す。中性子遮蔽に対して効果がある材料は水素やボロン、ハフニウムなどを含む材料である。水素を含む代表的な材料は水である。ボロンは酸素や窒素、炭素などと化合物を形成しやすく、その際には加工性が悪くなるため、中性子材料として使用される際にはボロン酸化物やボロン窒化物、ボロン炭化物を加工性が良好であるアルミニウムもしくは合成樹脂と混合されてよく使用される。ハフニウムは加工性が良好であるため、単体として使用可能である。
【００２５】
ガンマ線遮蔽に対して効果がある材料は鉛やタングステンなどを含む材料である。タングステンは加工性が悪いため、ガンマ線遮蔽材料として使用される際には加工性が良好である合成樹脂と混合されてよく使用される。鉛は加工性が良好であるため、単体として使用可能であるが、強度が必要とされる場所では合金化によって強度を高めるなどの対策がされている。
【００２６】
耐食性を有する外皮２の板厚は、傷などが生じる可能性を考慮して１ｍｍ程度以上が望ましく、また、外皮２の種類や板厚は外環境に依存する腐食速度と、放射線遮蔽材１の使用期間を考慮して決定される。
【００２７】
中性子及びガンマ線などの放射線を遮蔽する機能を有した遮蔽材３の種類や板厚は遮蔽対象となる放射線および目標減衰率により決定される。その際には下記（１）式の計算により算出される。
【００２８】
I2 / I１= B x exp(-μt)      （１）
（ここで、I2 は材料を通過した後の放射線強度、 I１は材料を通過する前の放射線強度、I2 / I１は放射線減衰率、Bはビルドアップファクタ、μは線減衰係数、tは板厚を示す。）
放射線遮蔽材１は遮蔽材３を外皮２で覆われているため、海周辺環境においても遮蔽性能を維持することが可能となる。
【００２９】
放射線遮蔽材１は用途に応じて、板厚および材料を変更できる。例えば、保管施設への輸送方法が限られ一度に大型の構造物が運搬できない場合は、小さいサイズの放射線遮蔽材１を運搬した後、現地組立によって目標の形状へと組立することが可能となる。また、保管施設の移動や拡張に対しても、放射線遮蔽材１の解体移動が容易という点で本発明の構造は効果を発揮する。
【００３０】
放射線遮蔽材１はコンクリートと比較して延性等の加工性が良好であるため、構造物狭隘部への適用に対して、狭隘部の形状に合わせた形状変更が現地にて可能となる。
【００３１】
放射線遮蔽材１の表面に付着した放射性物質の除染作業に対して、遮蔽材料の解体移動が容易であるため、効率的な除染を実施することもできる。
【００３２】
放射線遮蔽材１を構造物もしくは建築物の内壁もしくは外壁に使用することで、放射線の遮蔽性を有し、かつ耐食性を備えていることから保管設備の信頼性・安定性を高めることができる。
【００３３】
以下この実施例に記載の放射線遮蔽材１の製造方法について説明する。
【００３４】
耐食性を有する外皮２を溶接や摩擦撹拌接合によって筒形状にした後、中性子及びガンマ線などの放射線を遮蔽する機能を有した遮蔽材３を内部に挿入し、組み合わせて、放射線遮蔽材１とする。
【００３５】
耐食性を有する外皮２として使用される、アルミニウムもしくはアルミニウム合金、鉄もしくは鉄合金、ニッケルもしくはニッケル合金はアーク溶接、レーザ溶接、摩擦撹拌接合などを用いて板材の接合から製造できる。また、材料が加工性に優れる場合は、押し出し成型などによる熱間または冷間加工による製造が可能となる。
【００３６】
中性子及びガンマ線などの放射線を遮蔽する機能を有した遮蔽材３として使用される、ハフニウムもしくはハフニウム合金、タングステンもしくはタングステン合金、鉛もしくは鉛合金は、比較的加工性に優れるため、熱間および冷間加工と焼鈍熱処理などによって目的の形状にすることができる。ボロン、ボロン炭化物は比較的加工性が悪いため、冷開静水圧成形（ＣＩＰ）処理もしくは熱間等方圧加圧成形（ＨＩＰ）処理などを用いて粉末成型することが可能となる。成型後は加熱焼結や本焼結の過程を経て冷間圧延にて仕上げられる。ボロンもしくはボロン炭化物を含有するアルミニウムもしくはアルミニウム合金も同様にＣＩＰ処理もしくはＨＩＰ処理などを用いて粉末成型できる。ボロンもしくはボロン炭化物を含有する合成樹脂、タングステンもしくはタングステン合金を含有する合成樹脂はボロンもしくはボロン炭化物、タングステンもしくはタングステン合金の粉末などを合成樹脂と混合し、固化成型させることができる。
【００３７】
耐食性を有する外皮２と中性子及びガンマ線などの放射線を遮蔽する機能を有した遮蔽材３を組み合わせる際に接合強度や密着性を高める方法として、組み合わせ後に冷間もしくは熱間の圧延や押出し加工を行う方法が挙げられる。
【００３８】
溶射によって放射線遮蔽材１を製造する場合、中性子及びガンマ線などの放射線を遮蔽する機能を有した遮蔽材３の表面に耐食性を有する外皮２を直接溶射することができ、この外皮２の厚さは０．１〜０．２ｍｍ程度の薄肉制御をすることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１・・・放射線遮蔽材、２・・・外皮、３・・・遮蔽材。
【図１】
2013024566.tif 000003