(57)【要約】  ケイ酸カルシウム、酸化マグネシウムもしくは酸化カルシウムおよび酸性リン酸塩を含む組成物から形成された放射線構造物が提供される。組成物は、ケイ酸カルシウムを含んでまたは含まずに、フライアッシュまたはカオリンも含み得る。
2012504773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ酸カルシウム、酸化マグネシウムおよび酸性リン酸塩を含み、０．６６２ＭｅＶ（５μＣｉ  Ｃｓ−１３７線源）および１．１７３ＭｅＶ（１μＣｉ  Ｃｏ−６０線源）の光子エネルギーに基づいて、通常のコンクリートと比較して改善された減衰係数を有する、放射線遮蔽構造物用組成物。
【請求項２】
１０〜４０重量パーセントのケイ酸カルシウム、１０〜３５重量パーセントの酸化マグネシウムおよび１５〜４５重量パーセントの酸性リン酸塩を含む、請求項１に記載の放射線遮蔽構造物用組成物。
【請求項３】
前記酸性リン酸塩がリン酸一カリウムである、請求項２に記載の放射線遮蔽構造物用組成物。
【請求項４】
基材に吹付けられた、または、所定の構造物に形成された請求項１に記載の放射線遮蔽構造物用組成物を含む、放射線遮蔽構造物。
【請求項５】
酸化マグネシウムもしくは酸化カルシウム、酸性リン酸塩およびフライアッシュを含み、０．６６２ＭｅＶ（５μＣｉ  Ｃｓ−１３７線源）および１．１７３ＭｅＶ（１μＣｉ  Ｃｏ−６０線源）の光子エネルギーに基づいて、通常のコンクリートと比較して改善された減衰係数を有する、放射線遮蔽構造物用組成物。
【請求項６】
１５〜３５重量パーセントの焼成酸化マグネシウムもしくは焼成酸化カルシウム、１５〜５５重量パーセントの酸性リン酸塩および２０〜４０重量パーセントのフライアッシュを含む、請求項５に記載の放射線遮蔽構造物用組成物。
【請求項７】
前記酸性リン酸塩がリン酸一カリウムである、請求項６に記載の放射線遮蔽構造物用組成物。
【請求項８】
基材に吹付けられた、または、所定の構造物に形成された請求項５に記載の放射線遮蔽構造物用組成物を含む、放射線遮蔽構造物。
【請求項９】
酸化マグネシウムもしくは酸化カルシウム、酸性リン酸塩およびカオリンを含み、０．６６２ＭｅＶ（５μＣｉ  Ｃｓ−１３７線源）および１．１７３ＭｅＶ（１μＣｉ  Ｃｏ−６０線源）の光子エネルギーに基づいて、通常のコンクリートと比較して改善された減衰係数を有する、放射線硬化構造物用組成物。
【請求項１０】
１５〜３５重量パーセントの焼成酸化マグネシウムもしくは焼成酸化カルシウム、１５〜５５重量パーセントの酸性リン酸塩および２０〜４０重量パーセントのカオリンを含む、請求項５に記載の放射線遮蔽構造物用組成物。
【請求項１１】
前記酸性リン酸塩がリン酸一カリウムである、請求項１０に記載の放射線遮蔽構造物用組成物。
【請求項１２】
基材に吹付けられた、または、所定の構造物に形成された請求項１０に記載の放射線遮蔽構造物用組成物を含む、放射線遮蔽構造物。
【請求項１３】
ケイ酸カルシウム、酸化マグネシウムおよび酸性リン酸塩を含む組成物を、構造物または基材に塗布するステップを含む、構造物または基材を放射線から遮蔽する方法。
【請求項１４】
前記組成物が、１０〜４０重量パーセントのケイ酸カルシウム、１０〜３５重量パーセントの酸化マグネシウムおよび１５〜４５重量パーセントの酸性リン酸塩を含む、請求項１３に記載のリン酸塩の方法。
【請求項１５】
酸化マグネシウムもしくは酸化カルシウム、酸性リン酸塩およびフライアッシュを含む組成物を、構造物または基材に塗布するステップを含む、構造物または基材を放射線から遮蔽する方法。
【請求項１６】
前記組成物が、１５〜４０重量パーセントの焼成酸化マグネシウムもしくは焼成酸化カルシウム、１５〜５５重量パーセントの酸性リン酸塩および２０〜４０重量パーセントのフライアッシュを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
酸化マグネシウムもしくは酸化カルシウム、酸性リン酸塩およびカオリンを含む組成物を構造物または基材に塗布するステップを含む、構造物または基材を放射線から遮蔽する方法。
【請求項１８】
前記組成物が、１５〜４０重量パーセントの焼成酸化マグネシウムもしくは焼成酸化カルシウム、１５〜５５重量パーセントの酸性リン酸塩および２０〜４０重量パーセントのカオリンを含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２００８年１０月６日に出願された米国特許仮出願第６１／１０２，９９７号の優先権を主張し、その内容が本明細書に全体が引用されるように参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
発明の分野
本発明は概して、放射線遮蔽用途で有用な組成物に関する。
【背景技術】
【０００３】
放射線遮蔽構造物の使用は、特に核技術分野および任意の放射線発生施設において一般的である。例示的な放射線源は、宇宙線、医療施設におけるＸ線、原子炉、陰極線管（例えばテレビおよびコンピュータモニタ）などを含む。放射線量は多種多様の状況で慎重に監視され、ヒトの被曝レベルについていくつかの規制基準がある。放射線遮蔽は、放射線の影響を受けやすい装置の曝露を制限するためにも重要である。例えば核反応容器のガンマ線からの保護。別の例は、放射線を放出する医療機器からの、他の医療機器の保護である。
【０００４】
コンクリートまたはセメントは、放射性遮蔽で使用するための候補材料であることが多い。例えば米国特許第５，７８６，６１１号は、使用済み核燃料を貯蔵するためのコンテナを提案している。コンテナは、コンクリートを安定性酸化ウラン骨材および中性子吸収材料、例えばＢ２Ｏ３、ＨｆＯ３またはＧｄ２Ｏ３と共に含む。米国特許第４，７２７，２５７号は、骨材含有セメントベースモルタルを含み、骨材が浮遊方鉛鉱およびホウ素鉱物を含む、放射線遮蔽組成物を提案している。米国特許出願第２００２／０１６５０８２号は、マグネシウム、カリウムおよびリン結合剤を含むリン酸塩セラミック放射線遮蔽組成物、ならびに熱を散逸させる手段、例えばＢ４Ｃ、Ｂｉ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｐｂ金属および鉛を提案している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、より安価であり、重金属により依存せず、同時に許容されるレベルの放射線からの遮蔽を提供する、放射線遮蔽構造物用の組成物への要求がある。
【０００６】
放射線遮蔽構造物は、原子力発電所、粒子加速器、研究用原子炉、実験室装置、ならびに放射線およびＸ線医療施設の遮蔽に幅広く使用されている。重要な側面は、要求される減衰係数または減衰因子として特定の遮蔽構造物を選択することである。線減衰係数（μ）は、遮蔽材料の密度に依存する。材料の密度の変動による影響を除去するために、線減衰係数は、質量減衰係数（μ／ρ）ｃｍ２ｇ−１として表される。質量減衰係数は、材料の単位質量に基づく遮蔽材料の有効性の尺度である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的のために、本発明は、ケイ酸カルシウム、酸化マグネシウムおよび酸性リン酸塩を含む放射線遮蔽構造物用組成物を提供する。放射線遮蔽構造物は、０．６６２ＭｅＶ（５μＣｉ  Ｃｓ−１３７線源）および１．１７３ＭｅＶ（１μＣｉ  Ｃｏ−６０線源）の光子エネルギーに基づいて、通常のコンクリートと比較して改善された減衰係数を有する。
【０００８】
別の実施形態において、本発明は、酸化マグネシウムもしくは酸化カルシウム、酸性リン酸塩およびフライアッシュを含み、０．６６２ＭｅＶ（５μＣｉ  Ｃｓ−１３７線源）および１．１７３ＭｅＶ（１μＣｉ  Ｃｏ−６０線源）の光子エネルギーに基づいて、通常のコンクリートと比較して改善された減衰係数を有する、放射線遮蔽構造物用組成物を提供する。
【０００９】
なお別の実施形態において、本発明は、酸化マグネシウムもしくは酸化カルシウム、酸性リン酸塩およびカオリンを含み、０．６６２ＭｅＶ（５μＣｉ  Ｃｓ−１３７線源）および１．１７３ＭｅＶ（１μＣｉ  Ｃｏ−６０線源）の光子エネルギーに基づいて、通常のコンクリートと比較して改善された減衰係数を有する、放射線硬化構造物用組成物を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】５ｍＣｉ  Ｃｓ−１３７線源を使用する０．６６６ＭｅＶ光子エネルギーでの、実施例１〜６の放射線遮蔽構造物用組成物および通常のコンクリート（「ＯＣ」）の減衰係数のグラフである。
【図２】１μＣｉ  Ｃｏ−６０線源を使用する１．１７３ＭｅＶ光子エネルギーでの、実施例１〜６の放射線遮蔽構造物用組成物および通常のコンクリート（「ＯＣ」）の減衰係数のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の上述および他の態様は、ここで本明細書に記載する他の実施形態に関連してさらに詳細に説明される。本発明が各種の形態で具体化することが可能であり、本明細書で述べる実施形態に限定されると解釈されるべきでないことを認識すべきである。むしろこれらの実施形態は、本開示が詳細かつ完全であり、当業者に本発明の範囲を完全に伝えるように提供される。
【００１２】
本明細書で本発明の説明に使用する用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とし、本発明を制限しようとするものではない。本発明の実施形態および添付の特許請求の範囲の説明で使用する場合、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が別途明確に指摘しない限り、複数形も含むものとする。また本明細書で使用する場合、「および／または」は、関連する記載された項目の１つ以上のありとあらゆる考えられる組合せを指し、その組合せを含む。さらに「約」という用語は、本明細書で使用する場合、化合物の量、用量、時間、温度などの測定可能な値を指すときに、規定された量の２０パーセントの、１０パーセントの、５パーセントの、１パーセントの、０．５パーセントの変動を、または０．１％の変動さえも含むものとする。別途定義しない限り、本説明で使用する技術用語および科学用語を含むすべての用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。
【００１３】
放射線遮蔽構造物は、ケイ酸カルシウム（珪灰石）、酸化マグネシウムおよび酸性リン酸塩を含む。一実施形態において、組成物は、約１５〜４０重量パーセントのケイ酸カルシウム、約１０〜３５重量パーセントの酸化マグネシウムおよび約２５〜４５重量パーセントの酸性リン酸塩を含む。このような組成物は場合により、カオリンまたはフライアッシュを０．１〜４０重量パーセントのレベルで含み得る。
【００１４】
別の実施形態において、放射線遮蔽構造物は、酸化マグネシウムもしくは酸化カルシウム、酸性リン酸塩およびフライアッシュを含む。一実施形態において、構造物は、１５〜４０重量パーセントの焼成（ｃａｌｃｉｎｅｄ）酸化マグネシウムもしくは焼成酸化カルシウム、２５〜５５重量パーセントの酸性リン酸塩および２０〜４０重量パーセントのフライアッシュを含む。
【００１５】
別の実施形態において、放射線遮蔽構造物は、酸化マグネシウムもしくは酸化カルシウム、酸性リン酸塩およびカオリンを含む。一実施形態において、構造物は、１５〜４０重量パーセントの焼成酸化マグネシウムもしくは焼成酸化カルシウム、２０〜５５重量パーセントの酸性リン酸塩および５〜２５重量パーセントのカオリンを含む。
【００１６】
例示的な酸性リン酸塩は、リン酸一カリウム（ｍｏｎｏｐｏｔａｓｓｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、リン酸マグネシウム、リン酸ナトリウム、リン酸アルミニウム、リン酸アンモニウム、リン酸鉄、リン酸亜鉛、およびその組合せを含む。上の実施形態において、酸性リン酸塩はリン酸一カリウムであり得る。
【００１７】
好適な添加剤は放射線遮蔽構造物用組成物と混合され得、通常添加される量は約０．１〜約３０重量パーセントであり得る。例示的な添加剤は、難燃剤、バーミキュライト、パーライト、繊維、乳化剤、解膠剤、金属イオン封鎖剤、粒状添加剤、粗骨材、例えば石および砂、化学添加剤、例えばホウ酸、加速剤（例えばＴｈｅ  Ｅｕｃｌｉｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ、クリーブランド、オハイオ州から入手できるＡｃｃｅｌｇｕａｒｄ）、着色料および顔料、充填剤、骨材、ホウ砂、シリカ材料、酸化鉄、結合接着剤（例えばＴｈｅ  Ｅｕｃｌｉｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ、クリーブランド、オハイオ州から入手可能なＥｕｃｏｐｏｘｙ  ＲｅｓｉｎおよびＥｕｃｏｗｅｌｄ、Ｆｌｅｘｃｏｎ、およびＣｏｒｒ−ｂｏｎｄ）、可塑剤、硬化剤（例えばＴｈｅ  Ｅｕｃｌｉｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ、クリーブランド、オハイオ州から入手可能なＥｕｃｏ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｈａｒｄ）、パッチング（ｐａｔｃｈｉｎｇ）ポリマー（例えばＴｈｅ  Ｅｕｃｌｉｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ、クリーブランド、オハイオ州から入手可能なＥｕｃｏｒａｐｉｄ  ｐａｔｃｈ）、マイクロ・シリカ・フューム（例えばＴｈｅ  Ｅｕｃｌｉｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ、クリーブランド、オハイオ州から入手可能なＥｕｃｏｓｈｏｔ）、凝結遅延剤、表面軟化剤、およびカオリン、養生化合物（例えばＢｒｏｗｎｓｔｏｎｅ  ＣＳ）、減水剤（例えばＡｃｃｅｌｇｕａｒｄ，Ｅｕｃｏｎ  ＡＣ）、および空気連行剤（例えばＡＥＡおよびＡｉｒ  Ｍｉｘ）を含む。
【００１８】
または、放射線遮蔽構造物には中性吸収体も添加され得る。例示的な中性子吸収体は重金属および重金属化合物、例えばホウ素、Ｂ２Ｏ３、ＨｆＯ３、Ｇｄ２Ｏ３、酸化鉄、鉛などを含む。
【００１９】
または、各種の補強材が組成物中に含まれ得るか、または組成物が補強材に塗布され得る。例示的な補強材は鋼鉄（例えば鉄筋）、他の金属（例えば鉛）、炭素、ガラス、石、玄武岩などを繊維、微粒子および／または織物／マット形態で含む。
【００２０】
放射線遮蔽構造物用組成物は、スラリーとして混合され、既存の表面または基材に吹付けられて、その表面の減衰係数を改善することができるか、またはスラリーの所定の形状への吹付け、押出、成形などを行うことができる。好適な構造物は、原子力発電所、粒子加速器、研究用原子炉、Ｘ線装置、放射線装置などの遮蔽材を含む。他の構造物は、その内容が参照によりその全体として本明細書に組み込まれる、２００９年１０月２日に出願された米国特許第      号［代理人整理番号９５９１−８］に記載されたような、有害な放射線を放出する能力がある廃棄物を含有するための輸送および貯蔵容器を含む。
【００２１】
以下の実施例は、本発明の単なる例示であり、本発明を制限しない。
【００２２】
実施例１〜６は以下のように配合され得る：
【実施例１】
【００２３】
酸化マグネシウム  ２３％
リン酸一カリウム  ２３％
フライアッシュ  ２１％
砂  ３３％
試験を行った試料の厚さは０．５０インチであった。
【実施例２】
【００２４】
酸化マグネシウム  ２０％
リン酸一カリウム  ２３％
ケイ酸カルシウム  ２４％
砂  ３３％
試験を行った試料の厚さは１．２５インチであった。
【実施例３】
【００２５】
塩水を用いて実施例１を反復した。試験を行った試料の厚さは２．００インチであった。
【実施例４】
【００２６】
酸化マグネシウム  ２３％
リン酸一カリウム  ２３％
フライアッシュ  １１％
カオリン  １０％
砂  ３３％
試験を行った試料の厚さは０．７５インチであった。
【実施例５】
【００２７】
酸化マグネシウム  ３０％
リン酸一カリウム  ３４％
ケイ酸カルシウム  ３６％
試験を行った試料の厚さは０．５０インチであった。
【実施例６】
【００２８】
酸化マグネシウム  ３０％
リン酸一カリウム  ３１％
フライアッシュ  ２８％
重炭酸ナトリウム  １０％
試験を行った試料の厚さは１．００インチであった。
【実施例７】
【００２９】
実施例１を反復し、試験を行った試料の厚さは１．００インチであった。Ｎｏｒｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ  Ｓｔａｔｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙによって開発された減衰係数を測定する方法を使用して試験を行った。
【００３０】
図１および２からわかるように、実施例１〜６の配合物は、通常のコンクリートと比較して減衰係数を著しく改善した。
【実施例８】
【００３１】
以下のような配合物を調製した。
酸化マグネシウム  ３４％
リン酸一カリウム  ３１％
フライアッシュ  １７％
カオリン  １５％
【実施例９】
【００３２】
酸化マグネシウム  ３４％
リン酸一カリウム  ３１％
フライアッシュ  １７％
カオリン  １５％
砂  ３０％
【００３３】
本発明のある実施形態をこのように説明してきたが、以下で主張されるようなその精神または範囲から逸脱することなく、その多くの明らかな変更が可能であるため、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明が上の説明で述べられた特定の詳細事項によって制限されないことが理解されるべきである。
【図１】
2012504773.tif 000003
【図２】
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【国際調査報告】
2012504773.tif 000005
2012504773.tif 000006