放射線利用紹介

タングステン繊維を用いた放射線遮蔽材の開発

1

東邦金属株式会社

津田 泰志∗

名古屋大学コバルト 60 γ 線照射室

今井 重文

名古屋大学未来材料・システム研究所

熊谷 純

はじめに

スウェーデン語で「重い石」を意味するタングステ
ンは，最高の融点と最低の蒸気圧を併せ持ち，密度が非常に高く（19.3 g/cm3 ），高温強度，純金属中最低の熱膨張係数，優れた熱伝導度と電気伝導度を有している．当社では創業当時からタングステンを取り扱っており，超硬合金製品，掘削用ビット，銅タングステンヒートシンク，携帯端末の振動発生用の重りなど，当社タングステン製品が幅広くに用いられている．高密Figure 1. A picture of tungsten mesh fabric(left) and a SEM image of the fabric (right).

度であることから，電磁波や荷電粒子線に対する高放射線遮蔽材にもなり，過去にはタングステン重合金をコリメーター用の放射線遮蔽材として製造していた．

2011 年 3 月に東日本大震災による福島第一原子力発電所事故が起こり，飛散した放射性物質の除染作業や，メルトダウンした原子炉周辺での作業など，さまざまなレベルで作業員の放射線被曝が予想された．従来の放射線防護服は，α 線と β 線被曝を回避する目的の樹脂でつくられたものがほとんどで，鉛板を入れた防護服は病院における X 線被曝防止用のものくらいしかなかった．

2素材開発

タングステンは超合金に用いられる非常に硬い金属であるが，当社の技術を用いてミクロンオーダーまで細線加工すると，金属組織が長さ方向に伸張して非常にしなやかなタングステンワイヤーに変容する．このタングステンワイヤーを編むことにより，これまでにないタングステン生地を作製できないかを検討することにした．

タングステンという高放射線遮蔽材料を取り扱って当社には生地を編む施設がないため，ニット編みと呼ばれる柔軟性のある生地の製法に強い北陸地方の繊いる当社事業内容から、震災後の社会に何か貢献出来ないかとの思いが高まり，放射線遮蔽材の開発に着手

維加工メーカーと共同し，タングステンワイヤを生地することとなった．この利用紹介では，開発した素材，放射線遮蔽能の検討，応用製品を紹介する．

Development and verification of radio protective materials byusing Tungsten fiver
Taishi Tsuda∗ (Toho Kinzoku Co., LTD.), Shigefumi Imai(Nagoya University Co60 γ-ray irradiation facility), Jun Kumagai (Institute of Materials and Systems for Sustainability,
Nagoya University),〒572–0036 大阪府寝屋川市池田西町 26 番地 5 号
TEL: 072–830–2268, FAX: 072–830–2269,
E-mail: t.tsuda@tohokinzoku.co.jp

放 射 線 化 学 第 107 号 (2019)に仕立てることにした．
さまざまな線径で加工を繰り返した結果，φ50 μmのタングステンワイヤ 2 本を使って編むことにより，加工面・生産面で優れたタングステンの金属生地にすることが出来た. タングステン生地とその SEM 画像
を Fig. 1 に示した．Figure 1 left から見て取れるように金属でできているとは思えないほどしなやかな生地となっており，その生地は Fig. 1 right の SEM 画像より

2 本のタングステンワイヤで編み込まれていることがわかる．
一般的に使われている衣類用の綿やポリエステルの65津田 泰志, 今井 重文, 熊谷 純

厚手の生地の場合，数 mm の厚みで 200 g/m2 –300 g/m2

ラフを示す．縦軸はログプロットしてある。この結果の目付（平米あたりの重量）がある．作製したタングステン生地は，約 500 g/m2 とコートに用いる生地と同より，透過 γ 線の照射線量はタングステンメッシュの厚みに対して指数関数的に減少する結果が得られ，程度の目付で，厚さが 0.05 mm と既存の縫製具で縫製十分にコリメートされた条件で透過線量を測定できて可能な純タングステン生地となった．この生地にはタングステン以外の材料は使ってなく、金属・生地両方いると認められた．この結果より線減弱係数を求め，タングステンメッシュの密度（1.07 g/cm3）で割ったの性質を併せ持つ従来にない材料の開発にいたり，タングステンメッシュと命名した．

質量線減弱係数を求めると，その値は 0.068 cm2 /g となった．密度 19.3 g/cm3 の金属タングステンプレー

3遮蔽能測定3.1 コバルト 60 γ 線を用いた遮蔽能測定

2012 年より名古屋大学コバルト 60 γ 線照射室にて，開発したタングステンメッシュの遮蔽性能評価を行っている．共同研究開始当時，同照射室では Fricke 線量計で線量評価をしていたが，測定に時間がかかる割に対照群との差を明瞭に測ることができないため，応用技研社製の電離箱を購入した．
また，できるだけコリメートされた γ 線を用いてタングステンメッシュを透過した線量を測定するために鉛容器にスリットを設け，その奥に厚みを変えた（枚数を変えた）タングステンメッシュを装着できる専用鉛容器を設計した（Fig. 2 left，鉛の蓋は開放）．コリ
メートされたもの以外の反射 γ 線の影響をできるだけ避けるよう周りを鉛ブロックで覆っている． γ 線測定
プローブもコリメートされた部分以外は全て鉛に囲まれるように設計した専用鉛容器を用い（Fig. 2 right），メッシュを透過した γ 線の線量を測定した．
Figure 3 にタングステンメッシュの厚みに対して，透過 γ 線の照射線量（C/kg 単位）をプロットしたグ

トを用いた実験でも，その値は 0.066 cm2 /g と非常に近い値となった．タングステンメッシュは金属プレートと比較すると肉眼で十分認識できる網目の穴が空いているものの，その線減弱係数はバルク体の密度にのみ依存していることが証明された．コバルト60 からは 1.17 MeV，1.33 MeV の γ 線がでているが，NIST で公開している金属タングステンの質量減弱係数は，1.00 MeV と 1.25 MeV でそれぞれ 0.066 cm2 /g，0.056 cm2 /g であり 1) ，我々の測定値とほぼ同等の値である．
Figure 3 の結果より，コバルト 60 からの γ 線を用いたタングステンメッシュの枚数と遮蔽率との関係にプロットし直した図を Fig. 4 に示す．
コバルト 60 からの 1.17 MeV，1.33 MeV の γ 線に対しては，メッシュの重ね数が 60 枚まで増加しても!      

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Figure 2. Front view of lead containers fordose measurement through tungsten mesh fromthe front (left) and the side view (right).

66         
Figure 3. Plots of transmitted γ-ray dose vsdepth of tungsten mesh.

放 射 線 化 学

タングステン繊維を用いた放射線遮蔽材の開発

Table 1. Dose measurement with the radiation shielding vest at the field in Iitate village in Fukushima prefecture.

Dose / (μSv h−1 )Measurement point

Shielding ratio / %Control

With vest

Chest

1.7

1.1

Abdomen

1.5

1.1

27

Lower abdomen

1.6

0.9

44

Average

1.6

1.03535 

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

Figure 5. Radiation shielding vest by sewn tungsten mesh.

     
Figure 4. Plots of shielding ratio (%) vs sheets
number of the tungsten mesh.となった．
3.2 放射線遮蔽服の試作とフィールドでの遮蔽率測定

17.4 % と遮蔽能が低いように見えるが，セシウム 137からの 0.662 MeV の γ 線であれば 22 %，電磁波のエネルギーが 50 keV 位までに下がってくると，10 枚でもほぼ 100 % の遮蔽能となると予測され，さまざまなエネルギーでさまざまな線源の距離から被曝するような環境下では，トータルの遮蔽率はそれほど悪くないものになると予想される．
2011 年の震災以降，さまざまなメーカーがさまざまな防護服を開発して売り出したが，遮蔽能測定に用いている X 線や γ 線のエネルギーを明示せず，遮蔽率ばかりが宣伝文句でうたわれていた．そのため，利用者の使用環境における防護服の遮蔽性能比較が難しかったが，我々の示した結果を用いると各電磁波のエネルギーに応じた遮蔽率を求めることができるため，放射線に関して専門性の高い顧客から信用されること
第 107 号 (2019)

名大での遮蔽率試験結果を受けて，タングステンメッシュ生地を使った放射線遮蔽服を作製した．製法
は通常の服と同様で、作製したタングステンメッシュ生地を 12 枚積層させ，パーツに切り出し縫製加工して作製した（Fig. 5）．メッシュ加工しているとはいえ決して軽いものではないが，腰の部分で支えるなどの工夫をしたことにより，装着してみるとそれほど重さを感じない防護服に仕上がった．
除染作業や廃炉作業で予想される複合被曝環境におけるこの放射線防護服の評価を行うため，福島県飯舘村の避難困難区域付近（2014 年）にて，ポケット線量計を胸部・腹部・下腹部に装着して実際に防護服を着用し，被曝線量を計測した．その結果，その遮蔽率は平均で 35 % と比較的大きな値となった（Table 1）．セシウム 137 からの単色 γ 線に対するこの防護服の遮蔽67

津田 泰志, 今井 重文, 熊谷 純

4 タングステンメッシュを用いた応用製品

タングステンメッシュを複数枚積層させ圧着させると，伸縮性は無くなるが，タングステンの板の様でもありながらしなやかでかつ密度を持たせるシートができあがり，タングステンフレキシブルシートと命名した．Figure 6 にフレキシブルシートの SEM 画像を，

Figure 6. SEM image of the tungsten flexible sheet.

Fig. 7 にロール状にしたフレキシブルシートを示した．
Figure 1 left のタングステンメッシュの SEM 画像と比較すると，フレキシブルシートでは縫い合わせたメッシュのワイヤ同士が圧着して絡み合っている状態が見て取れる．フレキシブルシートは 100 回以上の折り曲げ試験を行っても折れることはなく，Fig. 7 に示すようにロール状にしても特に問題はない．フレキシブルシートはメッシュの積層枚数にもよるが，おおよそ 10 g/cm3–15 g/cm3 の密度があり，鉛遮蔽材の代替品として期待されている．
5今後の展開当社で開発した放射線遮蔽服は，すでに福島第一原
発での除染作業に使われているが、現在も改良・改善を重ねており，使用環境に応じた製品開発を進めていく予定である．X 線に対しても高い遮蔽性能を持つため，除染作業向けだけではなく，遮蔽服やシート材として医療向けの展開も期待しているところである．また，放射線遮蔽用だけでなく、タングステン 100 % のFigure 7. A roll of the tungsten flexible sheet.

率は 5 % 程度と見積もられるため，複合被曝環境であるフィールドテストでは単色の γ 線照射施設では得られない貴重なデータを得ることができた．

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素材であるので、本来の特性である高融点材料として，またヒーターやシート材としての使用も視野に入れて開発を進めているところである．
〈参 考 文 献〉

1) https://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/
tab3.html

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