JPH04175698A - 耐熱放射線遮蔽材 - Google Patents
耐熱放射線遮蔽材Info
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- JPH04175698A JPH04175698A JP30318590A JP30318590A JPH04175698A JP H04175698 A JPH04175698 A JP H04175698A JP 30318590 A JP30318590 A JP 30318590A JP 30318590 A JP30318590 A JP 30318590A JP H04175698 A JPH04175698 A JP H04175698A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F1/00—Shielding characterised by the composition of the materials
- G21F1/02—Selection of uniform shielding materials
- G21F1/08—Metals; Alloys; Cermets, i.e. sintered mixtures of ceramics and metals
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、中性子減速能力に優れる黒鉛、中性子吸収能
力に優れる酸化カドリニウム、γ線遮蔽能力に優れるタ
ングステンを、鉄をバインダー材に用いて構造体とした
耐熱放射線遮蔽材に関するものであり、放射線遮蔽か必
要となる広範な分野にその適用か可能である。 特に、原子炉については、原子炉容器内炉心周り中性子
遮蔽体等に適している。また、核燃料及び核原料物質使
用施設の中性子遮蔽体、使用済核燃料輸送容器用遮蔽材
、ホットラボ内遮蔽材、放射線発生装置（加速器、医療
機関等でＸ線あるいはγ線源を取扱う施設等）の遮蔽材
に好ましく利用できる。
力に優れる酸化カドリニウム、γ線遮蔽能力に優れるタ
ングステンを、鉄をバインダー材に用いて構造体とした
耐熱放射線遮蔽材に関するものであり、放射線遮蔽か必
要となる広範な分野にその適用か可能である。 特に、原子炉については、原子炉容器内炉心周り中性子
遮蔽体等に適している。また、核燃料及び核原料物質使
用施設の中性子遮蔽体、使用済核燃料輸送容器用遮蔽材
、ホットラボ内遮蔽材、放射線発生装置（加速器、医療
機関等でＸ線あるいはγ線源を取扱う施設等）の遮蔽材
に好ましく利用できる。
中性子減速材としては、Ｈ，Ｂ、Ｃ等の低原子番号の元
素を含有する材料が優れており、従来から一般に使用さ
れてきた。高速炉では、従来のステンレス鋼に代わる中
性子遮蔽材料として、炭化はう素、黒鉛といった炭素系
の材料を用いることが検討されている。ステンレス鋼は
、構造体としての強度および安定性に優れるものの、中
性子遮蔽能力か低く、過大な重量と体積か必要とされる
。また、Ｂ４Ｃは、中性子減速能および吸収能に優れ、
制御棒材料として使用されている他、中性子遮蔽体とし
ても採用されているか、中性子の吸収に伴い発生するＨ
ｅカスにより生しるスエリングによる劣化か問題となる
。黒鉛は、熱的安定性に優れ、照射下での安定性にも優
れるが、脆く十分な機械的強度を有する構造体として成
形することは困難である。 酸化ガドリニウム（Ｇｄ２０３）は、中性子吸収能力に
優れ、軽水炉燃料では可燃前として使用されている。し
かし、酸化ガドリニウムは、硬くて脆く成形・加工性に
劣るため、従来は、有機材料中に分散させることにより
遮蔽体として使用されてきた。 γ線に対する遮蔽性能に優れる材料としては、ｐｂがよ
く知られており、使用実績も豊富である。しかし、ｐｂ
は融点が低く、３００℃を超える高温での使用は不可能
である。一方、Ｗ５Ｍｏ等の高融点かつ高密度の金属も
γ線遮蔽材としての実績かあるか、一般に硬く、延性に
欠けるため、任意の形状に成形・加工することは困難で
ある。
素を含有する材料が優れており、従来から一般に使用さ
れてきた。高速炉では、従来のステンレス鋼に代わる中
性子遮蔽材料として、炭化はう素、黒鉛といった炭素系
の材料を用いることが検討されている。ステンレス鋼は
、構造体としての強度および安定性に優れるものの、中
性子遮蔽能力か低く、過大な重量と体積か必要とされる
。また、Ｂ４Ｃは、中性子減速能および吸収能に優れ、
制御棒材料として使用されている他、中性子遮蔽体とし
ても採用されているか、中性子の吸収に伴い発生するＨ
ｅカスにより生しるスエリングによる劣化か問題となる
。黒鉛は、熱的安定性に優れ、照射下での安定性にも優
れるが、脆く十分な機械的強度を有する構造体として成
形することは困難である。 酸化ガドリニウム（Ｇｄ２０３）は、中性子吸収能力に
優れ、軽水炉燃料では可燃前として使用されている。し
かし、酸化ガドリニウムは、硬くて脆く成形・加工性に
劣るため、従来は、有機材料中に分散させることにより
遮蔽体として使用されてきた。 γ線に対する遮蔽性能に優れる材料としては、ｐｂがよ
く知られており、使用実績も豊富である。しかし、ｐｂ
は融点が低く、３００℃を超える高温での使用は不可能
である。一方、Ｗ５Ｍｏ等の高融点かつ高密度の金属も
γ線遮蔽材としての実績かあるか、一般に硬く、延性に
欠けるため、任意の形状に成形・加工することは困難で
ある。
従来、γ線、中性子線等の各種放射線か入り混った環境
の遮蔽には、上記の各種材料の単体を積層あるいは単純
に混在したものを用いるのが一般的であり、効率的な組
合せによる耐熱性、成形性、加工性、さらには構造体部
材としての適用性、コスト等について課題がある。例え
ば、積層材は組合せによっては使用温度に制限か生じる
ことや、成形・加工性が劣るため、任意の形状の構造体
に成形するには、必要以上に体積や重量が大きくなると
いった短所がある。特に、耐熱性が要求される分野への
適用については、各組合せ材の特性（熱膨張率、化学的
相互作用等）の違いを考慮する必要があり、最適組合せ
を得ることは難しい。 そこで本発明は、中性子減速材、中性子吸収材、γ線遮
蔽材といった各種遮蔽材の微粉末の混合割合を任意に設
定することができ、しかも各遮蔽材の特性の違いや加工
、成形性等の問題を解消して、中性子線やγ線等の各種
放射線が入り混じった環境での効果的な遮蔽を行うこと
かできる放射線遮蔽材を提供することを目的としてなさ
れたものである。
の遮蔽には、上記の各種材料の単体を積層あるいは単純
に混在したものを用いるのが一般的であり、効率的な組
合せによる耐熱性、成形性、加工性、さらには構造体部
材としての適用性、コスト等について課題がある。例え
ば、積層材は組合せによっては使用温度に制限か生じる
ことや、成形・加工性が劣るため、任意の形状の構造体
に成形するには、必要以上に体積や重量が大きくなると
いった短所がある。特に、耐熱性が要求される分野への
適用については、各組合せ材の特性（熱膨張率、化学的
相互作用等）の違いを考慮する必要があり、最適組合せ
を得ることは難しい。 そこで本発明は、中性子減速材、中性子吸収材、γ線遮
蔽材といった各種遮蔽材の微粉末の混合割合を任意に設
定することができ、しかも各遮蔽材の特性の違いや加工
、成形性等の問題を解消して、中性子線やγ線等の各種
放射線が入り混じった環境での効果的な遮蔽を行うこと
かできる放射線遮蔽材を提供することを目的としてなさ
れたものである。
すなわち本発明による耐熱放射線遮蔽材は、黒鉛からな
る中性子減速材と、酸化ガドリニウムからなる中性子吸
収材と、タングステンおよび／または酸化タングステン
からなるγ線遮蔽材との混合物からなる原料粉末を鉄粉
末と均一に混合して鉄の融点を越える温度において加圧
成形し、溶融状態の鉄をバインダー材として成形・加工
した放射線遮蔽材であって、原料粉末と鉄粉末との混合
割合を体積率で原料粉末９０％以下、鉄粉末１０％以上
とすることを特徴とするものである。 以下に本発明の遮蔽材の成形体構造、化学組成及び成形
プロセスについて詳述する。 １）、成形体構造 添付図面に模式的に示すような構造を有する。 すなわち、遮蔽を必要とする環境での放射線（中性子、
γ線）の割合に応じて、中性子減速材１、中性子吸収材
２及びγ線遮蔽材３の微粒子粉末（寸法１〜２００μｍ
）の混合割合を決めて混合した原料粉末とバインダー材
となる鉄粉末４を混合し、これを鉄の融点を超える温度
に加熱したのち冷却することによって、鉄により原料微
粉末が結合した状態の成形体としたものである。また、
中性子減速材の黒鉛およびγ線遮蔽材のタングステンの
粉末表面には、酸化を防止するための被覆５を必要に応
して付加する。 鉄バインダーにより機械的強度、熱的安定性を与えると
ともに、任意の形状に成形することを可能にする。 ２）、化学組成 ・中性子吸収材二 Ｃ（黒鉛） ・中性子吸収能力 Ｇｄ２Ｏ３ ・γ線遮蔽材： Ｗ及び／又はＷＯ３ ・バインダー材：Ｆｅ 中性子減速材として含有する黒鉛は、中性子遮蔽能力に
優れるが、大気中での使用にあたっては、酸化による減
量が問題となる。そこで、原料となる黒鉛表面に耐酸化
性に優れるセラミックス等の被覆処理を施すことにより
、酸化性雰囲気中においても使用か可能となる。 中性子吸収材としては、酸化ガドリニウムを使用する。 γ線遮蔽材としては、高原子番号でかつ高密度の金属で
あるタングステン、酸化タングステンあるいはこれらの
混合物を使用する。タングステンを大気中で使用するに
あたっては、酸化による劣化か問題となる。そこで、原
料となるタングステン表面に耐酸化性に優れるセラミッ
クス等の被覆処理を施すことにより、酸化性雰囲気中に
おいても使用が可能となる。 バインダー材としては、鉄を使用する。 バインダー材に対する各種遮蔽材の混合量は、多ければ
多いほど、その遮蔽性能は大となるが、遮蔽材としての
適性は、バインターである鉄粉末１０体積％に対して、
各種遮蔽材混合物か９０体積％を超えると、遮蔽材の作
製か困難となる。さらに、遮蔽材の強度を上げるために
、必要に応じてガラス繊維、炭素繊維、金属ウィスカー
等の補強材を添加してもよい。 ３）、成形プロセス 鉄粉末に各種放射線遮蔽材混合微粉末を添加し、ポット
ミル等により十分均一に混合する。 この混合物を静水圧プレス成形または型枠に充填し、次
いで鉄粉末の融点を超える温度に加熱したのち冷却する
。あるいは、鉄の融点を超える温度において高温静水圧
プレス成形もしくは高温プレス成形したのち冷却するこ
とにより、バインダーである鉄により各種遮蔽材粒子か
くるまれた状態の遮蔽材を得る。
る中性子減速材と、酸化ガドリニウムからなる中性子吸
収材と、タングステンおよび／または酸化タングステン
からなるγ線遮蔽材との混合物からなる原料粉末を鉄粉
末と均一に混合して鉄の融点を越える温度において加圧
成形し、溶融状態の鉄をバインダー材として成形・加工
した放射線遮蔽材であって、原料粉末と鉄粉末との混合
割合を体積率で原料粉末９０％以下、鉄粉末１０％以上
とすることを特徴とするものである。 以下に本発明の遮蔽材の成形体構造、化学組成及び成形
プロセスについて詳述する。 １）、成形体構造 添付図面に模式的に示すような構造を有する。 すなわち、遮蔽を必要とする環境での放射線（中性子、
γ線）の割合に応じて、中性子減速材１、中性子吸収材
２及びγ線遮蔽材３の微粒子粉末（寸法１〜２００μｍ
）の混合割合を決めて混合した原料粉末とバインダー材
となる鉄粉末４を混合し、これを鉄の融点を超える温度
に加熱したのち冷却することによって、鉄により原料微
粉末が結合した状態の成形体としたものである。また、
中性子減速材の黒鉛およびγ線遮蔽材のタングステンの
粉末表面には、酸化を防止するための被覆５を必要に応
して付加する。 鉄バインダーにより機械的強度、熱的安定性を与えると
ともに、任意の形状に成形することを可能にする。 ２）、化学組成 ・中性子吸収材二 Ｃ（黒鉛） ・中性子吸収能力 Ｇｄ２Ｏ３ ・γ線遮蔽材： Ｗ及び／又はＷＯ３ ・バインダー材：Ｆｅ 中性子減速材として含有する黒鉛は、中性子遮蔽能力に
優れるが、大気中での使用にあたっては、酸化による減
量が問題となる。そこで、原料となる黒鉛表面に耐酸化
性に優れるセラミックス等の被覆処理を施すことにより
、酸化性雰囲気中においても使用か可能となる。 中性子吸収材としては、酸化ガドリニウムを使用する。 γ線遮蔽材としては、高原子番号でかつ高密度の金属で
あるタングステン、酸化タングステンあるいはこれらの
混合物を使用する。タングステンを大気中で使用するに
あたっては、酸化による劣化か問題となる。そこで、原
料となるタングステン表面に耐酸化性に優れるセラミッ
クス等の被覆処理を施すことにより、酸化性雰囲気中に
おいても使用が可能となる。 バインダー材としては、鉄を使用する。 バインダー材に対する各種遮蔽材の混合量は、多ければ
多いほど、その遮蔽性能は大となるが、遮蔽材としての
適性は、バインターである鉄粉末１０体積％に対して、
各種遮蔽材混合物か９０体積％を超えると、遮蔽材の作
製か困難となる。さらに、遮蔽材の強度を上げるために
、必要に応じてガラス繊維、炭素繊維、金属ウィスカー
等の補強材を添加してもよい。 ３）、成形プロセス 鉄粉末に各種放射線遮蔽材混合微粉末を添加し、ポット
ミル等により十分均一に混合する。 この混合物を静水圧プレス成形または型枠に充填し、次
いで鉄粉末の融点を超える温度に加熱したのち冷却する
。あるいは、鉄の融点を超える温度において高温静水圧
プレス成形もしくは高温プレス成形したのち冷却するこ
とにより、バインダーである鉄により各種遮蔽材粒子か
くるまれた状態の遮蔽材を得る。
ｌ）、製造例
表１の配合表の試料Ｎ０７１．２．３．４を得るために
は、原料を乾式で均一に混合して均一に分散させ、２Ｈ
ｋｇ／ｃＩ！１２の圧力でプレス成形した後、１６００
℃で１時間加熱し、次いて冷却することによって各試料
を作製した。これらの試料の物性値を測定した結果を表
２に示す。 表１ 配合表（体積％） 表２物性値 ２）遮蔽性能評価例 中性子線遮蔽評価例を表３に示す。 表３ 中性子線遮蔽評価例 減衰に必要な遮蔽厚さの比較 ５ＵＳ３１６ １． １Ｂ４Ｃ（
天然） ０．４５ ０．５５試料Ｎｏ
、 １ ０．５５ ０．８２試料Ｎ
ｏ、２ ０．５５ ０゜６３試料Ｎｏ
、 ３ ０．５５ ０．６４試料Ｎ
ｏ、４ ０，５５ ０．６５中性子源
；核***スペクトル 表３の遮蔽性能評価例は、核***スペクトルの中性子源
を遮蔽材に接して配置し、線量等量率が、１０００分の
１（１０−３）、及び１００万分の１（１０−６）まで
減衰するのに必要な遮蔽材の厚さについて、５ＵＳ３１
Ｂで必要な厚さを１として示したものである。 表４ γ線遮蔽評価例 減衰に必要な遮蔽厚さの比較 Ｐｂ １ １ＳＵＳ
３１Ｂ Ｌ、７ １．７試料Ｎｏ、
１ ２．６ ２．５試料Ｎｏ、
２ ２．４ ２．３試料Ｎｏ、
３ ２．２ ２．１試料Ｎｏ、 ４
２．０ １．９γ線、６ｏＣＯ 表４の遮蔽性能評価例は、６０ＣＯのγ線源を遮蔽材に
接して配置し、線量当量率が、１００万分の１ （１０
）、１０億分の１（１０）まで減衰するのに必要な遮蔽
材の厚さについて、ｐｂで必要な厚さを１として示した
ものである。
は、原料を乾式で均一に混合して均一に分散させ、２Ｈ
ｋｇ／ｃＩ！１２の圧力でプレス成形した後、１６００
℃で１時間加熱し、次いて冷却することによって各試料
を作製した。これらの試料の物性値を測定した結果を表
２に示す。 表１ 配合表（体積％） 表２物性値 ２）遮蔽性能評価例 中性子線遮蔽評価例を表３に示す。 表３ 中性子線遮蔽評価例 減衰に必要な遮蔽厚さの比較 ５ＵＳ３１６ １． １Ｂ４Ｃ（
天然） ０．４５ ０．５５試料Ｎｏ
、 １ ０．５５ ０．８２試料Ｎ
ｏ、２ ０．５５ ０゜６３試料Ｎｏ
、 ３ ０．５５ ０．６４試料Ｎ
ｏ、４ ０，５５ ０．６５中性子源
；核***スペクトル 表３の遮蔽性能評価例は、核***スペクトルの中性子源
を遮蔽材に接して配置し、線量等量率が、１０００分の
１（１０−３）、及び１００万分の１（１０−６）まで
減衰するのに必要な遮蔽材の厚さについて、５ＵＳ３１
Ｂで必要な厚さを１として示したものである。 表４ γ線遮蔽評価例 減衰に必要な遮蔽厚さの比較 Ｐｂ １ １ＳＵＳ
３１Ｂ Ｌ、７ １．７試料Ｎｏ、
１ ２．６ ２．５試料Ｎｏ、
２ ２．４ ２．３試料Ｎｏ、
３ ２．２ ２．１試料Ｎｏ、 ４
２．０ １．９γ線、６ｏＣＯ 表４の遮蔽性能評価例は、６０ＣＯのγ線源を遮蔽材に
接して配置し、線量当量率が、１００万分の１ （１０
）、１０億分の１（１０）まで減衰するのに必要な遮蔽
材の厚さについて、ｐｂで必要な厚さを１として示した
ものである。
ｌ）、成分、配合率を変えることで遮蔽性能の設計がで
きる。 中性子減速材、中性子吸収材、γ線遮蔽材、バインダー
材の混合割合を幅広く選択して成形・加工できるので、
遮蔽条件に適した性能の遮蔽材を設計できる。 例えば、中性子照射とγ線照射か同程度となる場所での
使用にあたっては、中性子減速材とγ線遮蔽材の比率を
半々にすること等、用途に応じた設計ができる。 ２） コンパクト化。 中性子減速材と中性子吸収材を一体として成形できるの
で、中性子の減速効果と吸収効果か同時に期待できる。 特に、中性子減速材の添加により、中性子吸収材の効果
が増すため、中性子吸収材の量を低減できる。さらに、
中性子遮蔽に伴い発生する２次γ線に対してもγ線遮蔽
材を添加することで効果がある。 ３）、任意の形状に成形できる。 中性子減速材、中性子吸収材、γ線遮蔽材微粉末をバイ
ンダーにより効率的にくるんでいるので、成形性や成形
後の加工が極めて容易である。さらに、使用上さしつか
えない機械的強度を与えることが可能である。 ４）耐熱性に優れる。 耐熱性に優れる原材料を選択し、鉄を／くインダーとし
て成形しているので、約８００℃までの高温での使用が
可能である。
きる。 中性子減速材、中性子吸収材、γ線遮蔽材、バインダー
材の混合割合を幅広く選択して成形・加工できるので、
遮蔽条件に適した性能の遮蔽材を設計できる。 例えば、中性子照射とγ線照射か同程度となる場所での
使用にあたっては、中性子減速材とγ線遮蔽材の比率を
半々にすること等、用途に応じた設計ができる。 ２） コンパクト化。 中性子減速材と中性子吸収材を一体として成形できるの
で、中性子の減速効果と吸収効果か同時に期待できる。 特に、中性子減速材の添加により、中性子吸収材の効果
が増すため、中性子吸収材の量を低減できる。さらに、
中性子遮蔽に伴い発生する２次γ線に対してもγ線遮蔽
材を添加することで効果がある。 ３）、任意の形状に成形できる。 中性子減速材、中性子吸収材、γ線遮蔽材微粉末をバイ
ンダーにより効率的にくるんでいるので、成形性や成形
後の加工が極めて容易である。さらに、使用上さしつか
えない機械的強度を与えることが可能である。 ４）耐熱性に優れる。 耐熱性に優れる原材料を選択し、鉄を／くインダーとし
て成形しているので、約８００℃までの高温での使用が
可能である。
添付図面は、本発明の遮蔽材の成形体構造概念図である
。 １・・・中性子減速材、 ２・・・中性子吸収材、 ３・−・γ線遮蔽材、 ４・・・バインダー材、 ５・・・酸化防止被覆。 特許出願人 動力炉・核燃料開発事業団間 株式
会社 ア ス り
。 １・・・中性子減速材、 ２・・・中性子吸収材、 ３・−・γ線遮蔽材、 ４・・・バインダー材、 ５・・・酸化防止被覆。 特許出願人 動力炉・核燃料開発事業団間 株式
会社 ア ス り
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、黒鉛からなる中性子減速材と、酸化ガドリニウムか
らなる中性子吸収材と、タングステンおよび／または酸
化タングステンからなるγ線遮蔽材との混合物からなる
原料粉末を鉄粉末と均一に混合して鉄の融点を越える温
度において加圧成形し、溶融状態の鉄をバインダー材と
して成形・加工した放射線遮蔽材であって、原料粉末と
鉄粉末との混合割合を体積率で原料粉末９０％以下、鉄
粉末１０％以上とすることを特徴とする耐熱放射線遮蔽
材。 ２、前記黒鉛およびタングステンの原料粉末表面には酸
化防止被膜が施されていることを特徴とする請求項１記
載の耐熱放射線遮蔽材。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30318590A JPH0827388B2 (ja) | 1990-11-08 | 1990-11-08 | 耐熱放射線遮蔽材 |
| FR9113186A FR2669142B1 (fr) | 1990-11-08 | 1991-10-25 | Materiau de protection radiologique resistant a la chaleur. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30318590A JPH0827388B2 (ja) | 1990-11-08 | 1990-11-08 | 耐熱放射線遮蔽材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04175698A true JPH04175698A (ja) | 1992-06-23 |
| JPH0827388B2 JPH0827388B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=17917906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30318590A Expired - Fee Related JPH0827388B2 (ja) | 1990-11-08 | 1990-11-08 | 耐熱放射線遮蔽材 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0827388B2 (ja) |
| FR (1) | FR2669142B1 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000171587A (ja) * | 1998-12-04 | 2000-06-23 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 放射線遮蔽体 |
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-
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- 1990-11-08 JP JP30318590A patent/JPH0827388B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-10-25 FR FR9113186A patent/FR2669142B1/fr not_active Expired - Fee Related
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| JPH0827388B2 (ja) | 1996-03-21 |
| FR2669142A1 (fr) | 1992-05-15 |
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