特開 2024-127634 放射線遮蔽体および放射線遮蔽体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024127634

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】放射線遮蔽体および放射線遮蔽体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G21F 1/04 20060101AFI20240912BHJP

   G21F 1/08 20060101ALI20240912BHJP

   G21F 3/00 20060101ALI20240912BHJP

【ＦＩ】

G21F1/04

G21F1/08

G21F3/00 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023036933

(22)【出願日】2023-03-09

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中山 幸一

(72)【発明者】

【氏名】日塔 光一

(57)【要約】

【課題】数種の放射線を効率よく遮蔽する放射線遮蔽体および放射線遮蔽体の製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、入射する放射線を減衰させる放射線遮蔽体の製造方法は、複数の種類の骨材構成物質のそれぞれを個別に粉砕するステップＳ０２と、複数の種類の骨材構成物質のそれぞれについて分級により複数の粒度範囲骨材構成物質を生成するステップＳ２０と、複数の種類の骨材構成物質のそれぞれについて複数の粒度範囲の中から細骨材を構成する少なくとも一つの選別粒度範囲骨材構成物質を選別するステップＳ０３と、複数の種類の選別粒度範囲骨材構成物質どうしを混合して細骨材を生成するステップＳ０４と、細骨材ならびに水およびセメントを混成して混成物を生成するステップＳ０５と、混成物を固化してモルタル状の放射線遮蔽体を生成するステップＳ０６を有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射する放射線を減衰させる放射線遮蔽体の製造方法であって、
複数の種類の骨材構成物質のそれぞれを個別に粉砕するステップと、
複数の種類の前記骨材構成物質のそれぞれについて、分級により複数の粒度範囲骨材構成物質を生成するステップと、
複数の種類の前記骨材構成物質のそれぞれについて、複数の前記粒度範囲骨材構成物質の中から細骨材を構成する少なくとも一つの選別粒度範囲骨材構成物質を選別するステップと、
複数の種類の前記骨材構成物質のそれぞれの前記選別粒度範囲骨材構成物質どうしを混合して前記細骨材を生成するステップと、
前記細骨材ならびに水およびセメントを混成した混成物を生成するステップと、
前記混成物を固化してモルタル状の放射線遮蔽体を生成するステップと、
を有することを特徴とする放射性遮蔽体の製造方法。

【請求項2】

複数の種類の前記骨材構成物質は、タングステンまたはその化合物、ガドリニウム化合物を有することを特徴とする請求項１に記載の放射性遮蔽体の製造方法。

【請求項3】

前記タングステンまたはその化合物および前記ガドリニウム化合物の合計の重量に対する前記タングステンまたはその化合物の重量は、８５％以上かつ１００％以下であることを特徴とする請求項２に記載の放射性遮蔽体の製造方法。

【請求項4】

複数の種類の前記骨材構成物質は、マンガン化合物、鉄化合物、モリブデン化合物、鉄化合物、銅化合物、ビスマス、および鉛の少なくとも一つをさらに有することを特徴とする請求項２に記載の放射性遮蔽体の製造方法。

【請求項5】

前記細骨材は、３つ以上の前記選別粒度範囲骨材構成物質を有することを特徴とする請求項１に記載の放射性遮蔽体の製造方法。

【請求項6】

前記骨材構成物質における前記選別粒度範囲骨材構成物質は、相対的に密度の大きな前記選別粒度範囲骨材構成物質のサイズを、相対的に密度の小さな前記選別粒度範囲骨材構成物質のサイズより小さくすることを特徴とする請求項１に記載の放射性遮蔽体の製造方法。

【請求項7】

前記混成物は、前記細骨材ならびに前記水および前記セメントの全体積に対する前記細骨材の体積が、３０％以上かつ５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の放射性遮蔽体の製造方法。

【請求項8】

前記混成物は、前記セメントの重量に対する前記水の重量が、３０％以上かつ６０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の放射性遮蔽体の製造方法。

【請求項9】

入射する放射線を減衰させる放射線遮蔽体であって、
複数の種類の骨材構成物質を含む細骨材と、
セメント固化体と、
を有する放射線遮蔽体であって、
複数の種類の骨材構成物質のそれぞれは、少なくとも一つの粒度範囲骨材構成物質を有する、
ことを特徴とする放射線遮蔽体。

【請求項10】

複数の種類の骨材構成物質を含む細骨材と、
前記細骨材を収納する収納袋と、
を有する入射する放射線を減衰させる放射線遮蔽体であって、
複数の種類の前記骨材構成物質のそれぞれは少なくとも一つの粒度範囲骨材構成物質を有し、
前記収納袋は、前記少なくとも一つの分級クラスの最小のクラスよりも小さく形成された目開きを有する、
ことを特徴とする放射線遮蔽体。

【請求項11】

前記収納袋は、木綿、リネン、合成樹脂網、金網のうち少なくとも１つを材料とする、
また、少なくとも２種類以上の大きさの袋を組み合わせて用いる、
ことを特徴とする請求項１０に記載の放射線遮蔽体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、放射線遮蔽体および放射線遮蔽体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

放射線遮蔽体に使われる材料は、放射線が放射線遮蔽体の材料に当たったときには当該放射線を散乱または吸収して放射線量の透過を減衰させる物質からなる。

【0003】

ここで、放射線とは、α線、β線、γ線、Ｘ線、中性子線等の総称を指す。その中でも中性子線は物質と反応してα線、β線、γ線、Ｘ線を直接または二次的に放出する。従って、中性子線の遮蔽では中性子のみの遮蔽だけではなくα線、β線、γ線、Ｘ線の遮蔽も考える必要がある。

【0004】

これら放射線と物質との相互作用は、放射線の種類やエネルギーの大きさによっても異なる。中でもγ線、Ｘ線、中性子線は物質を透過する性質が高いため、これらを遮蔽する物質についての研究開発がなされている。

【0005】

なお、Ｘ線、γ線はその発生の仕方で呼び名が異なるが、以降Ｘ線とγ線をまとめてγ線と表記することとする。γ線と物質との反応は、原子番号Ｚの大きさに依存し、同じエネルギーのγ線であれば、遮蔽する物質の原子番号Ｚや密度が大きいほど反応割合が大きくなり遮蔽能力は高くなる。従って軽元素のカーボン（Ｃ）やアルミニウム（Ａｌ）よりもタングステン（Ｗ）やビスマス（Ｂｉ）、鉛（Ｐｂ）がγ線の遮蔽材として使用されている。

【0006】

一方、中性子線は、原子番号Ｚには特に関係せず、特定の元素同位体での反応割合が異なる。例えば、γ線との反応割合が悪い例としては、水素やリチウム（Ｌｉ）、ホウ素（Ｂ）などがあり、リチウムの場合は、^６Ｌｉ同位体（天然存在比７．６％）、ホウ素の場合は^１０Ｂ同位体（天然存在比２０％）が反応するが、^７Ｌｉ同位体（天然存在比９２．４％）や^１１Ｂ同位体（天然存在比８０％）は中性子とほとんど反応しない。

【0007】

中性子用の遮蔽材料としては、リチウムやホウ素の化合物が主に利用されている。γ線の場合は原子番号Ｚの大きさに依存しているが、同位体の存在割合には特に依存していない。従って中性子との反応割合を大きくするためには、反応する同位体の割合を濃縮して使用する場合がある。たとえば、天然のホウ素から同位体^１０Ｂ を９０％以上に濃縮して使用する。

【0008】

γ線の場合も中性子の場合も一般的には、中性子の同位体で特有の共鳴吸収を行う場合を除いて、放射線のエネルギーが高くなると反応割合が小さくなり、遮蔽能力も小さくなる。そのため、高いエネルギーの放射線を遮蔽するためには、放射線が通る遮蔽体の厚さを厚くする必要がある。

【0009】

実用化されている遮蔽体には、セメント・コンクリート（モルタルもコンクリートに含まれる）の他にも、樹脂やゴムの中に放射線との反応材料を入れて遮蔽体を構成している場合がある。遮蔽用材料としてコンクリートが有利なことは、構造的強度、遮蔽能、加工性と適応性がすぐれているためであり、他面、欠点としては、さらに密実な材料と較べ遮蔽厚が大になることである。この欠点を補うため、各種重量コンクリート、特殊セメントの研究が行われている。

【0010】

コンクリートはセメント、水、粗骨材、細骨材、混和材料から構成される。体積で占める割合で最も多いのが粗骨材、次に細骨材で、セメント、水、混和材料がこれらの隙間に入る。一般的に用いられる粗骨材や細骨材は砂利や砂となっているが、採取される場所により化学的な成分が異なり、アルミニウムやカルシウムなどの酸化物や珪酸塩、炭酸塩等の岩石鉱物である。砂にも、川砂と海砂があり、塩分が異なるが基本的には岩石の風化によって粒子が小さくなったものである。

【0011】

放射線遮蔽用には重量コンクリートが用いられる。上記したように、原子番号Ｚが大きく密度が高い方がγ線を遮蔽する効果が高いため、粗骨材や細骨材に鉄の組成が高く密度が３～４ｇ／ｃｍ^３の褐鉄鋼（２Ｆｅ_２Ｏ_３・３Ｈ_２Ｏ）や、密度が４．６～５．１ｇ／ｃｍ^３の磁鉄鉱（Ｆｅ_３Ｏ_４）、密度が４．２～４．４ｇ／ｃｍ^３の重晶石（ＢａＳＯ_４）、更に密度の高い７．５ｇ／ｃｍ^３の方鉛鉱（ＰｂＳ）が用いられ、密度が７．６～７．８ｇ／ｃｍ^３の鉄塊、鉄片、鋼球なども用いられている。

【0012】

しかしながら、これらの骨材は、γ線に対する遮蔽効果は一般の軽量骨材と比べて高いものの、熱中性子に対しての遮蔽効果は低い。熱中性子吸収用の骨材としては、密度が２．４２ｇ／ｃｍ^３のコルマナイト（別名：コレマナイト）（Ｂ_２Ｏ_３）や、密度が２．９ｇ／ｃｍ^３のタンブリ石（Ｂ_２Ｏ_３）、密度が２．２５ｇ／ｃｍ^３のホウケイ酸ガラスまたは硬質ガラス（Ｂ_２Ｏ_３）、密度が２．５ｇ／ｃｍ^３の炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）がある。逆にこれらは軽量骨材となり、これだけだとγ線の遮蔽効率が悪くなるため、重量骨材と混ぜて製作する。その結果、全体の体積中に存在する中性子と反応する同位体の割合は更に低くなり、遮蔽の厚さを厚くしなければならない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特許第７０９７３９２号公報

【特許文献2】特許第７２０４１３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

放射線遮蔽体にはα線、β線、γ線、Ｘ線の遮蔽だけでなく中性子線に対しても遮蔽できることが求められる。また、通常のコンクリート構造物の劣化（アルカリ骨材反応）に加え、放射線が照射されるため、放射線劣化について健全性を考慮しなければならない。

【0015】

高線量の放射線が遮蔽体に照射されると、その放射線のエネルギーが吸収されて発熱が起こる。それに伴い、遮蔽体がコンクリートの場合、骨材やセメントペーストで膨張・収縮が繰り返され、脆化したり割れが発生したりする。また、放射線分解が起こり、特に水や水素を含む遮蔽体が樹脂の場合では化学結合が破壊され水素ガスが発生し、遊離して脆化が起こる。放射線により電離作用が起こると分子レベルで別の物質と化学反応を起こし劣化につながる。

【0016】

特に中性子の場合には、別の核種に変わってしまう場合がある。例えば、中性子吸収材としてよく用いられるホウ素は同位体の^１０Ｂが中性子と反応するとα線を放出してリチウムの同位体^７Ｌｉになり^７Ｌｉから４７８ｋｅＶの即発γ線が放出される。さらに、中性子の場合は、原子炉を中性子源とした熱中性子（０．０２５ｅＶ付近）を中心とした遮蔽から、加速器中性子源やＲＩ中性子源、宇宙環境における太陽からの高エネルギー中性子の領域を対象とする遮蔽まで、エネルギーの扱うレベルが異なる。

【0017】

エネルギーが高くなると反応の仕方も異なるため、リチウムやホウ素でも遮蔽が難しくなり、中性子の減速材を混ぜてエネルギーを下げてから遮蔽するなど工夫が必要となる。γ線の遮蔽には重量骨材を中心とした放射線遮蔽用コンクリートでよいが、中性子も遮蔽するためには従来からのリチウムやホウ素を含む軽量骨材をさらに導入する必要がある。

【0018】

本発明が解決しようとする課題は、複数種の放射線を効率よく遮蔽する放射線遮蔽体および放射線遮蔽体の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0019】

上述の目的を達成するため、本実施形態に係る放射線遮蔽体の製造方法は、入射する放射線を減衰させる放射線遮蔽体の製造方法であって、複数の種類の骨材構成物質のそれぞれを個別に粉砕するステップと、前記複数の種類の前記骨材構成物質のそれぞれについて、分級により複数の分級クラスに対応する複数の分級物質を生成するステップと、前記複数の種類の前記骨材構成物質のそれぞれについて、複数の前記分級物質の中から細骨材を構成する少なくとも一つの分級クラスの選別分級物質を選別するステップと、前記複数の種類の前記骨材構成物質のそれぞれの前記選別分級物質どうしを混合して細骨材を生成するステップと、前記骨材ならびに水およびセメントを混成した混成物を生成するステップと、前記混成物を固化してモルタル状の放射線遮蔽体を生成するステップと、を有することを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施形態に係る放射線遮蔽体の構成を模式的に示す断面図である。

【図2】実施形態に係る放射線遮蔽体の製造方法において用いる骨材構成物質の分級の詳細な手順を説明するフロー図である。

【図3】実施形態に係る放射線遮蔽体の製造方法の手順を示すフロー図である。

【図4】実施形態に係る放射線遮蔽体の製造方法の手順における複数の骨材構成物質の決定ステップの詳細な手順を示すフロー図である。

【図5】実施形態に係る放射線遮蔽体の製造方法の手順における複数の骨材構成物質の分級および選別のステップを示す説明図である。

【図6】実施形態に係る放射線遮蔽体の製造方法の手順における混成のステップを示す説明図である。

【図7】実施形態に係る放射線遮蔽体の製造方法により製造された放射線遮蔽体のサンプルＡの成分構成を示すグラフである。

【図8】実施形態に係る放射線遮蔽体の製造方法により製造された放射線遮蔽体のサンプルＢの成分構成を示すグラフである。

【図9】実施形態に係る放射線遮蔽体の製造方法により製造された放射線遮蔽体のサンプルＣ１の成分構成を示すグラフである。

【図10】実施形態に係る放射線遮蔽体の製造方法により製造された放射線遮蔽体のサンプルＣ２の成分構成を示すグラフである。

【図11】実施形態に係る放射線遮蔽体の製造方法により製造された放射線遮蔽体のサンプルＣ３の成分構成を示すグラフである。

【図12】実施形態に係る放射線遮蔽体の製造方法により製造された放射線遮蔽体のサンプルＣ４の成分構成を示すグラフである。

【図13】実施形態に係る放射線遮蔽体の製造方法の実施例により製造された放射線遮蔽体の各サンプルと従来例および比較例との密度の対比を示す表である。

【図14】実施形態に係る放射線遮蔽体のγ線透過特性を示す図である。

【図15】実施形態に係る放射線遮蔽体の熱中性子線透過特性を示す図である。

【図16】実施形態に係る放射線遮蔽体の熱中性子から共鳴領域の中性子線透過特性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る放射線遮蔽体および放射線遮蔽体の製造方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重畳する説明は省略する。

【0022】

図１は、実施形態に係る放射線遮蔽体１０の構成を模式的に示す断面図である。

【0023】

図１に示すように、放射線遮蔽体１０は、γ線１、中性子２、電子線３などの放射線を遮蔽するものである。放射線遮蔽体１０は、細骨材１１およびセメント固化体１５を有する。

【0024】

細骨材１１は、複数種類の骨材構成物質１２、具体的には、第１の骨材構成物質１２ａおよび第２の骨材構成物質１２ｂを有する。第１の骨材構成物質１２ａと第２の骨材構成物質１２ｂは、互いに異なる物質であり、かつそのそれぞれの粒の大きさの分布も互いに異なるものである。

【0025】

第１の骨材構成物質１２ａは、たとえばタングステン（Ｗ）あるいはタングステン合金ヘビアロイ（ＷＨＡ）であり、第２の骨材構成物質１２ｂは、たとえば酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：以下「ＧＯＳ」）などのガドリニウム（Ｇｄ）焼結体である。また、第１の骨材構成物質１２ａの粒の大きさの分布は、第２の骨材構成物質１２の粒の大きさの分布より小さいものである。

【0026】

また、セメント固化体１５は、セメント１３（図６）と水１４（図６）との化学反応により生成される物質である。

【0027】

図１に示す放射線遮蔽体１０においては、細骨材１１すなわち第１の骨材構成物質１２ａおよび第２の骨材構成物質１２ｂのそれぞれの粒が、セメント固化体１５の中に散在し、セメント固化体１５により保持されている。

【0028】

ここで、実施形態に係る放射線遮蔽体１０の製造方法の全体の手順を説明する前に、その手順における分級ステップの詳細を説明する。

【0029】

図２は、実施形態に係る放射線遮蔽体１０の製造方法において用いる骨材構成物質１２の分級の詳細な手順（分級ステップＳ１０）を説明するフロー図である。

【0030】

今、篩分けのための複数種類の篩（図示しない）が準備されているものとする。ここで、図２で示す例では、篩の目開きが、ａ_１[ｍｍ]、ａ_２[ｍｍ]、ａ_３[ｍｍ]、ａ_４[ｍｍ]、ａ_５[ｍｍ]の篩が準備されているものとする。ここで、ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４、ａ_５の値は、ＪＩＳ Ｚ ８８０１－１：２００６に規定された公称目開きＷの中から選出した値である。

【0031】

また、ａ_１は、５ｍｍ未満であり、たとえば、４．７５ｍｍである。また、それぞれの目開きの値は、次の式（１）の関係にある。

【0032】

ａ_１＞ａ_２＞ａ_３＞ａ_４＞ａ_５ ・・・（１）

【0033】

図２は、骨材構成物質１２すなわち第１の骨材構成物質１２ａおよび第２の骨材構成物質１２ｂについてのそれぞれ個別の手順を示している。以下では、第１の骨材構成物質１２ａおよび第２の骨材構成物質１２ｂのそれぞれを、骨材構成物質１２と表記して説明する。

【0034】

分級ステップＳ１０に先立って、それぞれの骨材構成物質１２についての粉砕が行われる（ステップＳ０２）。

【0035】

分級ステップＳ１０においては、まず、目開きａ_１[ｍｍ]の篩での篩分けを行う（ステップＳ２１）。この結果、目開きａ_１[ｍｍ]の篩に残ったものを回収する（ステップＳ２２）。ここで、目開きａ_１[ｍｍ]の篩に残った骨材構成物質１２の大きさを「粒度範囲（ａ_１ｍｍ～）」と表記する。

【0036】

次に、ステップＳ２２で、目開きａ_１[ｍｍ]の篩に残って回収された大きな粒度のものが、所定値以下か否かを判定する（ステップＳ２３）。所定値以下と判定されない（ステップＳ２３ ＮＯ）場合は、粉砕ステップＳ０２からステップＳ２３までを繰り返す。

【0037】

所定値以下と判定されない（ステップＳ２３ ＮＯ）場合は、次のステップ（Ｓ２４）に進む。ここで、所定値は、たとえば、目開きａ_１[ｍｍ]の篩に残って回収された大きな粒度のものを廃棄しても問題とならない程度の量の値である。

【0038】

次に、ステップＳ２１の篩分けで篩を抜けて落ちたものを回収し、目開きａ_２[ｍｍ]の篩での篩分けを行う（ステップＳ２４）。この結果、目開きａ_２[ｍｍ]の篩に残ったものを回収する（ステップＳ２５）。ここで、目開きａ_２[ｍｍ]の篩に残った骨材構成物質１２の大きさを、「粒度範囲（ａ_２～ａ_１ｍｍ）」と表記する。

【0039】

次に、ステップＳ２４の篩分けで篩を抜けて落ちたものを回収し、目開きａ_３[ｍｍ]の篩での篩分けを行う（ステップＳ２６）。この結果、目開きａ_３[ｍｍ]の篩に残った「粒度範囲（ａ_３～ａ_２ｍｍ）」の骨材構成物質を回収する（ステップＳ２７）。

【0040】

次に、ステップＳ２６の篩分けで篩を抜けて落ちたものを回収し、目開きａ_４[ｍｍ]の篩での篩分けを行う（ステップＳ２８）。この結果、目開きａ_４[ｍｍ]の篩に残った「粒度範囲（ａ_４～ａ_３ｍｍ）」の骨材構成物質を回収する（ステップＳ２９）。

【0041】

次に、ステップＳ２８の篩分けで篩を抜けて落ちたものを回収し、目開きａ_５[ｍｍ]の篩での篩分けを行う（ステップＳ３０）。この結果、目開きａ_５[ｍｍ]の篩に残った「粒度範囲（ａ_５～ａ_４ｍｍ）」の骨材構成物質を回収する（ステップＳ３１）。また、目開きａ_５[ｍｍ]の篩から落ちた「粒度範囲（～ａ_５ｍｍ）」の骨材構成物質を回収する（ステップＳ３２）。

【0042】

以上が、篩分けによる分級の手順である。なお、５種類の篩を用いた篩分けの場合を例にとって説明したが、少なくとも０．５ｍｍ未満で３種類の分級が可能なように、３種類以上の篩を用いれば、５種類に限定しない。

【0043】

なお、以下、ｊ＜ｋの場合、「粒度範囲（ａ_ｊ＋１ａ_ｊｍｍ）」の骨材構成物質の方が「粒度範囲（ａ_ｋ＋１ａ_ｋｍｍ）」の骨材構成物質より粒度範囲が大きい、「粒度範囲（ａ_ｋ＋１ａ_ｋｍｍ）」の骨材構成物質の方が「粒度範囲（ａ_ｊ＋１ａ_ｊｍｍ）」の骨材構成物質より粒度範囲が小さいと言うものとする。

【0044】

図３は、実施形態に係る放射線遮蔽体１０の製造方法の手順を示すフロー図である。

【0045】

まず、遮蔽対象とする放射線に関する情報の取得を行う（ステップＳ０１）。放射線に関する情報は、放射線の線種、エネルギーあるいはエネルギーの範囲、放射線の強度などを含む。

【0046】

次に、複数の骨材構成物質１２の決定を行う（ステップＳ１０）。その詳細は、後に図４を引用しながら説明する。

【0047】

次に、それぞれの骨材構成物質１２の粉砕（ステップＳ０２）およびそれぞれの骨材構成物質１２の分級（ステップＳ２０）を行う。この際、粉砕および分級は、それぞれの骨材構成物質１２ごとに個別に行い、互いに混在することのないようにする。詳細は、図２を参照しての前述のとおりである。

【0048】

次に、それぞれの骨材構成物質１２の粒度範囲の選別を行い少なくとも一つの選別粒度範囲骨材構成物質とし（ステップＳ０３）、そののちに、それぞれ選別された粒度範囲の骨材構成物質１２（選別粒度範囲骨材構成物質）の混合を行う（ステップＳ０４）。ステップＳ０４の骨材構成物質１２の混合により混合骨材として細骨材１１が生成される。ステップＳ０３およびステップＳ０４の詳細は、後に図５を引用しながら説明する。

【0049】

次に、細骨材１１と、セメント１３（図６）、水１４（図６）とを混成する（ステップＳ０５）。混成したのちに型枠（図示しない）に入れて固化する（ステップＳ０６）。この結果、モルタル状の遮蔽体１０（図６）が生成される。ステップＳ０５およびステップＳ０６の詳細は、後に図６を引用しながら説明する。

【0050】

次に、生成された遮蔽体１０の成分分析、性能確認を行う（ステップＳ０７）。なお、ステップＳ０７は、ステップＳ０１からステップＳ０２による製造方法が確立されたのちは、実施しない、あるいは抜き取り検査等によってもよい。

【0051】

図４は、実施形態に係る放射線遮蔽体の製造方法の手順における複数の骨材構成物質１２の決定ステップＳ１０の詳細な手順を示すフロー図である。複数の骨材構成物質１２の決定ステップＳ１０は、遮蔽対象とする放射線に関する情報の取得ステップＳ０１に続いて行う以下のステップを有する。

【0052】

まず、放射線遮蔽体１０について、γ線の対策のみか否かを判定する（ステップＳ１１）。

【0053】

γ線の対策のみと判定された場合（ステップＳ１１ ＹＥＳ）には、骨材構成物質１２として物質Ａを選別する（ステップＳ１２）。ここで、物質Ａは、γ線に対する減衰効果の大きなものとして、ＷあるいはＷＨＡなどのＷの化合物、Ｇｄ、Ｆｅ、Ｐｂなどがある。なお、この中では、ＷあるいはＷ化合物が最もγ線減衰効果が大きい。

【0054】

γ線の対策のみと判定されなかった場合（ステップＳ１１ ＮＯ）には、加えて熱中性子の対策のみ必要か否かを判定する（ステップＳ１３）。

【0055】

加えて熱中性子の対策のみ必要と判定された（ステップＳ１３ ＹＥＳ）場合には、物質Ａに加えて、物質Ｂを選別する。ここで、物質Ｂは、熱中性子に対する減衰効果の大きなものとして、Ｇｄ化合物がある。熱中性子のみを考慮する場合には、Ｃｄ、Ｈｆなどがあるが、Ｇｄの場合は、γ線に対しても減衰効果が大きい。

【0056】

加えて熱中性子の対策のみ必要と判定されなかった（ステップＳ１３ ＮＯ）場合には、高速中性子の対策も必要か否かを判定する（ステップＳ１５）。

【0057】

高速中性子の対策も必要と判定された（ステップＳ１５ ＹＥＳ）場合には、物質Ａ、Ｂに加えて、物質Ｃを選別する。ここで、物質Ｃとしては、たとえばモリブデン（Ｍｏ）を使用することができる。

【0058】

以上のステップで、基本的な骨材構成物質１２の種類を選別したうえで、さらに、ほかの種類の骨材構成物質１２を加えてもよい。

【0059】

図５は、実施形態に係る放射線遮蔽体の製造方法の手順における複数の骨材構成物質１２の分級ステップＳ２０および選別ステップＳ０３を示す説明図である。

【0060】

図５では、骨材構成物質１２として、第１の骨材構成物質１２ａ、第２の骨材構成物質１２ｂ、および第３の骨材構成物質１２ｃの３種類の骨材構成物質１２を使用する場合を例にとって示している。ただし、これに限定されず、複数であれば２種類あるいは４種類以上の場合であってもよい。

【0061】

また、図５では、粒度範囲（ａ_２～ａ_１ｍｍ）骨材構成物質ないし粒度範囲（ａ_ｎ＋１～ａ_ｎｍｍ）骨材構成物質に分級する場合を示している。第１の骨材構成物質１２ａについては破線で、第２の骨材構成物質１２ｂについては実線で、また第３の骨材構成物質１２ｃについては一点鎖線で示すように、ステップＳ２０として、それぞれ、粒度範囲（ａ_２～ａ_１ｍｍ）骨材構成物質ないし粒度範囲（ａ_ｎ＋１～ａ_ｎｍｍ）骨材構成物質に分級する。

【0062】

次に、ステップＳ０３として、第１の骨材構成物質１２ａについては、破線矢印で示すように、粒度範囲（ａ_２～ａ_１ｍｍ）骨材構成物質およびこれより小さくこれに近い粒度範囲のものを選別する。第３の骨材構成物質１２ｃについては、一点鎖線の矢印で示すように、粒度範囲（ａ_ｎ＋１～ａ_ｎｍｍ）骨材構成物質およびこれより大きくこれに近い粒度範囲のものを選別する。また、第２の骨材構成物質１２ｂについては、第１の骨材構成物質１２ａと第３の骨材構成物質１２ｃの中間の粒度範囲のものを選別する。

【0063】

図５に示すように、それぞれ選別された第１の骨材構成物質１２ａと第２の骨材構成物質１２ｂの粒度範囲が互いに重なってもよい。同様に、それぞれ選別された第２の骨材構成物質１２ｂと第３の骨材構成物質１２ｃの粒度範囲が互いに重なってもよい。

【0064】

以上説明した例では、選別された第１の骨材構成物質１２ａが最も粒度範囲が大きく、次に、選別された第２の骨材構成物質１２ｂ、選別された第３の骨材構成物質１２ｃに従って、粒度範囲が小さくなる。

【0065】

この場合に、骨材構成物質１２の種類との関係については、比重の大きな骨材構成物質１２ほど、粒度範囲が小さくなるように選別する。たとえば、ＷとＧｄを用いる場合、比重が相対的に大きなＷは粒度範囲が小さくなるように、比重が相対的に小さなＧｄは粒度範囲が大きくなるように、粒度範囲の選別を行う。

【0066】

次に、ステップＳ０３として、それぞれ選別された第１の骨材構成物質１２ａ、第２の骨材構成物質１２ｂおよび第３の骨材構成物質１２ｃを混合し、細骨材１１としての混合骨材を生成する。比重の大きな骨材構成物質１２ほど、粒度範囲が小さくなるように選別した結果、比重の大きな骨材構成物質１２の下側への移動が抑制され、より均一な混合骨材を生成することができる。

【0067】

図６は、実施形態に係る放射線遮蔽体の製造方法の手順における混成のステップＳ０５を示す説明図である。混成ステップＳ０５では、モルタル状の放射線遮蔽体１０を生成するために、まず、細骨材１１、セメント１３、および水１４の混成を行う。

【0068】

混成により、セメント１３と水１４が反応してセメント固化体１５が生成される。ここで、セメント１３の重量ｗｃと水１４の重量ｗｗについては、次の式（１）の水セメント重量比ｒｃｗを所定の範囲となるように管理する。
ｒｃｗ＝ｗｗ／ｗｃ ・・・（１）

【0069】

ここで、水セメント重量比ｒｃｗの所定の範囲は、３０％以上かつ６０％以下である。水セメント重量比ｒｃｗが３０％より小さいと、放射線遮蔽体１０の強度が不足する。また、水セメント重量比ｒｃｗが６０％より大きいと、水が過剰となり、混成の際、上に水の層ができてしまいセメント固化体１５の質が低下する。

【0070】

混成に際して、細骨材１１の体積ｖａ、セメント１３の体積ｖｃおよび水１４の体積ｖｗは、次の式（２）の骨材体積割合ｒｖが所定の範囲となるように管理する。
ｒｖ＝ｖａ／（ｖｃ＋ｖｗ） ・・・（２）

【0071】

ここで、骨材体積割合比ｒｖの所定の範囲は、３０％以上かつ５０％以下である。骨材体積割合ｒｖが３０％より小さいと、放射線遮蔽体１０の密度が不足し、遮蔽性能が落ちる。また、骨材体積割合ｒｖが５０％より大きいと、混ぜると空気が入りモルタルが固まりにくくなる。なお、骨材体積割合ｒｖが３５％以上かつ４５％以下であることが好ましい。

【0072】

［実施例］
以下に、 サンプルとして、サンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＣ１、サンプルＣ２、サンプルＣ３、サンプルＣ４を作成して比較を行った実施例について、図７ないし図１２を引用しながら説明する。

【0073】

まず、それぞれのサンプルのための骨材構成物質１２を準備した。それぞれの骨材構成物質１２を粉砕し、分級、選別を行ったうえで、混合して細骨材１１を生成した。なお、分級の際は、相対的に比重の大きな骨材構成物質１２の粒度範囲を、相対的に比重の大きな骨材構成物質１２の粒度範囲より大きい側とした。たとえば、Ｇｄの粒度範囲を、ＷやＷＨＡの粒度範囲より大きい側とした。

【0074】

次に、細骨材１１、セメント１３および水１４を混成した。

【0075】

ここで、水セメント重量比ｒｃｗを約４０％、骨材体積割合ｒｖを約３４％とした。

【0076】

次に、混成した細骨材１１、セメント１３および水１４を型枠に入れて、約 時間（または、約 時間～ 時間）放置し、乾燥させた。作成した放射線遮蔽体の各サンプルは、一辺が約５０ｍｍの立方体形状のブロックである。

【0077】

図７ないし１２は、実施形態に係る放射線遮蔽体の製造方法により製造された放射線遮蔽体の成分構成を示すグラフであり、図７はサンプルＡ、図８はサンプルＢ、図９はサンプルＣ１、図１０はサンプルＣ２、図１１はサンプルＣ３、図１２はサンプルＣ４の場合を示す。ここで、成分構成は、体積割合を示している。

【0078】

成分表示で、Ｗはタングステン（Ｗ）、Ｃはセメント固化体１５、ＷＨＡ－１およびＷＨＡ―２はタングステン合金ヘビアロイであり、ＷＨＡ－１は、目開きａ４とａ５で分級した粒度範囲（ａ５～ａ４ｍｍ）、ＷＨＡ―２は目開きａ５で分級した粒度範囲（～ａ５ｍｍ）である。８ＨＵは混和剤である。ＧＯＳ－１は目開きａ２とａ３で分級した粒度範囲（ａ３～ａ２ｍｍ）、ＧＯＳ－２は目開きａ３とａ４で分級した粒度範囲（ａ４～ａ３ｍｍ）である。

【0079】

図７で示すサンプルＡは、Ｗ、ＷＨＡの合計が約７４％、ＧＯＳは含まない。図８で示すサンプルＢは、Ｗ、ＷＨＡの合計が約７０％、ＧＯＳが約５％である。図９で示すサンプルＣ１は、Ｗ、ＷＨＡの合計が約５９％、ＧＯＳが約１％である。図１０で示すサンプルＣ２は、Ｗ、ＷＨＡの合計が約５９％、ＧＯＳが約２％である。図１１で示すサンプルＣ１は、Ｗ、ＷＨＡの合計が約５８％、ＧＯＳが約３％である。図１２で示すサンプルＣ２は、Ｗ、ＷＨＡの合計が約５８％、ＧＯＳが約４％である。

【0080】

このように、いずれもＷおよびＷＨＡが成分の主体であり、Ｇｄに関しては、サンプルＡでは含まない、サンプルＣ１ないしＣ４、サンプルＢとなるにつれて、１％から順次５％まで増加している。

【0081】

図１３は、実施形態に係る放射線遮蔽体の製造方法の実施例により製造された放射線遮蔽体の各サンプルと従来例および比較例との密度の対比を示す表である。密度[ｋｇ／ｍ^３]は、作成した各サンプルの体積[ｍ^３]および重量[ｋｇ]を測定し、重量[ｋｇ]を体積[ｍ^３]で除することにより算出した。

【0082】

図１３では、実施例としてのサンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＣ１ないしサンプルＣ４の密度に加えて、比較例として、従来の普通コンクリート、重コンクリートの通常の密度、およびＧＯＳ骨材コンクリートの密度並びに鉄無垢材、銅無垢材、鉛無垢材を示している。

【0083】

次に、実施形態に係る放射線遮蔽体１０の各放射線の透過特性、逆に見れば遮蔽性能について説明する。

【0084】

実際に作製したサンプルＡとサンプルＢの厚さの異なるステップウェッジを作製してγ線（実効エネルギー８ＭｅＶ）の透過特性、熱中性子（０．０２５ｅＶ）の透過特性、並びに熱中性子から共鳴領域（１ＭｅＶ以下）の中性子領域での透過特性を測定した。測定ではサイクロトロン加速器中性子源を用い、γ線についてはイメージングプレートで直接測定し、熱中性子はジスプロシウム（Ｄｙ）をコンバータとして放射化させてイメージングプレート（ＩＰ）に転写する中性子ラジオグラフィの転写法を用いて測定した。熱中性子から共鳴領域の測定は、コンバータにインジウム（Ｉｎ）を用いて転写法で実施した。

【0085】

また、サンプルＡとサンプルＢの他に比較できるように鉛（Ｐｂ）無垢材並びに鉄、銅の無垢材のステップウェッジを作製して同様のデータを採取した。

【0086】

図１４は、実施形態に係る放射線遮蔽体１０のγ線透過特性を示す図である。横軸は遮蔽体の厚さ［ｍｍ］、縦軸は当該放射線の透過相対値（対数）である。図１５、１６も同様である。

【0087】

ＷＨＡを主骨材としたサンプルＡ並びにサンプルＢは、無垢材のＰｂには及ばないものの銅や鉄の無垢材よりもγ線の減衰が大きく、優れた遮蔽特性を示している。このことは、無垢材それぞれの密度と元素の原子番号Ｚの大きさに関係している。サンプルＢはサンプルＡに対して５％ヘビアロイがＧＯＳになっているため密度も鉄に近くなっているがＷＨＡのタングステン（Ｚ＝７４）が鉄（Ｚ＝２６）、銅（Ｚ＝２９）に比べて大きくＧＯＳのガドリニウム（Ｚ＝６４）もタングステンよりは小さいが、鉄や銅よりも原子番号が大きいためγ線との反応割合が大きくなり遮蔽効果が高くなる。

【0088】

図１５は、実施形態に係る放射線遮蔽体１０の熱中性子線透過特性を示す図である。

【0089】

γ線に対する遮蔽効果では鉛の無垢材がなかでは比較に良い結果になっていたが、逆に熱中性子に対しては、より透過性は大きく減衰が小さく遮蔽効果が最も少なくなっている。熱中性子に対しては、サンプルＡとサンプルＢの遮蔽効果が高く、更にＧＯＳを５％含むサンプルＢの結果が特に優れている。作製したサンプルＣ１からＣ４はＧＯＳの含有量を１％から４％まで変化させたもので、サンプルＡとサンプルＢの間に入るものである。

【0090】

図１６は、実施形態に係る放射線遮蔽体の熱中性子から共鳴領域の中性子線透過特性を示す図である。

【0091】

熱中性子から共鳴領域（１ＭｅＶ以下）の中性子に対しては、サンプルＡは鉄や銅の無垢材と比較して遮蔽効果が悪くなっているが、Ｇｄを含むＧＯＳが５％入ったサンプルＢの遮蔽効果が高いことがわかる。

【0092】

γ線についてはサンプルＡとサンプルＢの差は少ないが、よりγ線の遮蔽効果を高めるにはＧＯＳの濃度少なくしてＷＨＡの濃度を高くした方が良い。

【0093】

一方、中性子については、中性子のエネルギーによって特性は異なる。具体的には、Ｇｄを多く含む方が遮蔽効果は高くなり、今回作成したサンプルＢよりもさらに多くＧＯＳを含む場合は、さらに効果は高くなる。但しγ線の遮蔽効果が悪くなる。

【0094】

中性子の遮蔽では必ず中性子と相互作用したγ線が存在するため、特に熱中性子で十分な遮蔽が行われれば、中性子と反応して発生するγ線をより効果的に遮蔽する目的としてはサンプルＢの濃度を中心に調整することが望ましい。

【0095】

γ線は、約１０ＭｅＶ以上の高エネルギーになると物質を構成する原子核との相互作用で光核反応を起こし、中性子が発生するようになる。

【0096】

また、約数ＭｅＶ以上のγ線の場合、物質との相互作用で、電子対生成と制動放射を多段にシャワー上に繰り返し、多数の電子やＸ線が生じる電磁シャワーが発生する。この電磁シャワーは、１次粒子が高エネルギー電子の場合でも同様に発生する。さらに、制動放射によるＸ線のエネルギーが約１０ＭｅＶ以上である場合、上記の光核反応による中性子が発生する。この光核反応には（γ,ｎ）反応や（γ,２ｎ）反応などは原子番号Ｚとの関係から原子番号Ｚが大きいほど反応割合が大きくなる。逆に（γ,ｐ）反応などは原子番号Ｚが３０以上では反応割合が減衰する傾向がある。従って、エネルギーの高いγ線の場合、原子番号Ｚの比較的小さい鉄などの材料でγ線を減衰させてから原子番号Ｚの大きい材料で遮蔽することにより、高エネルギー中性子の発生を少なくすることができる。

【0097】

このような高エネルギーのガンマ線を遮蔽する場合、２次的に発生する中性子や電磁シャワーについても遮蔽するため、１段目にγ線を減衰させる原子番号Ｚの比較的小さい元素を骨材とした遮蔽材にして、２段目にＺの大きいタングステン、ビスマス、鉛、モリブデン、あるいはＷＨＡを骨材に配合した放射線遮蔽体、３段目に２次的に発生した中性子や電磁シャワーを減衰させるＧＯＳを骨材に用いた放射線遮蔽体を使用する方法を用いてもよい。あるいは、上述した骨材を複数混合配合して用いた１種類の放射線遮蔽体で高エネルギーのγ線を遮蔽する方法を用いてもよい。

【0098】

以上、説明した実施形態によれば、数種の放射線を効率よく遮蔽する放射線遮蔽体および放射線遮蔽体の製造方法を提供することが可能となる。

【0099】

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0100】

１…γ線、２…中性子、３…電子線、１０…放射線遮蔽体、１１…細骨材、１２…骨材構成物質、１２ａ…第１の骨材構成物質、１２ｂ…第２の骨材構成物質、１２ｃ…第３の骨材構成物質、１３…セメント、１４…水、１５…セメント固化体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】