JP4643193B2 - 放射化に配慮した遮蔽コンクリートの構築方法 - Google Patents
放射化に配慮した遮蔽コンクリートの構築方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、ＰＥＴ施設や医療用放射線照射施設、加速器施設、アイソトープ貯蔵施設、ウラン処理施設、原子炉施設などの放射線を扱う建物に用いられる遮蔽コンクリートに関するもので、特に、コンクリートの放射化に配慮した遮蔽コンクリートの構築方法に関する。
近年、医療関係の施設においても、ガン診断を行うＰＥＴ施設やガン治療を行う医療用放射線照射施設などのように放射線を取扱う施設が増加しつつある。このような、放射線を取扱う施設においては、放射線源が設置されている箇所の周囲に鉄筋コンクリートから成る放射線遮蔽用のコンクリート（以下、遮蔽コンクリートという）を設けて、管理区域外に放射線が漏洩しないようにしている。
上記遮蔽コンクリートに用いられるコンクリート組成物としては、通常の鉄筋コンクリートと同様に、石灰石・粘土・酸化鉄などを原料とした普通のポルトランドセメントに、水、及び、川砂，海砂，山砂，砕石などから得られる骨材とを混練したコンクリート組成物が用いられるが、上記セメントや骨材には、Ｎａ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｅｕなどのような、２４Ｎａ，１５２Ｅｕ，６０Ｃｏなどの放射性同位体の生成親核種となる元素が含まれているため、上記遮蔽コンクリートに放射線、特に熱中性子線が入射すると上記元素が放射性同位体に変化し、この放射性同位体の崩壊により上記遮蔽体から放射線が放出される。特に、セメントに含有されている２４Ｎａの生成親核種であるＮａ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉなどは、いずれも中性子の照射によって半減期が約１５時間である２４Ｎａに変化し、ガンマ線などの放射線を放出する。なお、上記生成親核種の単位質量当たりの２４Ｎａの生成比は、Ｎａを１とするとＭｇでは０．０２、Ａｌでは０．０１、Ｓｉでは０．００２である。上記２４Ｎａの生成親核種の各質量に上記生成比を乗じて算出した単位体積当たりの生成親核種の総質量はＮａ総量と呼ばれ、低放射化コンクリートの設計時にはこのＮａ総量が問題となる。
これらの放射線は、上記遮蔽コンクリートがある程度の厚みを有していることから、放射線源が設置されている部屋の外側へ放出されることはないが、室内側には放出されるので、医療施設利用者・医療関係者や施設のメンテナンス時における作業者などの放射線被爆を引き起こす原因となる。また、近年では、施設解体時における放射性廃棄物の処分方法も問題になってきている。
そこで、上記のような放射化を低く抑えるため、セメントの一部を石灰石粉に置換えたり、セメントとして、Ｎａの含有量を０．２５重量％以下、Ｍｇの含有量を１．０重量％以下、Ａｌの含有量を２．３重量％以下とすることにより上記Ｎａ総量を低減したセメントを含むコンクリート組成物を用いて上記遮蔽コンクリートを構築する方法が行なわれている（例えば、特許文献１，２参照）。
また、メンテナンス時における被爆に関しては、十分なクーリングタイムを設けるといった受動的な対策が取られることが多い。
特開２００３−２３８２２６号公報
特開昭６２−１３３３９４号公報
上記遮蔽コンクリートに用いられるコンクリート組成物としては、通常の鉄筋コンクリートと同様に、石灰石・粘土・酸化鉄などを原料とした普通のポルトランドセメントに、水、及び、川砂，海砂，山砂，砕石などから得られる骨材とを混練したコンクリート組成物が用いられるが、上記セメントや骨材には、Ｎａ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｅｕなどのような、２４Ｎａ，１５２Ｅｕ，６０Ｃｏなどの放射性同位体の生成親核種となる元素が含まれているため、上記遮蔽コンクリートに放射線、特に熱中性子線が入射すると上記元素が放射性同位体に変化し、この放射性同位体の崩壊により上記遮蔽体から放射線が放出される。特に、セメントに含有されている２４Ｎａの生成親核種であるＮａ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉなどは、いずれも中性子の照射によって半減期が約１５時間である２４Ｎａに変化し、ガンマ線などの放射線を放出する。なお、上記生成親核種の単位質量当たりの２４Ｎａの生成比は、Ｎａを１とするとＭｇでは０．０２、Ａｌでは０．０１、Ｓｉでは０．００２である。上記２４Ｎａの生成親核種の各質量に上記生成比を乗じて算出した単位体積当たりの生成親核種の総質量はＮａ総量と呼ばれ、低放射化コンクリートの設計時にはこのＮａ総量が問題となる。
これらの放射線は、上記遮蔽コンクリートがある程度の厚みを有していることから、放射線源が設置されている部屋の外側へ放出されることはないが、室内側には放出されるので、医療施設利用者・医療関係者や施設のメンテナンス時における作業者などの放射線被爆を引き起こす原因となる。また、近年では、施設解体時における放射性廃棄物の処分方法も問題になってきている。
そこで、上記のような放射化を低く抑えるため、セメントの一部を石灰石粉に置換えたり、セメントとして、Ｎａの含有量を０．２５重量％以下、Ｍｇの含有量を１．０重量％以下、Ａｌの含有量を２．３重量％以下とすることにより上記Ｎａ総量を低減したセメントを含むコンクリート組成物を用いて上記遮蔽コンクリートを構築する方法が行なわれている（例えば、特許文献１，２参照）。
また、メンテナンス時における被爆に関しては、十分なクーリングタイムを設けるといった受動的な対策が取られることが多い。
ところで、上記のようなＮａ総量の少ないセメントは、通常使用されているポルトランドセメントよりも高価であるため、遮蔽コンクリート全体をこのようなセメントを用いて構築すると製造コストが高くなってしまうといった問題点があった。また、セメントの一部を石灰石粉で置換えた場合でも、コンクリートの作製工程が増えてしまうなど、コスト高になっていた。
また、中性子線などによる遮蔽コンクリートの放射化は、放射線源の強度や放射線源と遮蔽体との距離にもよるが、室内側の表面近傍でしか起こらないので、遮蔽コンクリート全体に高価な低放射化コンクリートを用いることは不経済であった。
また、中性子線などによる遮蔽コンクリートの放射化は、放射線源の強度や放射線源と遮蔽体との距離にもよるが、室内側の表面近傍でしか起こらないので、遮蔽コンクリート全体に高価な低放射化コンクリートを用いることは不経済であった。
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、放射線を遮蔽するコンクリートの放射化を確実にかつ安価に低減することのできる放射化に配慮した遮蔽コンクリートの構築方法を提供することを目的とする。
本願発明は、放射線を遮蔽するとともにコンクリートの放射化に配慮した遮蔽コンクリートの構築方法であって、セメントの一部を石灰石粉に置換えてＮａの含有量を０．２５重量％以下とした低放射化コンクリート組成物を用いてプレキャスト部材を作製し、このプレキャスト部材を遮蔽コンクリートから成る天井と壁と床部とに取付けて上記遮蔽コンクリートの室内側全面を上記プレキャスト部材で被覆するとともに、上記遮蔽コンクリートと上記プレキャスト部材との間に、Ｂ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｐｂ及びＣａＣＯ ３ の中から選ばれる１種もしくは複数種の低放射化材料から成るシーリング材を充填するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、放射線を遮蔽するコンクリートを用いた構造物を構築する際に、セメントの一部を石灰石粉に置換えてＮａの含有量を０．２５重量％以下とした低放射化コンクリート組成物を用いてプレキャスト部材を作製し、このプレキャスト部材を遮蔽コンクリートから成る天井と壁と床部とに取付けて上記遮蔽コンクリートの室内側全面を上記プレキャスト部材で被覆するとともに、上記遮蔽コンクリートと上記プレキャスト部材との間に、Ｂ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｐｂ及びＣａＣＯ ３ の中から選ばれる１種もしくは複数種の低放射化材料から成るシーリング材を充填することにより、コンクリートの放射化を抑制することができるようにしたので、放射線を遮蔽することができるとともに室内への放射線の放出を大幅に低減することができる。
以下、本発明の最良の形態について説明する。
図１は、本発明の最良の形態に係る放射化に配慮した遮蔽コンクリートが設けられた医療施設の一部を示す模式図で、同図において、１０は放射線源１１が設置されている放射線治療室、２１，２２はその隣室で、３１〜３３は上階の部屋である。上記放射線治療室１０の周りの壁１２，１３及び天井１４、床１５は、他の部屋よりも厚さの厚い遮蔽コンクリートにより構築されている。本例では、上記遮蔽コンクリートを、通常の鉄筋コンクリートと同様に、石灰石・粘土・酸化鉄などを原料とした普通のポルトランドセメントに、水、及び、川砂，海砂，山砂，砕石，砕砂などから得られる骨材とを混練したコンクリート組成物を用いて構築するとともに、上記放射線治療室１０の室内側表面を、低放射化コンクリートから成る低放射化層１６により被覆している。
この低放射化コンクリートは、通常、セメント、水、骨材を主原料とするコンクリートのセメントを、中性子等により放射化される元素の含有量が少ない石灰石粉に置換えるとともに、骨材を低放射化材料に置換えたもので、これにより、放射線治療室１０の周りの壁１２，１３及び天井１４、床１５の低放射化を図ることができる。すなわち、セメントのＮａ総量は、セメントの種類にもよるが、約６５０ｇ／ｍ３であるのに対して、石灰石粉のＮａ総量は約７０ｇ／ｍ３である。そこで、例えば、重量比で、セメントの約３５％を石灰石粉に置換えるようにすれば、Ｎａ総量を約３０％低下させることができるので、コンクリートの低放射化を図ることができる。また、骨材も、花崗岩、安山岩の骨材ではＮａ総量が多いことから、これらの骨材を硼素（Ｂ）やＦｅ，Ｔｉ，Ｐｂ、あるいは、ＣａＣＯ３などのような低放射化材料に置換えることで、コンクリートを更に低放射化することができる。
図１は、本発明の最良の形態に係る放射化に配慮した遮蔽コンクリートが設けられた医療施設の一部を示す模式図で、同図において、１０は放射線源１１が設置されている放射線治療室、２１，２２はその隣室で、３１〜３３は上階の部屋である。上記放射線治療室１０の周りの壁１２，１３及び天井１４、床１５は、他の部屋よりも厚さの厚い遮蔽コンクリートにより構築されている。本例では、上記遮蔽コンクリートを、通常の鉄筋コンクリートと同様に、石灰石・粘土・酸化鉄などを原料とした普通のポルトランドセメントに、水、及び、川砂，海砂，山砂，砕石，砕砂などから得られる骨材とを混練したコンクリート組成物を用いて構築するとともに、上記放射線治療室１０の室内側表面を、低放射化コンクリートから成る低放射化層１６により被覆している。
この低放射化コンクリートは、通常、セメント、水、骨材を主原料とするコンクリートのセメントを、中性子等により放射化される元素の含有量が少ない石灰石粉に置換えるとともに、骨材を低放射化材料に置換えたもので、これにより、放射線治療室１０の周りの壁１２，１３及び天井１４、床１５の低放射化を図ることができる。すなわち、セメントのＮａ総量は、セメントの種類にもよるが、約６５０ｇ／ｍ３であるのに対して、石灰石粉のＮａ総量は約７０ｇ／ｍ３である。そこで、例えば、重量比で、セメントの約３５％を石灰石粉に置換えるようにすれば、Ｎａ総量を約３０％低下させることができるので、コンクリートの低放射化を図ることができる。また、骨材も、花崗岩、安山岩の骨材ではＮａ総量が多いことから、これらの骨材を硼素（Ｂ）やＦｅ，Ｔｉ，Ｐｂ、あるいは、ＣａＣＯ３などのような低放射化材料に置換えることで、コンクリートを更に低放射化することができる。
ところで、放射線源１１を稼動させる場合には、通常、放射線源１１の周囲、特に放射線の照射方向には鉛などの遮蔽部材１１ｋが設置されているので、遮蔽コンクリートから成る壁１２，１３及び天井１４、床１５には、エネルギーの高い一次放射線が直接入射することは殆どなく、また、散乱されて壁１２，１３及び天井１４、床１５に入射する放射線はエネルギーが小さくなっているので、上記遮蔽コンクリート中にＮａ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｅｕなどの放射性同位体の生成親核種となる元素が含まれても、ある程度の深さまで侵入した時点では上記低放射化コンクリートにより減衰され、上記生成親核種となる元素を放射性同位体に変化させることができない。
特に、医療施設においては、放射線のエネルギーそのものが小さい場合が多いので、一般に、壁１２，１３及び天井１４、床１５を構成する遮蔽コンクリートの厚さと低放射化コンクリートの厚さとの合計は、Ｌ＝１５０〜１８０ｃｍである。本例では、必要最小限の厚さの低放射化層１６により、上記放射線治療室１０の室内の低放射化を図るため、図２に示すように、低放射化コンクリートから成る低放射化層１６の厚さχを、（χ／Ｌ）＝０．２５〜０．５（３７．５〜９０ｃｍ）になるように設定した。これにより、上記放射線治療室１０の空間を有効利用することができるとともに、上記遮蔽コンクリート全体を高価な低放射化コンクリートにする必要がないので、放射線治療室１０の低放射化対策を安価でかつ効率に実施することができる。
特に、医療施設においては、放射線のエネルギーそのものが小さい場合が多いので、一般に、壁１２，１３及び天井１４、床１５を構成する遮蔽コンクリートの厚さと低放射化コンクリートの厚さとの合計は、Ｌ＝１５０〜１８０ｃｍである。本例では、必要最小限の厚さの低放射化層１６により、上記放射線治療室１０の室内の低放射化を図るため、図２に示すように、低放射化コンクリートから成る低放射化層１６の厚さχを、（χ／Ｌ）＝０．２５〜０．５（３７．５〜９０ｃｍ）になるように設定した。これにより、上記放射線治療室１０の空間を有効利用することができるとともに、上記遮蔽コンクリート全体を高価な低放射化コンクリートにする必要がないので、放射線治療室１０の低放射化対策を安価でかつ効率に実施することができる。
次に、上記低放射化コンクリートから成る低放射化層１６が表面に配設された放射線治療室１０の構築方法について説明する。壁１２，１３及び天井１４については、図３に示すように、低放射化コンクリート組成物を用い、例えば、押出し成型法により成型された厚さが５ｃｍｍ程度の打ち込み型枠１７を用いて、壁１２，１３及び天井１４のコンクリートを打設することにより、遮蔽コンクリートの室内側を低放射化する。なお、このとき、隣室２１，２２側で用いる打ち込み型枠１８，１８は、普通コンクリートでよい。
また、床１５については、図４に示すように、遮蔽コンクリートを打設し、その上に遮蔽鋼板１９を設置した後、低放射化コンクリートを打設して低放射化層１６を構築する。なお、上記遮蔽鋼板１９については省略してもよい。これにより、放射線治療室１０の室内側の全ての表面を、低放射化コンクリートから成る低放射化層１６により被覆することができる。
あるいは、低放射化コンクリート組成物を用いてプレキャスト部材を作製し、このプレキャスト部材を上記壁１２，１３及び天井１４、床１５に取付けるようにしてもよい。このとき、遮蔽コンクリートと上記プレキャスト部材とのジョイント部には、低放射化材料でできたシーリング材を充填することが好ましい。
また、床１５については、図４に示すように、遮蔽コンクリートを打設し、その上に遮蔽鋼板１９を設置した後、低放射化コンクリートを打設して低放射化層１６を構築する。なお、上記遮蔽鋼板１９については省略してもよい。これにより、放射線治療室１０の室内側の全ての表面を、低放射化コンクリートから成る低放射化層１６により被覆することができる。
あるいは、低放射化コンクリート組成物を用いてプレキャスト部材を作製し、このプレキャスト部材を上記壁１２，１３及び天井１４、床１５に取付けるようにしてもよい。このとき、遮蔽コンクリートと上記プレキャスト部材とのジョイント部には、低放射化材料でできたシーリング材を充填することが好ましい。
このように、本実施の形態によれば、放射線源１１が設置されている放射線治療室１０の周りの壁１２，１３及び天井１４、床１５の室内側に、遮蔽コンクリート全体の厚さの０．２５〜０．５倍程度の厚さを有する低放射化コンクリートから成る低放射化層１６を設けて、上記放射線治療室１０の室内側の全てを低放射化するようにしたので、安価で効率的な低放射化対策を実施することができる。
このとき、壁１２，１３及び天井１４については、低放射化コンクリートから成る打ち込み型枠１７を用いて、壁１２，１３及び天井１４のコンクリートを打設して、遮蔽コンクリートの室内側を低放射化層とし、床１５については、遮蔽コンクリートを打設した後、低放射化コンクリートを打設するようにすれば、放射線治療室１０の室内側全ての表面を、容易に低放射化コンクリート低放射化層１６により被覆することができる。
このとき、壁１２，１３及び天井１４については、低放射化コンクリートから成る打ち込み型枠１７を用いて、壁１２，１３及び天井１４のコンクリートを打設して、遮蔽コンクリートの室内側を低放射化層とし、床１５については、遮蔽コンクリートを打設した後、低放射化コンクリートを打設するようにすれば、放射線治療室１０の室内側全ての表面を、容易に低放射化コンクリート低放射化層１６により被覆することができる。
なお、上記実施の形態では、医療施設の遮蔽コンクリートの低放射化について説明したが、加速器施設などの放射線のエネルギーが大きな施設の遮蔽コンクリートの低放射化についても、低放射化層の厚さを（χ／Ｌ）＝０．２５〜０．５となるように設計すれば、遮蔽コンクリートを十分に低放射化できる。例えば、加速器施設のビームターゲット周辺の遮蔽コンクリートは２００〜３００ｃｍであるが、この場合には、低放射化層の厚さを１００〜１５０ｃｍとすればよい。
また、上記例では、低放射化コンクリートとして、セメントの一部を石灰石粉に置換えたものを用いたが、Ｎａ総量の少ないセメントを含有する低放射化コンクリートを用いてもよい。
また、上記例では、低放射化コンクリートとして、セメントの一部を石灰石粉に置換えたものを用いたが、Ｎａ総量の少ないセメントを含有する低放射化コンクリートを用いてもよい。
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で、かつ、安価に遮蔽コンクリート構造物の放射化を低減することができるので、既に構築されたＰＥＴ施設や医療用放射線照射施設などの放射線を扱う建物の遮蔽コンクリート構造物を容易に低放射化できるとともに、放射化を配慮した遮蔽コンクリートを安価に構築することができる。
１０ 放射線治療室、１１ 放射線源、１１ｋ 遮蔽部材、１２，１３ 壁、
１４ 天井、１５ 床、１６ 低放射化コンクリートから成る低放射化層、
１７ 低放射化コンクリートから成る打ち込み型枠、１８ 打ち込み型枠、
１９ 遮蔽鋼板、２１，２２ 隣室、３１〜３３ 上階の部屋。
１４ 天井、１５ 床、１６ 低放射化コンクリートから成る低放射化層、
１７ 低放射化コンクリートから成る打ち込み型枠、１８ 打ち込み型枠、
１９ 遮蔽鋼板、２１，２２ 隣室、３１〜３３ 上階の部屋。
Claims (1)
- 放射線を遮蔽する遮蔽コンクリートの構築方法であって、セメントの一部を石灰石粉に置換えてＮａの含有量を０．２５重量％以下とした低放射化コンクリート組成物を用いてプレキャスト部材を作製し、このプレキャスト部材を遮蔽コンクリートから成る天井と壁と床部とに取付けて上記遮蔽コンクリートの室内側全面を上記プレキャスト部材で被覆するとともに、上記遮蔽コンクリートと上記プレキャスト部材との間に、Ｂ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｐｂ及びＣａＣＯ ３ の中から選ばれる１種もしくは複数種の低放射化材料から成るシーリング材を充填するようにしたことを特徴とする放射化に配慮した遮蔽コンクリートの構築方法。
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| JP2004214128A JP4643193B2 (ja) | 2004-07-22 | 2004-07-22 | 放射化に配慮した遮蔽コンクリートの構築方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2004214128A JP4643193B2 (ja) | 2004-07-22 | 2004-07-22 | 放射化に配慮した遮蔽コンクリートの構築方法 |
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