JPH0530776B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） この発明は、酸化セリウムにより惹き起こされ
た耐放射線着色性と合わせ、高エネルギーＸ線お
よび／またはγ線および中性子放射に対し吸収係
数の高いSiO₂−PbOアルカリ金属酸化物のセリ
ウム添加放射線しや断ガラスに関する。 放射線遮断ガラスは原子力研究施設、同位体実
験室、再処理施設においてホツトセルの放射線遮
断ガラス窓に使用される各種の放射線遮断ガラス
から構成された窓に要求される条件は次のとおり
である。 ａ 窓の前の観察者のためホツトセルからの放射
を法的に確定された最低線量まで遮蔽すること
（生体保護）［mrem］。 ｂ 数十年にわたつて放射線を受けても窓全体の
透明度ができるだけ高いこと（耐放射線性）、
そして ｃ 放電に対し窓ガラスの安定性が高いこと（耐
放電性）。 （従来の技術） ａについて：PbO24〜75wt％のPbガラズでもつ
て窓は各用途毎に厚さの異なる各種Pbガラ
スの組合せにより、生体保護が常に保証され
るよう問題なく構成することができる。 ｂについて：各種ガラスの複数枚の板ガラスから
なる窓の透明度は次のものに依存する。 １ 個々の板の透明度、 ２ 個々の板厚、 ３ 個々の板表面での散光損失、 ４ ｃの境面に影響する板数、 ５ 使用したガラス種の耐放射線性。 放射線着色に備えてCeO₂を添加した光学的に
均質な放射線遮断ガラスを選択することにより、
ホツトセルを数十年運転した後でも窓の高透明度
を保証することができる。ガラスの耐放射線性は
通常Co−60照射試験により各種放射線量の下で
確認される。個々の板数を減らし、浸出プロセス
により板の表面処理を行い、複数枚の板をパテで
接合して１枚の複合板とし、そしてガラス表面に
反射防止膜を設けることにより、表面での散光損
失を一層低減し、窓の透明度を一層高めることが
できる。 ｃについて：主要な放射線遮断ガラス製造業者が
現在一般に生産しているPb含量24〜75wt％
の放射線遮断ガラスは耐放電度が５×10⁶rad
以下にすぎない。すなわち、刊行物テイー・
ダブリユー・エツケルス アンド デイー．
ピーマインゲスツ、ホツト ラボ、プロシー
デイングス、アルゴーネ ナシヨナル ラ
ボ、1970、テイー．ダブリー．エツケルス
アンド デイー．ピー．マインゲスツ，ホツ
トラボ，プロシーデイングス、アルゴーネ
ナシヨナル ラボ．、プロシーデイングス
オブ エイテイーンス コンフエレンス オ
ブ リモート。 ［T.W.Eckels，D.P.Mingesz，Hot Lab.
Proceedings，Argonne Nat.Lab.，1970， T.W.Eckels，D.P.Mingesz，Hot Lab.
Proceedings，Argonne Nat.Lab.，
Proceedings of 18th Conference of
Remote］ に記載され国際的にも行なわれているエツケルス
（Eckels）マインゲスツ（Mingesz）試験法によ
ると、イオン化放射のこの添加後に放電
（electrical discharge）が観察される。 この試験法は以下の如く行なわれる。 スライド筒内で725gの落下ピンを38mmの高さ
から、照射（Co−60）したばかりの100mm³の立法
体試料の上に落下させ、ガラス中に ａ ハツキリ視認可能な着色閃光及び又は ｂ いわば「凍結した」閃光、いわゆる「リヒテ
ンベルク樹」 を惹き起こすと、放電限界を越えることになり、
放電と呼ぶことができる。 この放電でガラスは破壊され、透明度に欠ける
ことになるので使い物とならなくなる。 線量［rad］と試験放射線［Co−60］とについ
て記載した放電限界、例えば５×10⁶［rad，Co−
60］は、未照射物質から始めて線量を除去に高め
かつその間で放電試験を行つて確認され、材料に
応じて特徴付けられる。 つまり耐放電度５×10⁶radとはCo−60の場合
この線量以下では上述の衝撃試験により放電を開
始させることができないことを意味する。自然発
生的放電、つまり圧力、衝撃等の外的作用なしの
放電現象は放射線線量が高くなつてはじめて起き
る。 Ｘ線および／またはγ線放射に対し吸収能の比
較的低いPb非含有放射線遮断ガラスは放電安定
度が＞10¹⁰（rad）である。この理由からこのガラ
ス（普通、セシウムで安定化したホウ珪酸塩ガラ
ス）は、静電気の放電からPbガラス窓に使用さ
れ、その際一方で背後に配設されたPb含有ガラ
スに圧力や衝撃が作用するのを防止する保護板と
して働き、他方では「ホツトな」放射線を変調す
る働きをする。その基本構成が第１図に概略示し
てある。 放射線遮断ガラス窓に要請される主要な条件は
窓の１枚または複数枚のガラスで放射線をできる
だけ完全に吸収することである。しかし約1/4vol
％ホウ珪酸塩ガラスの遮蔽効果は窓総吸収量の10
％未満である。そのことから、窓のこの構想が
「ホウ珪酸塩ガラス」により窓の体積および重量
の点でいかに悪影響を受けるかがわかる。 米国特許明細書第3356579号により「単成分」
ガラスとして使用される放射線遮断ガラスおよび
このガラスから構成した窓も知られている。この
周知のハロゲン非含有ガラスは組成がほぼ次のと
おりである（バツチに対するwt％）： SiO₂ 41〜50 PbO 30〜36 CeO₂ 2.0〜3.5 K₂Ｏ 16〜21。 このガラスはγ線を少くともと10⁸レントゲン
に至るまで照射した後でも耐着色性、耐放電性が
高く、照射が3.1〜3.5g／cm³であり、厚さ1inch
（＝2.54cm）のとき初期透過率は約550nmのとき
90％を越える。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、高エネルギー放射線の作用時
耐放電度が５×10⁸radときわめて高くかつ＞＞５
×10⁸rad（Co−60放射）の耐着色性を有しγ線や
Ｘ線も中性子線も吸収する放射線遮断ガラスを提
供することである。 （問題点を解決するための手段） この目的が特許請求の範囲に記載の放射線遮断
ガラスで達成される。 即ち、本発明は、 SiO₂ 35〜56（単位：wt％） PbO 24〜46 Li₂Ｏ ０〜2.5 Na₂Ｏ ０〜４ K₂Ｏ ７〜21 Cs₂Ｏ ０〜５Σ＝12〜21 CeO₂ 0.5〜2.5 CuO Fe₂O₃０〜0.05 のガラス系において、該ガラス系はMgO，CaO，
SrO，BaO，ZnOおよびCdOを含まず、かつSiO₂
が少なくとも35％含まれることを条件にB₂O₃お
よびGd₂O₃で置換されてなり、高エネルギー放射
線に対する耐放電性が５×10⁸を超えることを特
徴とするγ線、Ｘ線および中性子線を吸収する放
射線遮断ガラスである。 また、本発明は、中性子吸収ガラス中に付加的
に同位体Li−６が（Li−６）₂Ｏの形で2.4wt％未
満含まれていることを特徴とする上記に記載のガ
ラス。 さらに、本発明は、清澄剤As₂O₃および／また
はSb₂O₃、ハロゲンＦおよびClおよび硫酸塩を
0.5wt％未満含むことを特徴とする上記のガラス
である。 本発明は、上記のいずれかに記載のガラスを含
有した放射線しや断ガラス窓である。 （作用） 次掲の第１表に本発明による組成例（wt％）
と二三の性質がまとめてある。

【表】

【表】 ガラスの耐放電度と耐放射線性はユリツヒ原子
力研究施設（KFA）において使用済み燃料要素
のγ線を使つて、そしてかールスルーエ原子力研
究施設（KfK）において同位体Co−60のγ線を
使つて試験した。 中性子吸収に有効な成分B₂O₃および／または
Gd₂O₃または（Li−６）₂Ｏの添加によりすでに米
国特許明細書第3356579号に記載の優れた性質が
維持され、しかも＞５×10⁸radの耐放電度さえ達
成できることが意外であつた。γ線を吸収する周
知のガラスは約１×10⁸rad未満のものでさえ放電
安定性有りと記載してある。 本発明は更に、本発明によるガラスでもつて設
計支出の少ない窓を構成し、つまり冷側で放射線
許容限界値を維持しつつ窓の厚さを低減して透過
率を高めることを目的とする。 この点を第２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ図および次
掲の第２〜３表を基に例示する。第２ａ，３ａ図
の窓は市販のガラスで構成されており、第２ｂ，
３ｂ図の窓には本発明によるガラスが使用してあ
る。両事例において密度ρ＝2.53g／cm³、ρ＝
3.23g／cm³ガラス２枚が密度ρ＝3.23g／cm³のガラ
ス１枚に代えられる。 第２表 源： Co−60 放射能： 10⁴Ci 線量率 「ホツト」側：2.6×10⁵rad／ｈ 許容最大線量率 「冷」側： 2.5×10^-3rad／ｈ 壁：密度 3.5g／cm³のコンクリート 窓 2a 窓 2b 耐放電度（rad） ＞10⁶ ＞５×10⁸ 厚さ（mm） 970 930 透過率589nm（％） 52 56 線量率 2.1×10³ 1.8×10^-3 「冷」側（rad／ｈ） 第３表 源： Cs−137 放射能： 10⁴Ci 線量率 「ホツト」側：6.7×10⁵rad／ｈ 許容最大線量率 「冷」側： 3.5×10^-3rad／ｈ 壁：密度 11.4g／cm³のPb 窓 3a 窓 3b 耐放電度（rad） ＞10⁶ ＞５×10⁸ 厚さ（mm） 730 660 透過率589nm（％） 60 64 線量率 1.3×10^-3 1.3×10^-3 「冷」側（rad／ｈ） 窓のこの設計例は請求された組成範囲のガラス
の広い適用範囲を狭めるものではない。 本発明によるガラスを使用してPb壁に窓を取
付けると、窓および窓枠の設計が本質的に簡単に
なる。 概略図示したPb壁、窓の構造（第３図）から、
Pb壁には過大寸法と思われるが遮蔽作用上当然
必要なこの窓構造のホルダまたは枠構造がいかに
費用のかかるものであるかがはつきりする。比較
的単純な窓構造にとつての本質的利点はこの場合
ガラスを＞10vol％範囲節約してさえPb非含有ガ
ラス分の除去と本発明によるガラスの使用とによ
り一層強まろう。この措置によりこの窓は放射線
遮断ガラスに要求される ａ 生体保護 ｂ 透明度、耐放射線性、および ｃ 耐放電度 という３つの主要条件を満たすだけでなく、ガラ
ス使用量を著しく低減して窓の透明度や視覚を向
上しさえする。窓は視覚が大きくなり「ホツト」
セルの監視を向上する。 （実施例） ガラス10Kgの実施例 石英粉末 43 960g 鉛丹Pb₃O₄ 33 920g 炭酸リチウム 750g 炭酸カリウム 25 880g 炭酸ナトリウム １ 210g フツ化水素カリウム 400g 酸化セリウム（） １ 005g ホウ酸（H₃BO₄） ５ 310g 均質混合物を石英るつぼ内、または石英溶解槽
を有する連続溶融タンクにおいて1220〜1300℃で
溶融する。引き続き1300〜1350℃の温度で数時間
清澄処理した後、溶湯をPt攪拌機を使つて均質
化する。泡を取り除いた溶湯は次に1250℃に冷却
する間引き続き攪拌機を使つてすじのないよう均
質化し、1180〜1210℃で型に流し込み、約530℃
の冷却炉内で均一に室温まで温度を下げる。

【図面の簡単な説明】

第１図は基本構成の概略図、第２ａ〜２ｂ図は
市販ガラスを使用した窓を示す説明図、そして第
３ａ〜３ｂ図は本発明によるガラスを使用した窓
を示す説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ SiO₂ 35〜56（単位：重量％） PbO 24〜46 Li₂Ｏ ０〜2.5 Na₂Ｏ ０〜４ K₂Ｏ ７〜21 Cs₂Ｏ ０〜５Σ＝12〜21 CeO₂ 0.5〜2.5 CuO Fe₂O₃０〜0.05 のガラス系において、該ガラス系はMgO，CaO，
   SrO，BaO，ZnOおよびCdOを含まず、かつSiO₂
   が少なくとも35％含まれることを条件にB₂O₃お
   よびGd₂O₃で置換されてなり、高エネルギー放射
   線に対する耐放電性が５×10⁸を越えることを特
   徴とするγ線、Ｘ線および中性子線を吸収する放
   射線遮断ガラス。 ２ 中性子吸収ガラス中に付加的に同位体Li−６
   が（Li−６）₂Ｏの形で2.4wt％未満含まれている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   ガラス。 ３ 清澄剤As₂O₃および／またはSb₂O₃、ハロゲ
   ンＦおよびClおよび硫酸塩を0.5wt％未満含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または２項
   に記載のガラス。