JPH0827387B2 - 耐熱高速中性子遮蔽材 - Google Patents
耐熱高速中性子遮蔽材Info
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- JPH0827387B2 JPH0827387B2 JP2267756A JP26775690A JPH0827387B2 JP H0827387 B2 JPH0827387 B2 JP H0827387B2 JP 2267756 A JP2267756 A JP 2267756A JP 26775690 A JP26775690 A JP 26775690A JP H0827387 B2 JPH0827387 B2 JP H0827387B2
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、中性子遮蔽（減速）能力に優れる金属水素
化物を高体積率に含有し、かつ、成形体として700℃を
超える高温まで安定な中性子遮蔽材に関するものであ
り、中性子遮蔽が必要となる広範な分野にその適用が可
能である。特に、原子炉については、炉容器内炉心周り
中性子遮蔽体、炉心内制御棒周り減速材等として適して
いる。また、核燃料および核原料物質使用施設の中性子
遮蔽材、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（加速器等）の遮蔽材等に好ま
しく利用できる。
化物を高体積率に含有し、かつ、成形体として700℃を
超える高温まで安定な中性子遮蔽材に関するものであ
り、中性子遮蔽が必要となる広範な分野にその適用が可
能である。特に、原子炉については、炉容器内炉心周り
中性子遮蔽体、炉心内制御棒周り減速材等として適して
いる。また、核燃料および核原料物質使用施設の中性子
遮蔽材、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（加速器等）の遮蔽材等に好ま
しく利用できる。
〈従来の技術とその課題〉 中性子の減速材としては、Ｈ、Ｂ、Ｃ等の低原子番号
の元素を含有する物質が優れており、広く採用されてい
る。
の元素を含有する物質が優れており、広く採用されてい
る。
金属水素化物は、有機材料や水と同程度の水素密度を
有し、高温で比較的水素解離圧の低い系を選択すること
により、700℃を超える高温下でも使用できる中性子遮
蔽材あるいは減速材としての可能性を有している。しか
し、金属水素化物それ自体は一般に脆く、特に300℃を
超える温度の上昇・下降を繰り返すことにより歪が解放
され、微粉化する。また、金属水素化物は温度の上昇に
伴い水素の解離が生じやすくなる。例えば、水素化ジル
コニウムの760℃での平衡解離圧は1atmであり、解離水
素を閉じ込める構造上の工夫と解離水素の圧力に耐えら
れる十分な強度を有する金属水素化物含有構造体をつく
る必要があった。
有し、高温で比較的水素解離圧の低い系を選択すること
により、700℃を超える高温下でも使用できる中性子遮
蔽材あるいは減速材としての可能性を有している。しか
し、金属水素化物それ自体は一般に脆く、特に300℃を
超える温度の上昇・下降を繰り返すことにより歪が解放
され、微粉化する。また、金属水素化物は温度の上昇に
伴い水素の解離が生じやすくなる。例えば、水素化ジル
コニウムの760℃での平衡解離圧は1atmであり、解離水
素を閉じ込める構造上の工夫と解離水素の圧力に耐えら
れる十分な強度を有する金属水素化物含有構造体をつく
る必要があった。
〈発明が解決しようとする問題点〉 従来は、高体積率の金属水素化物を含有しながら、70
0℃を超える高温と中性子照射環境下においても寸法安
定性に優れ、十分な機械的強度を持つ構造体を製造する
ことはもちろん、任意の形状の構造体に成形・加工する
ことは困難であった。
0℃を超える高温と中性子照射環境下においても寸法安
定性に優れ、十分な機械的強度を持つ構造体を製造する
ことはもちろん、任意の形状の構造体に成形・加工する
ことは困難であった。
本発明は、高温まで安定な耐熱性物質を金属水素化物
粉末の結合剤すなわちバインダーとして導入し、この結
合剤によって金属水素化物含有成形体とすることによっ
て上記問題点を解決するものであり、以下のような特長
を有する耐熱高速中性子遮蔽材を提供するものである。
粉末の結合剤すなわちバインダーとして導入し、この結
合剤によって金属水素化物含有成形体とすることによっ
て上記問題点を解決するものであり、以下のような特長
を有する耐熱高速中性子遮蔽材を提供するものである。
高体積率の金属水素化物を安定に保持できる。
解離による金属水素化物からの水素ガスの放出を抑制
できる。
できる。
成形体として必要な寸法安定性、機械的強度を有す
る。
る。
700℃を超える高温下でも上記〜の特長を失わな
い。
い。
任意の形状に容易に成形・加工できる。
〈問題点を解決するための手段〉 すなわち本発明による耐熱高速中性子遮蔽材は、珪酸
カルシウムと金属水素化物の粉末からなる混合成形体で
あって、珪酸カルシウム100重量部に対し、金属水素化
物を50〜800重量部含有し、珪酸カルシウムは珪酸質お
よび石灰質のCaO/SiO2モル比が0.5〜2.0の範囲であり、
金属水素化物はTi、Zr、Ｙ、Gd、Eu、Hf、Th、Ｕのいず
れかの金属で水素／金属原子比が0.7以上の範囲であ
り、上記金属水素化物の微粉末表面には酸化物被膜が生
成されていて複合粉末となっていることを特徴とするも
のである。
カルシウムと金属水素化物の粉末からなる混合成形体で
あって、珪酸カルシウム100重量部に対し、金属水素化
物を50〜800重量部含有し、珪酸カルシウムは珪酸質お
よび石灰質のCaO/SiO2モル比が0.5〜2.0の範囲であり、
金属水素化物はTi、Zr、Ｙ、Gd、Eu、Hf、Th、Ｕのいず
れかの金属で水素／金属原子比が0.7以上の範囲であ
り、上記金属水素化物の微粉末表面には酸化物被膜が生
成されていて複合粉末となってい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、化学組成および
成形プロミスについて詳述する。
成形プロミスについて詳述する。
１）．成形体構造 成形体は、添付図面に模式的に示すような構造を有す
る。すなわち、寸法５〜100μｍの金属水素化物粉末１
と寸法１〜10μｍの珪酸カルシウムからなる耐熱バイン
ダー２が均一に微細分散し、気孔率45％以内の構造とな
っている。金属水素化物粉末１の表面には、酸化物被膜
３が生成されていて、解離により発生する水素ガスの放
出を抑制することができる。酸化物は一般に水素透過が
少なく、バリヤー材として適している。耐熱バインダー
は、約700℃の高温まで安定であり、成形加工性に優れ
るので、成形体の機械的強度、寸法安定性等の熱的安定
性を与えるとともに、任意の形状に成形・加工すること
を可能にする。
る。すなわち、寸法５〜100μｍの金属水素化物粉末１
と寸法１〜10μｍの珪酸カルシウムからなる耐熱バイン
ダー２が均一に微細分散し、気孔率45％以内の構造とな
っている。金属水素化物粉末１の表面には、酸化物被膜
３が生成されていて、解離により発生する水素ガスの放
出を抑制することができる。酸化物は一般に水素透過が
少なく、バリヤー材として適している。耐熱バインダー
は、約700℃の高温まで安定であり、成形加工性に優れ
るので、成形体の機械的強度、寸法安定性等の熱的安定
性を与えるとともに、任意の形状に成形・加工すること
を可能にする。
２）．化学組成 中性子減速材：金属水素化物 耐熱バインダー：珪酸カルシウム 例えば トバモライト： 5CaO・6SiO2・5H2O ゾノトライト： 6CaO・6SiO2・H2O 中性子減速材として含有する金属水素化物としては、
水素化チタン、水素化ジルコニウム、水素化イットリウ
ム、水素化ガドリニウム、水素化ユーロピウム、水素化
ハフニウム、水素化トリウム、水素化ウラン等の粉末が
あり、800℃まで水素の解離が少ないものである。これ
ら金属水素化物粉末の表面に酸化物被膜を生成させ、解
離により生じる水素ガスの放出を抑制する。生成方法と
しては、大気中あるいは酸素雰囲気中で金属水素化物の
原料粉末を加熱して表面を酸化することにより酸化被膜
を生成させる方法や、蒸着等の手段によりSiO2、ZrO2等
を被覆する方法がある。
水素化チタン、水素化ジルコニウム、水素化イットリウ
ム、水素化ガドリニウム、水素化ユーロピウム、水素化
ハフニウム、水素化トリウム、水素化ウラン等の粉末が
あり、800℃まで水素の解離が少ないものである。これ
ら金属水素化物粉末の表面に酸化物被膜を生成させ、解
離により生じる水素ガスの放出を抑制する。生成方法と
しては、大気中あるいは酸素雰囲気中で金属水素化物の
原料粉末を加熱して表面を酸化することにより酸化被膜
を生成させる方法や、蒸着等の手段によりSiO2、ZrO2等
を被覆する方法がある。
耐熱バインダーとして含有する珪酸カルシウムは、例
えばトバモライト、ゾノトライト等がある。これらの珪
酸カルシウムは珪酸質粉末と石灰質粉末を原料として合
成することができ、その場合の珪酸質粉末と石灰質粉末
のCaO/SiO2モル比は、トバモライトの合成では0.6〜1.
0、ゾノトライトの合成では、0.8〜1.2が望ましい。
えばトバモライト、ゾノトライト等がある。これらの珪
酸カルシウムは珪酸質粉末と石灰質粉末を原料として合
成することができ、その場合の珪酸質粉末と石灰質粉末
のCaO/SiO2モル比は、トバモライトの合成では0.6〜1.
0、ゾノトライトの合成では、0.8〜1.2が望ましい。
金属水素化物の添加量は、多ければ多いほど、その遮
蔽性能は大であるが、遮蔽材としての適性は、珪酸カル
シウム100重量部に対して、金属水素化物が800重量部を
超えると、成形材の作製が困難となる。また、遮蔽効果
を有効にするためには、少なくとも50重量部の金属水素
化物が必要である。さらに、成形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、金属ウイスカ
ー等の補強材の添加が可能である。
蔽性能は大であるが、遮蔽材としての適性は、珪酸カル
シウム100重量部に対して、金属水素化物が800重量部を
超えると、成形材の作製が困難となる。また、遮蔽効果
を有効にするためには、少なくとも50重量部の金属水素
化物が必要である。さらに、成形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、金属ウイスカ
ー等の補強材の添加が可能である。
３）．成形プロセス 成形プロセスは、珪酸カルシウムの合成原料である珪
酸質粉末と石灰質粉末に、表面に酸化物被膜を形成した
金属水素化物の粉末を添加し、均一に混合する。この混
合粉末に対して、０〜50wt％の水を均一に添加した後、
プレス成形または型枠に充填し、高温・高圧水蒸気下で
反応硬化させて成形体を得る。成形体は、必要に応じて
機械加工し、遮蔽材として利用することができる。
酸質粉末と石灰質粉末に、表面に酸化物被膜を形成した
金属水素化物の粉末を添加し、均一に混合する。この混
合粉末に対して、０〜50wt％の水を均一に添加した後、
プレス成形または型枠に充填し、高温・高圧水蒸気下で
反応硬化させて成形体を得る。成形体は、必要に応じて
機械加工し、遮蔽材として利用することができる。
〈実 施 例〉 １）．製造例 表１の配合表の試料No.1、２、３、４を得るために
は、原料を乾式で均一に混合し、粉体100wt％に対し水1
0wt％を加え均一に分散させる。その後、100kg/cm2の圧
力でプレス成形した後、オートクレーブ中で15kg/cm2の
圧力下で15時間養生し、試料を作製した。これらについ
て、物性値を測定した結果を表２に示す。
は、原料を乾式で均一に混合し、粉体100wt％に対し水1
0wt％を加え均一に分散させる。その後、100kg/cm2の圧
力でプレス成形した後、オートクレーブ中で15kg/cm2の
圧力下で15時間養生し、試料を作製した。これらについ
て、物性値を測定した結果を表２に示す。
２）．遮蔽性能評価例 核分裂スペクトル中性子源に対するSUS316と試料No.
1、２、３、４の遮蔽性能を評価した結果を表３に示
す。
1、２、３、４の遮蔽性能を評価した結果を表３に示
す。
この遮蔽性能評価例は、核分裂スペクトルの中性子源
を遮蔽材に接して配置し、線量当量率が、1000分の１
（10-3）、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、SUS316の場合の厚さを１とし
て示したものである。
を遮蔽材に接して配置し、線量当量率が、1000分の１
（10-3）、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、SUS316の場合の厚さを１とし
て示したものである。
〈発明の効果〉 １）．耐熱性に優れる。
耐熱性に優れる合金系の金属水素化物を原料とし、耐
熱バインダーにより成形することで、高温での使用が可
能である。
熱バインダーにより成形することで、高温での使用が可
能である。
２）．任意の形状に成形・加工できる。
中性子減速材を耐熱バインダーでくるんで成形する方
式のため、機械的強度のある遮蔽体として任意の形状に
成形することができる。
式のため、機械的強度のある遮蔽体として任意の形状に
成形することができる。
３）．成分とその配合率を変えることで遮蔽性能の設計
ができる。
ができる。
中性子減速材、耐熱バインダーの配合率を変えること
で、遮蔽性能を設計することができる。
で、遮蔽性能を設計することができる。
４）．遮蔽体の薄肉化、軽量化 従来用いられてきたSUS316といったステンレス鋼に比
較して、格段に中性子遮蔽能力に優れ、かつ、密度の小
さい金属水素化物を高体積率で含有する遮蔽体を製造で
きるため、遮蔽体の大幅な薄肉化と軽量化が達成でき
る。
較して、格段に中性子遮蔽能力に優れ、かつ、密度の小
さい金属水素化物を高体積率で含有する遮蔽体を製造で
きるため、遮蔽体の大幅な薄肉化と軽量化が達成でき
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……金属水素化物 ２……耐熱バインダー（珪酸カルシウム） ３……酸化物被膜
フロントページの続き (72)発明者 野村 茂雄 茨城県東茨城郡大洗町成田町4002番地 動 力炉・核燃料開発事業団大洗工学センター 内 (72)発明者 立辺 和明 茨城県東茨城郡大洗町成田町4002番地 動 力炉・核燃料開発事業団大洗工学センター 内 (72)発明者 鹿倉 栄 茨城県東茨城郡大洗町成田町4002番地 動 力炉・核燃料開発事業団大洗工学センター 内 (72)発明者 奥田 久志 茨城県石岡市大字柏原６―１ 株式会社ア スク研究開発本部中央研究所内 (72)発明者 原田 恵文 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央２丁目５番 ５号 株式会社アスク内 (72)発明者 香西 健一 茨城県石岡市大字柏原６―１ 株式会社ア スク研究開発本部中央研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】珪酸カルシウムと金属水素化物の粉末から
なる混合成形体であって、珪酸カルシウム100重量部に
対し、金属水素化物を50〜800重量部含有し、珪酸カル
シウムは珪酸質および石灰質のCaO/SiO2モル比が0.5〜
2.0の範囲であり、金属水素化物はTi、Zr、Ｙ、Gd、E
u、Hf、Th、Ｕのいずれかの金属で水素／金属原子比が
0.7以上の範囲であり、上記金属水素化物の微粉末表面
には酸化物被膜が生成されていて複合粉末となっている
ことを特徴とする耐熱高速中性子遮蔽材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2267756A JPH0827387B2 (ja) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | 耐熱高速中性子遮蔽材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2267756A JPH0827387B2 (ja) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | 耐熱高速中性子遮蔽材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04143696A JPH04143696A (ja) | 1992-05-18 |
| JPH0827387B2 true JPH0827387B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=17449151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2267756A Expired - Fee Related JPH0827387B2 (ja) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | 耐熱高速中性子遮蔽材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0827387B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1990
- 1990-10-05 JP JP2267756A patent/JPH0827387B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04143696A (ja) | 1992-05-18 |
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