JPS6270799A - 核放射線吸収材 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は核放射線吸収材に係る。

原子力産業の発達に伴って、有効で強力な放射線吸収材
の配合及び製造のための研究が世界的規模で進められて
いる。この目的を達成するためには、以下の基準に適合
する製造するための材料を使用する必要がある。

−特別の核特性、即ち実効捕獲断面積が大きい、二次放
出レベルが低い、放射線に対する経時的安定性がよい等
の特性をもつことが必要である。

−特別な中性子線において、放射線の吸収により発生さ
れる熱効果に耐えるような高溶解点を有することが必要
である。

−発生された熱の迅速な除去を備えるために、良熱伝導
体でなければならない。

−成形し易い機械的特性をもつことが必要である。

−動作媒体又は環境において耐腐食性でなければならな
い。そして −コストができるだけ低いことが必要である。

中性子吸収に使用される全ての材料のうちで、最も広く
和られているものは力Ｆミウム、サマリウム、ユーロピ
ウム、ホウ素及びガドリニウムである。

カドミウムの欠点は、毒性が強く、融点が極めて低く（
３２１Ｃ）また沸点も極めて低い（７６５℃）ことであ
る。サマリウムとユーロピウムとは極めてコストが高い
のでその工業利用は実質的に皆無である。

これら材料のうちで最も普及しているものはホウ素であ
り、種々の形態で使用されており、例えば元素ホウ素、
ホウ化物、炭化ホウ素、ホウ酸等がある。更にこの物質
を対象として多数の特許が出願されている。しかし乍ら
この材料の欠点は機械的特性がよくないことであシ、従
って、各種の吸収材の所望形態の維持に必要な品質を得
るために例えばアルミニウムの如き金属マトリクス中で
高度に希釈する必要がある。しかし乍らこの場合、放射
線吸収能力が極度に低下し、これを補償するためには使
用される材料の量を増加させなければならない。このこ
とは結局、吸収材のコスト増につながる。また、ホウ素
はアルミニウムに実質的に不溶なので、得られる材料が
複合物質であり、その製造にはアルミニウムマトリクス
中にホウ素を均等に分散させ吸収能力にムラが生じない
ようにするには、極めて複雑な製造プロセスが必要であ
る。

ガドリニウム及びその酸化物は種々の原子力装置で以前
から使用されており、燃料と混合されて減速材の機能を
果たす。しかし乍ら、放射線吸収材の製造に使用するた
めには問題がちる。

一般的に粉末の形態で得られるガドリニウムの酸化物は
別の物質と混合して使用される必要があり、このために
は極めて複雑な技術を要する。また、機械的特性が極め
てよくないので複雑な形状の吸収材の製造に注意を要し
コストも高い。更に、酸化物の欠点は熱伝導率のレベル
が低いことであり、元素カドＩＪ　ニウムに比較して吸
収能力が比較的低い。

ガドリニウムの金属自体に関して考えると、コストがい
っそう高くなり、また極めて酸化し易いので使用が難し
い。

しかし乍ら、低速中性子の領斌では、ガドＩＪ　ニウム
は公知の全ての吸収材のうちで最大の実効捕獲断面積を
もつ。特にホウ素と比較すると、エネルギレベル１０　
　　ｅＶの熱中性子の断面積は１００倍の大きさである
。高速中性子に関しては、ガドリニウムとホウ素との有
効性は同程度である。

このような理由から、本出願人はガドリニウムの利点と
欠点とを熟知したうえで、ガドリニウムからすぐれた核
放射線吸収材を製造する方法を研究しその開発に成功し
た。

吸収材の特徴は、純アルミニウムと合金アルミニウムと
分散相含有の純もしくは合金アルミニウムから成るグル
ープから選択されたアルミニウムとガドリニウムとの合
金から形成されることである。

従って吸収材はガドリニウム０．０５〜７０重量係を含
有するガドリニウム−アルミニウムベースの合金である
。ガドＩＪ　ニウム０．０５％未満では吸収効果が過度
に低下し、７０悌を上回ると合金の形成が難しい。上記
範囲は好ましくは０．１〜１５俤であり、吸収すべき放
射線の種類と束とに左右される。

使用される純アルミニウムは、３層電解もしくは分別晶
出の如き任意の方法で精製されたものでもよく、又は鉄
及びケイ素の如き通常の不純物と共に電解槽の出口で収
集された−１１でもよい。

または、アルミニウムがアルミニウム協会規格の表示番
号１０００．５０００及び６０００の従来の合金でもよ
い。これら合金は、製造される吸収材の機械的特性を強
化し得る。または、カドミウム、サマリウム、ユーロピ
ウム、リチウム、ハフニウム及びタンタルの如き同じく
吸収質の別の１種類以上の金属とアルミニウムとの合金
を使用してもよい。これら合金はタイプ１０００．５０
００及び６０００の合金から製造され得る。

更に、合金又は合金でないアルミニウムが、吸収材の機
械的強度を改良するだめの炭素繊維もしくはその他の繊
維の如き分散相を含んでいてもよい。また、かかる繊維
と任意に組合せて放射線吸収物質例えばホウ素及びその
誘導体を使用アルミニウムの３０重量％未満までの量で
含んでいてもよい。

本発明方法で製造されるガドＩＪ　ニウム−アルミニウ
ム合金は機械的特性がよいので、低圧もしくは高圧の砂
型鋳造もしくはチル鋳造、熱間圧延もしくは冷間圧延、
押出及び鍛造から選択された製法を少なくとも１つ用い
てｆｆ：意の形状の吸収材に容易に成形される。

かかる合金は、完全に均質な組織をもち極めて均一な実
効捕獲断面積をもつ。更に、Ｑｄの割合次第で比重を変
えることができるので、Ｑｄの割合を３０重量％未′ｔ
ｉ１こするとアルミニウムＩＣ極めて近い比重にするこ
とができ、極めて軽量な中性子バリヤーが得られる。

以下の表ＩはＱｄの含量が夫々１１％及び２３％の２種
類の二元合金υ−Ｑｄの比重を示す。

表Ｉ：二元合金后−Ｑｄの比重 Ｑｄの重量％　　　比重 １１　　　　　２．９２ ２５　　　　　３．１２ アルミニウムマトリクスは最終製品に好レベルて生じた
熱が外部冷却系に速やかに除去される。

合金Ａ／　−Ｇｄの溶融開始温度は極めて高く、多くの
場合６２０Ｃよシ高温である。この特性のため、中性子
又はその他の光線の吸収によって生じた加熱効果ｌこ容
易に耐える中性子バリヤーが形成されるＯ Ｇｄの原子買値は極めて高＜　（１５６，９ｇ　）、特
にγ線とＸ線とはかな夛の程度まで吸収される。

一般的に耐食性はガドリニウムの存在によって全く又は
殆んど影響を受けない。従って、耐食性は使用アルミニ
ウムマトリクスに極めて近い。シリーズ１０００．５０
００及び６０００の合金は、大気の物質又は海岸の空気
に対してすぐれた耐食性をもつ。この耐食性は更に、適
当な表面処理（陽極酸化、中和（ａｌｏｄｉｎｅ　）、
塗装、プラスチック被膜等）によって強化され得る。

機械的特性は良好であり選択されたアルミニウムマトリ
クスに依存する。アルミニウムーガドリニウムニ元合金
の場合、機械的特性はガドリニウムの活に伴って変化す
る。以下の表■け、Ｇｄを夫々、１２重量及び２５重量
％含む２種類の鋳造合金について得られた結果を示す。

表■−υ−Ｑｄ二元合金の機械的特性 以下の表ＩはＱｄを１１重量％含む圧延合金で得られた
結果を示す。

銅、ケイ素、亜鉛、マグネシウム等の元素をドープした
アルミニウムマトリクスを使用すると、強度レベルと弾
性限度とが顕著に増加して以下の値に到達し得る。

Ｔ（、ｍ　　　　　　　２８０〜３２０ＭＰＡＲｐ０．
２　　　２２０〜２６０ＭＰＡＡチ　　　　　　　　３
〜１０優 上記の高いほうの数値は上限値ではなく、三元合金、四
元合金、三元合金等のガドＩＪ　ニウム含有合金は上記
の値よシも高い値を与え得る。

これら金属合金の機械加工には全く問題がない。

省１ハすべき）髪うメータ及び処理速度は、アルミニウ
ム合金一般の場合と同じである。

本発明は、軍事利用又は平和利用に隅わり４．＋１４　
（放射線（中性子、γ線、Ｘ線）の吸収が問題となる分
野に多くの用途をもつ。

本発明の用途として例えば、核廃棄物の輸送及び貯稜用
フラスコ、原子炉燃料要素貯蔵用スイミングプールラッ
ク、除染装置の遮蔽、軍用自動車の遮蔽又は装甲、放射
性降下物シェルタ−１原子炉要素、放射線又は放射能諒
を使用する装置のモニタ用遮Ｍ：等がある。勿論これら
は非限定例である。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）純アルミニウムと合金アルミニウムと分散相を含
   む純もしくは合金アルミニウムとから成るグループから
   選択されたアルミニウムとガドリニウムとの合金によつ
   て形成されることを特徴とする核放射線吸収材。
2. （２）ガドリニウムの割合が０．０５〜７０重量％であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の吸収
   材。
3. （３）ガドリニウムの割合が０．１〜１５重量％である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の吸収材
   。
4. （４）合金アルミニウムが、アルミニウム協会規格の表
   示番号１０００、５０００及び６０００の合金から選択
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   吸収材。
5. （５）合金アルミニウムが１種類以上の核放射線吸収金
   属を含有することを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の吸収材。
6. （６）金属が、カドミウム、サマリウム、ユーロピウム
   、リチウム、ハフニウム及びタンタルから成るグループ
   に属することを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載
   の吸収材。
7. （７）分散相が１種類以上の核放射線吸収物質を含有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の吸収
   材。
8. （８）分散相がホウ素又はその誘導体の１つによつて形
   成されることを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載
   の吸収材。
9. （９）ホウ素がアルミニウムの３０重量％まであること
   を特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の吸収材。
10. （１０）分散相が繊維状であることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項に記載の吸収材。
11. （１１）鋳造、圧延、押出及び鍛造から選択された製造
    方法を１種類以上用いて製造されることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項に記載の吸収材。