JP2014010040A - 土壌からの放射線量を減衰させる方法及び放射線減衰材並びに放射線減衰材の製造方法 - Google Patents
土壌からの放射線量を減衰させる方法及び放射線減衰材並びに放射線減衰材の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】本発明は、土壌からの放射線量を減衰させる方法及び放射線減衰材並びに放射線減衰材の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る土壌からの放射線量を減衰させる方法は、エラストマー１００質量部にグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料を１０質量部以上１２０質量部以下配合した粒子状の放射線減衰部材５０ａを放射線物質に汚染された土壌１に散布することを特徴とする。グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料５０ａが放射線Ｒの遮蔽効果を有するので、粒子状の放射線減衰部材５０ａを土壌１に散布することによって、土壌１からの放射線量を減衰することができる。
【選択図】図３
【解決手段】本発明に係る土壌からの放射線量を減衰させる方法は、エラストマー１００質量部にグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料を１０質量部以上１２０質量部以下配合した粒子状の放射線減衰部材５０ａを放射線物質に汚染された土壌１に散布することを特徴とする。グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料５０ａが放射線Ｒの遮蔽効果を有するので、粒子状の放射線減衰部材５０ａを土壌１に散布することによって、土壌１からの放射線量を減衰することができる。
【選択図】図３
Description
本発明は、土壌からの放射線量を減衰させる方法及び放射線減衰材並びに放射線減衰材の製造方法に関する。
２０１１年３月１１日の東北地方太平洋沖地震に伴って発生した東京電力福島第１原子力発電所事故による放射性物質の土壌汚染は深刻な問題となっており、汚染された土壌の除染は急務である。現在も汚染土の除去、吸着剤による除去等の除染作業は行われているが、放射性物質によって汚染された地域が非常に広範囲であり、除染作業が進んでいないのが現実である。
現在、福島県で行われている除染作業の多くは、建物の表面については高圧洗浄機などを用いて水で洗い、土地については土壌表面をすき取って、すき取った表土を埋設するというものである。このような除染方法は一定の効果があるものの、汚染された地域は非常に広範囲であり、全ての汚染土壌表面を同様に除染することは困難である。
また、セシウム吸着材としてはゼオライトなどの天然鉱物以外にも、顔料であるプルシアンブルーを用いた放射性セシウムの吸着材があった（例えば、非特許文献１参照）。このような吸着材は、放射性物質を汚染土壌において吸着し、吸着材と共に除去することが可能であるが、放射線を遮蔽する能力がないため、保管・運搬時に吸着材に吸着した放射性セシウムからの放射線による外部への影響が懸念されている。
独立行政法人産業技術総合研究所 研究発表 プレスリリース２０１１年８月２４日発表「プルシアンブルーを利用して多様な形態のセシウム吸着材を開発」
そこで、本発明は、土壌からの放射線量を減衰させる方法及び放射線減衰材並びに放射線減衰材の製造方法を提供する。
本発明に係る土壌からの放射線量を減衰させる方法は、
エラストマー１００質量部にグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料を１０質量部以上１２０質量部以下配合した粒子状の放射線減衰部材を放射線物質に汚染された土壌に散布することを特徴とする。
エラストマー１００質量部にグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料を１０質量部以上１２０質量部以下配合した粒子状の放射線減衰部材を放射線物質に汚染された土壌に散布することを特徴とする。
本発明に係る土壌からの放射線量を減衰させる方法によれば、グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料が放射線の遮蔽効果を有するので、粒子状の放射線減衰部材を土壌に散布することによって、土壌からの放射線量を減衰することができる。また、本発明に係る土壌からの放射線量を減衰させる方法によれば、粒子状の放射線減衰部材の比重が金属粒子ほど大きくないので雨などで地中へ沈殿しにくく、地表付近にとどまることができるため放射線を効率よく減衰させることができる。特に、除染作業において、本発明にかかる土壌からの放射線量を減衰させる方法を行うことで、放射
線減衰部材が散布された土壌を運搬し、保管する際の除染作業者に対する運搬土壌あるいは保管土壌からの放射線の影響を低減することができる。
線減衰部材が散布された土壌を運搬し、保管する際の除染作業者に対する運搬土壌あるいは保管土壌からの放射線の影響を低減することができる。
本発明に係る土壌からの放射線量を減衰させる方法において、
前記炭素材料がグラフェンであるとき、前記炭素材料は、エラストマー１００質量部に対して、１０質量部以上８０質量部以下を配合することができる。
前記炭素材料がグラフェンであるとき、前記炭素材料は、エラストマー１００質量部に対して、１０質量部以上８０質量部以下を配合することができる。
本発明に係る土壌からの放射線量を減衰させる方法において、
前記放射線減衰部材は、活性炭、ゼオライト及びプルシアンブルーから選択された１種以上の放射性物質吸着材をさらに５質量部以上１００質量部以下含むことができる。
前記放射線減衰部材は、活性炭、ゼオライト及びプルシアンブルーから選択された１種以上の放射性物質吸着材をさらに５質量部以上１００質量部以下含むことができる。
本発明に係る土壌からの放射線量を減衰させる方法において、
前記放射線減衰部材は、吸水性樹脂をさらに２０質量部以上３００質量部以下含むことができる。
前記放射線減衰部材は、吸水性樹脂をさらに２０質量部以上３００質量部以下含むことができる。
本発明に係る土壌からの放射線量を減衰させる方法において、
前記放射線減衰部材は、金属粒子をさらに５０質量部以上２０００質量部以下含むことができる。
前記放射線減衰部材は、金属粒子をさらに５０質量部以上２０００質量部以下含むことができる。
本発明に係る放射線減衰材は、
エラストマー１００質量部にグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料を１０質量部以上１２０質量部以下配合したことを特徴とする。
エラストマー１００質量部にグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料を１０質量部以上１２０質量部以下配合したことを特徴とする。
本発明に係る放射線減衰材によれば、放射線遮蔽材であるグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料を配合した複合エラストマー組成物である放射線減衰材を得ることで、使用環境に応じた、様々な形状の放射線減衰部材を提供することができる。また、本発明に係る放射線減衰材によれば、比較的比重が小さいため、軽量で取り扱いやすく、土壌へ設置したときに地中へ沈殿することを防止することができる。
本発明に係る放射線減衰材において、
前記炭素材料がグラフェンであるとき、前記炭素材料は、エラストマー１００質量部に対して、１０質量部以上８０質量部以下を配合することができる。
前記炭素材料がグラフェンであるとき、前記炭素材料は、エラストマー１００質量部に対して、１０質量部以上８０質量部以下を配合することができる。
本発明に係る放射線減衰材において、
さらに、活性炭、ゼオライト及びプルシアンブルーから選択された１種以上の放射性物質吸着材を５質量部以上１００質量部以下含むことができる。
さらに、活性炭、ゼオライト及びプルシアンブルーから選択された１種以上の放射性物質吸着材を５質量部以上１００質量部以下含むことができる。
本発明に係る放射線減衰材において、
さらに、吸水性樹脂を２０質量部以上３００質量部以下含むことができる。
さらに、吸水性樹脂を２０質量部以上３００質量部以下含むことができる。
本発明に係る放射線減衰材において、
さらに、金属粒子を５０質量部以上２０００質量部以下含むことができる。
さらに、金属粒子を５０質量部以上２０００質量部以下含むことができる。
本発明に係る放射線減衰材の製造方法は、
エラストマーとグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料とを混合して第１の複合材を得る工程と、
前記第１の複合材と吸水性樹脂とを混合して放射線減衰材を得る工程と、
を含むことを特徴とする。
エラストマーとグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料とを混合して第１の複合材を得る工程と、
前記第１の複合材と吸水性樹脂とを混合して放射線減衰材を得る工程と、
を含むことを特徴とする。
本発明に係る放射線減衰材の製造方法によれば、軽量で取り扱いやすく、土壌へ設置し
たときに地中へ沈殿することを防止することができる放射性減衰材を製造することができる。
たときに地中へ沈殿することを防止することができる放射性減衰材を製造することができる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
Ａ．放射性減衰材
本発明の一実施の形態に係る放射線減衰材は、エラストマー１００質量部にグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料を１０質量部以上１２０質量部以下配合したことを特徴とする。
本発明の一実施の形態に係る放射線減衰材は、エラストマー１００質量部にグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料を１０質量部以上１２０質量部以下配合したことを特徴とする。
放射線減衰材は、放射線遮蔽材であるグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料が配合された複合エラストマー組成物である。複合エラストマー組成物の放射線減衰材は、使用環境に応じて様々な形状に形成することができる。放射線減衰材は、炭素材料を用いることによって、例えば金属に比べて比重が小さいため、軽量で取り扱いやすい。そのため、土壌へ放射線減衰材を設置したときに地中へ沈殿することを防止することができる。原子力発電所から放出された放射性物質は地表付近に存在するため、放射性減衰材の比重が小さければ、地中へ沈殿しにくく、長期間に渡り放射線の遮蔽・減衰効果を持続できる。
Ａ−１．エラストマー
放射線減衰材に用いるエラストマーとしては、室温で高いゴム弾性を有する、天然ゴム、合成ゴム、熱可塑性エラストマーから選択することができる。例えば、天然ゴム（ＮＲ）；エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ，ＥＰＤＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、クロロブチルゴム（ＣＩＩＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコーンゴム（Ｑ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、エポキシ化ブタジエンゴム（ＥＢＲ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ，ＣＥＯ）、ウレタンゴム（Ｕ）、ポリスルフィドゴム（Ｔ）などの合成ゴム；オレフィン系（ＴＰＯ）、ポリ塩化ビニル系（ＴＰＶＣ）、ポリエステル系（ＴＰＥＥ）、ポリウレタン系（ＴＰＵ）、ポリアミド系（ＴＰＥＡ）、スチレン系（ＳＢＳ）などの熱可塑性エラストマー；およびこれらの混合物を用いることができる。特に、カーボンナノチューブを配合する場合には、エラストマーの混練の際にフリーラジカルを生成しやすい極性の高いエラストマー、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）などを用いることができる。また、極性の低い
エラストマー、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）であっても、混練の温度を比較的高温（例えばＥＰＤＭの場合、５０℃〜１５０℃）とすることで、フリーラジカルを生成するのでカーボンナノチューブを配合する場合にも用いることができる。特に、土壌へ散布する放射線減衰部材に用いる場合には、例えば、耐候性に優れた合成ゴムを用いることができ、耐水性に優れたニトリルゴム（ＮＢＲ）を用いることができる。また、複数種類のゴムを混合して用いることができ、例えば合成ゴムと天然ゴムとを混合して用いることもできる。
放射線減衰材に用いるエラストマーとしては、室温で高いゴム弾性を有する、天然ゴム、合成ゴム、熱可塑性エラストマーから選択することができる。例えば、天然ゴム（ＮＲ）；エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ，ＥＰＤＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、クロロブチルゴム（ＣＩＩＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコーンゴム（Ｑ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、エポキシ化ブタジエンゴム（ＥＢＲ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ，ＣＥＯ）、ウレタンゴム（Ｕ）、ポリスルフィドゴム（Ｔ）などの合成ゴム；オレフィン系（ＴＰＯ）、ポリ塩化ビニル系（ＴＰＶＣ）、ポリエステル系（ＴＰＥＥ）、ポリウレタン系（ＴＰＵ）、ポリアミド系（ＴＰＥＡ）、スチレン系（ＳＢＳ）などの熱可塑性エラストマー；およびこれらの混合物を用いることができる。特に、カーボンナノチューブを配合する場合には、エラストマーの混練の際にフリーラジカルを生成しやすい極性の高いエラストマー、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）などを用いることができる。また、極性の低い
エラストマー、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）であっても、混練の温度を比較的高温（例えばＥＰＤＭの場合、５０℃〜１５０℃）とすることで、フリーラジカルを生成するのでカーボンナノチューブを配合する場合にも用いることができる。特に、土壌へ散布する放射線減衰部材に用いる場合には、例えば、耐候性に優れた合成ゴムを用いることができ、耐水性に優れたニトリルゴム（ＮＢＲ）を用いることができる。また、複数種類のゴムを混合して用いることができ、例えば合成ゴムと天然ゴムとを混合して用いることもできる。
Ａ−２．炭素材料
炭素材料は、グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる。グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料は、カーボンブラックなどの炭素材料に比べて、炭素の結晶構造の違いによる電子密度が高く、放射線遮蔽効果が高くなると考えられる。このように微小サイズの炭素材料をエラストマー中に均一に分散させることによって、高い放射線の遮蔽効果を得ることができる。微小サイズの炭素材料は表面積が大きく、放射線減衰材中に広く分散し分布することができるため、単に比重当たりの放射線遮蔽効率に優れることができる。
炭素材料は、グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる。グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料は、カーボンブラックなどの炭素材料に比べて、炭素の結晶構造の違いによる電子密度が高く、放射線遮蔽効果が高くなると考えられる。このように微小サイズの炭素材料をエラストマー中に均一に分散させることによって、高い放射線の遮蔽効果を得ることができる。微小サイズの炭素材料は表面積が大きく、放射線減衰材中に広く分散し分布することができるため、単に比重当たりの放射線遮蔽効率に優れることができる。
炭素材料が微小サイズであることによる放射線遮蔽効果は、平均自由工程の式でも説明することができる。
平均自由工程＝１／μ
＝１／（ｎσ）
（ここで、ｎは放射線が衝突する炭素材料粒子の数、σは炭素材料粒子の断面積）
このように、同じ配合量でも炭素材料が微小サイズになれば炭素材料の粒子の数は増えることになるので、衝突確率が高くなり、放射線の遮蔽能力も高くなることがわかる。
平均自由工程＝１／μ
＝１／（ｎσ）
（ここで、ｎは放射線が衝突する炭素材料粒子の数、σは炭素材料粒子の断面積）
このように、同じ配合量でも炭素材料が微小サイズになれば炭素材料の粒子の数は増えることになるので、衝突確率が高くなり、放射線の遮蔽能力も高くなることがわかる。
グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料の配合量は、エラストマー１００質量部に対して１０質量部以上１２０質量部以下であり、さらに１０質量部以上８０質量部以下であることができる。グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料の配合量が１０質量部以上であれば放射線を遮蔽する効果が得られ、１２０質量部以下であれば加工が可能である。エラストマーと炭素材料は、焼却処理することで炭素になるだけなので、金属などの他の放射線遮蔽材に比べて環境に与える影響が小さいと考えられる。なお、本明細書中におけるエラストマーに配合する物質の平均粒径、平均直径及び平均長さは、電子顕微鏡による当該物質の撮像を用いて複数箇所の粒径、直径及び長さを計測し、その算術平均値として計算して得ることができる。
カーボンナノチューブは、グラフェン構造のシートを円筒状にした単層あるいは多層の繊維状の物質である。カーボンナノチューブは、平均直径が０．５ｎｍ〜５００ｎｍであることができ、さらに０．５ｎｍ〜１００ｎｍであることができる。カーボンナノチューブは、ストレート繊維状または湾曲繊維状であることができる。カーボンナノチューブの配合量は、材料の形状や用途に応じて適宜設定できるが、カーボンナノチューブによるセルレーションを得るためにはエラストマー１００質量部に対して、カーボンナノチューブを１０質量部〜１２０質量部の割合で含むことができ、さらに、平均直径が０．５ｎｍ〜２０ｎｍのカーボンナノチューブであれば１０質量部以上８０質量部以下の割合で含むことができ、平均直径が６０ｎｍ〜２００ｎｍのカーボンナノチューブであれば１０質量部以上１２０質量部以下の割合で含むことができる。カーボンナノチューブが１０質量部以上であればセルレーション構造が得られるとともに、放射性物質の吸着能力も得られ、１２０質量部以下であれば加工性が可能である。繊維状のカーボンナノチューブは、粒子状に凝集したまま用いるのではなく、解繊し分散することによって放射線減衰材中に三次元的な網目構造を形成し、放射線との衝突確率が高くなると考えられる。
グラフェンは、グラフェン構造のシートであって、グラフェン構造のシートを複数積層させたシートを含む。グラフェンは、グラフェンの層上や端に酸素原子・水酸基、またはその他の電子親和性の比較的高い分子が吸着した構造を有する酸化グラフェンまたは酸化還元グラフェン、グラフェンプレートを含む。グラフェンは、平均厚みが０．５ｎｍ〜１００ｎｍであることができ、平板面積が０．０１μｍ〜３００μｍであることができる。ここで、平均厚みと平均面積は、電子顕微鏡による当該物質の撮像を用いて複数箇所計測し、その算術平均値として計算して得ることができる。グラフェンの配合量は、エラストマー１００質量部に対して１０質量部以上８０質量部以下であり、さらに２０質量部以上６０質量部以下であることができる。グラフェンの配合量が１０質量部以上であれば放射線を遮蔽する効果が得られ、８０質量部以下であれば加工が可能である。
Ａ−３．その他の配合剤
放射線減衰材は、グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料以外の放射線遮蔽材料をさらに含むことができる。放射線減衰材は、例えば、金属粒子や金属酸化物粒子などを含むことができる。放射線遮蔽性能に優れた金属粒子としては、鉛、鉄、銅、タングステンなどを挙げることができる。放射線遮蔽性能に優れた金属酸化物粒子としては、酸化鉛、フェライトなどを挙げることができる。グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料以外の放射線遮蔽材料全体の配合量は、エラストマー１００質量部に対して、５０〜２０００質量部であることができ、さらに１００質量部以上１５００質量部以下であることができる。放射線遮蔽材料全体の配合量が５０質量部以上であると放射線の遮蔽能力が得られ、２０００質量部以下であれば加工可能である。ただし、金属粒子を放射線減衰材に含む場合には、金属イオンが土壌へ流出することによって周辺環境へ影響を与えないように配慮すべきである。
放射線減衰材は、グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料以外の放射線遮蔽材料をさらに含むことができる。放射線減衰材は、例えば、金属粒子や金属酸化物粒子などを含むことができる。放射線遮蔽性能に優れた金属粒子としては、鉛、鉄、銅、タングステンなどを挙げることができる。放射線遮蔽性能に優れた金属酸化物粒子としては、酸化鉛、フェライトなどを挙げることができる。グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料以外の放射線遮蔽材料全体の配合量は、エラストマー１００質量部に対して、５０〜２０００質量部であることができ、さらに１００質量部以上１５００質量部以下であることができる。放射線遮蔽材料全体の配合量が５０質量部以上であると放射線の遮蔽能力が得られ、２０００質量部以下であれば加工可能である。ただし、金属粒子を放射線減衰材に含む場合には、金属イオンが土壌へ流出することによって周辺環境へ影響を与えないように配慮すべきである。
放射線減衰材は、グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料以外の放射性物質吸着材料をさらに含むことができる。放射性物質吸着材料は、活性炭、ゼオライト及びプルシアンブルーから選択された１種以上であることができる。放射性物質吸着材料の配合量は、できるだけ多く配合することが望ましいが、他の配合剤との配合割合を適宜調整し、エラストマー１００質量部に対して、５質量部以上１００質量部以下であることができ、さらには１０質量部以上６０質量部以下であることができる。複数種の放射性物質吸着剤を同時に用いることもできる。
放射線減衰材は、吸水性にすぐれた多量の水分を保持することができる吸水性樹脂をさらに含むことができる。吸水性樹脂は、例えば、自重の１００倍から１０００倍の水分を吸収することができ、また圧力をかけても離水しにくい性質を有する。吸水性樹脂は、紙おむつや生理用品などの吸水材として広く用いられるものを採用することができる。吸水性樹脂としては、例えば、ポリアクリル酸ナトリウムなどを採用することができる。吸水性樹脂の配合量は、エラストマー１００質量部に対して、２０質量部以上３００質量部以下であることができ、さらには４０質量部以上２００質量部以下であることができる。吸水性樹脂の配合量が２０質量部以上であれば比較的優れた吸水能力が得られ、３００質量部以下であれば樹脂の溶出もほとんどない。
Ｂ．放射線減衰材の製造方法
本発明の一実施の形態に係る放射線減衰材の製造方法は、エラストマーとグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料とを混合して第１の複合材を得る工程と、前記第１の複合材と吸水性樹脂とを混合して放射線減衰材を得る工程と、を含むことを特徴とする。この混合工程において、グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料以外の配合剤、例えば前記Ａにおいて説明した、放射線遮蔽材料、放射性物質吸着材料などを配合することができる。なお、ここでは、吸水性樹脂を配合する場合について説明するが、吸水性樹脂を用いないこともできる。放射線減衰
材の製造方法における混合工程は、公知の混合方法を用いることができる。特に、凝集しやすく解繊しにくいカーボンナノチューブを配合する場合には、０〜５０℃の低温における強混練工程を採用することができる。
本発明の一実施の形態に係る放射線減衰材の製造方法は、エラストマーとグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料とを混合して第１の複合材を得る工程と、前記第１の複合材と吸水性樹脂とを混合して放射線減衰材を得る工程と、を含むことを特徴とする。この混合工程において、グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料以外の配合剤、例えば前記Ａにおいて説明した、放射線遮蔽材料、放射性物質吸着材料などを配合することができる。なお、ここでは、吸水性樹脂を配合する場合について説明するが、吸水性樹脂を用いないこともできる。放射線減衰
材の製造方法における混合工程は、公知の混合方法を用いることができる。特に、凝集しやすく解繊しにくいカーボンナノチューブを配合する場合には、０〜５０℃の低温における強混練工程を採用することができる。
より具体的には、図１を用いてロール間隔が０．５ｍｍ以下の薄通しを行なうオープンロール法を用いた例について述べる。
図１は、２本のロールを用いたオープンロール法を模式的に示す図である。図１において、符号１０は第１のロールを示し、符号２０は第２のロールを示す。第１のロール１０と第２のロール２０とは、所定の間隔ｄ、例えば１．５ｍｍの間隔で配置されている。第１および第２のロールは、正転あるいは逆転で回転する。図示の例では、第１のロール１０および第２のロール２０は、矢印で示す方向に回転している。
まず、第１，第２のロール１０，２０が回転した状態で、第１のロール１０に、エラストマー３０を巻き付けると、ロール１０，２０間にエラストマーがたまった、いわゆるバンク３２が形成される。このバンク３２内に例えば炭素材料としてのカーボンナノチューブ４０を加えて、第１、第２のロール１０，２０を回転させると、エラストマー３０とカーボンナノチューブ４０の混合物が得られる。この混合物をオープンロールから取り出す。さらに、第１のロール１０と第２のロール２０の間隔ｄを、好ましくは０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．１ないし０．５ｍｍの間隔に設定し、得られた混合物をオープンロールに投入して薄通しを行なう。薄通しの回数は、例えば３回〜１０回程度行なうことが好ましい。第１のロール１０の表面速度をＶ１、第２のロール２０の表面速度をＶ２とすると、薄通しにおける両者の表面速度比（Ｖ１／Ｖ２）は、１．０５ないし３．００であることが好ましく、さらに１．０５ないし１．２であることが好ましい。このような表面速度比を用いることにより、所望の剪断力を得ることができる。
このようにして得られた剪断力により、エラストマー３０に高い剪断力が作用し、凝集していたカーボンナノチューブ４０がエラストマー分子に１本ずつ引き抜かれるように相互に分離し、エラストマー３０に分散され、第１の複合材が得られる。
この工程では、できるだけ高い剪断力を得るために、エラストマーとカーボンナノチューブ及び第２のカーボンナノチューブとの混合は、０ないし５０℃で行うことができ、さらに、５ないし３０℃の比較的低い温度で行うことができる。このような低温での薄通しは、エラストマーがゴム弾性を有しているので、カーボンナノチューブを効率よくマトリックス中に分散することができる。
このとき、本実施の形態のエラストマーは、上述した特徴、すなわち、エラストマーの分子形態（分子長）や分子運動によって表される弾性と、粘性と、カーボンナノチューブ及び第２のカーボンナノチューブとの化学的相互作用と、を有することによってカーボンナノチューブの分散を容易にするので、分散性および分散安定性（カーボンナノチューブが再凝集しにくいこと）に優れた第１の複合材を得ることができる。
さらに、図示しないが、第１の複合材と吸水性樹脂とを混合して放射性遮蔽材を得る。ここでの混合方法は、オープンロール法によって引き続き実施してもよいし、他の混合方法を用いることもできる。
ここでは、カーボンナノチューブの例について説明したが、グラフェンを用いた場合でも同様に製造することができる。
エラストマーに炭素材料を剪断力によって分散させる工程は、上記オープンロール法に
限定されず、密閉式混練法あるいは多軸押出し混練法を用いることもできる。要するに、この工程では、凝集した炭素材料を分離できる剪断力をエラストマーに与えることができればよい。
限定されず、密閉式混練法あるいは多軸押出し混練法を用いることもできる。要するに、この工程では、凝集した炭素材料を分離できる剪断力をエラストマーに与えることができればよい。
放射線減衰材は、用途に応じて種々の形態の放射線減衰部材に形成することができる。図２は、放射線減衰部材５０ａ，５０ｂ，５０ｃを説明するための模式図である。例えば、図２に示すように、（Ａ）放射性減衰材を粉砕機によって粉砕して粒子状の放射線減衰部材５０ａとすることもできるし、（Ｂ）放射性減衰材をロールで一定の厚さを有するシート状に成形してシート状の放射線減衰部材５０ｂとすることもできるし、（Ｃ）放射性減衰材を金型内で所定形状例えば図のような円柱ブロックに成形した放射線減衰部材５０ｃとすることもできる。粒子状の放射線減衰部材５０ａは、平均粒径１００μｍ以上５ｍｍ以下であることができ、平均粒径１００μｍ以上であれば砂の粒径（例えば１０μｍ程度）よりも大きいので土壌から流出しにくく、しかも一般的な粉砕機で粉砕することで製造することができ、平均粒径が５ｍｍ以下であれば放射線を比較的効率よく遮蔽することができる。シート状の放射線減衰部材５０ｂは、１枚のシートとして用いることができ、また、用途に応じて複数枚のシートを積層して用いることができる。また、円柱ブロックなどの所定形状に成形した放射線減衰部材５０ｃは、例えば放射性物質を含む土壌などを保管する簡易容器の蓋などに用いることができる。
Ｃ．土壌からの放射線量を減衰させる方法
本発明の一実施の形態に係る土壌からの放射線量を減衰させる方法は、エラストマー１００質量部にグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料を２０質量部以上１２０質量部以下配合した粒子状の放射線減衰部材を放射線物質に汚染された土壌に散布することを特徴とする。
本発明の一実施の形態に係る土壌からの放射線量を減衰させる方法は、エラストマー１００質量部にグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料を２０質量部以上１２０質量部以下配合した粒子状の放射線減衰部材を放射線物質に汚染された土壌に散布することを特徴とする。
図３〜図５は、本発明の一実施の形態に係る土壌からの放射線量を減衰させる方法を説明するための模式図である。
図３に示すように、原子力発電所から放出された放射線物質によって汚染された土壌１の地表２に粒子状の放射線減衰部材５０ａを散布する。また、放射性物質によって汚染された土壌１の地表２に粒子状の放射性減衰部材５０ａを散布した後、土壌１と放射性減衰部材５０ａとを混合することができる。この混合には、農地の耕作に用いられる器具及び方法を用いることができ、例えば広い土地であれば耕運機などを用いることができる。地表２には、汚染された土壌１と粒子状の放射性減衰部材５０ａとが混ざり合ったまま存在する。
土壌１の地表２からは放射線Ｒが放出されている。粒子状の放射線減衰部材５０ａは、地表２に全面にまんべんなく散布できるように、粒子の平均直径が１００μｍ以上であることができる。粒子の平均直径が１００μｍ以上であると風や雨によって移動しにくいため地表２に定着しやすい。なお、土壌１は、単に地上である場合に限らず、川底や海底などの水中における土壌も含まれる。
図４に示すように、散布されたまたは散布されて土壌と混合された放射線減衰部材５０ａは、地表２付近にあって、土壌１内の放射線物質から放出される放射線量を減衰することができる。また、グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料が放射性物質の吸着効果を有するので、粒子状の放射線減衰部材５０ａを土壌に散布することによって、地表２又は地表２付近の土壌１中に存在する放射性物質を吸着し、固定化した状態で放射線を遮蔽することができる。さらに、粒子状の放射線減衰部材の比重が金属粒子ほど大きくないので雨等で地中へ沈殿しにくく、地表付近にとどまることができるため放射線を効率よく減衰させることができる。特に、除染作業において、放射線減
衰部材が散布された土壌を運搬し、保管する際に、除染作業者に対する運搬土壌あるいは保管土壌からの放射線の影響を低減することができる。
衰部材が散布された土壌を運搬し、保管する際に、除染作業者に対する運搬土壌あるいは保管土壌からの放射線の影響を低減することができる。
放射線減衰部材５０ａが放射線遮蔽材料をさらに含むことによって、地表２付近にある放射性物質から放出される放射線量をより効率よく減衰することができる。
放射線減衰部材５０ａが放射性物質吸着材料をさらに含むことによって、地表２付近にある放射性物質を吸着し、固定化することで、放射性物質から放出される放射線量をより効率よく減衰することができる。また、除染作業において地表２付近の土壌を取りのぞく場合には、放射性物質が固定化された状態でしかも放射線量が減衰されているので、作業員への影響も減少し、土壌を移動させる際に放射線物質が飛散するのを防止することもできる。
放射線減衰部材５０ａが吸水性樹脂をさらに含むことによって、吸水性樹脂が水分と共に放射性物質を取り込むこともできるため、放射性物質を吸着しやすくすることもできる。また、散水あるいは雨水を吸水性樹脂が吸水し、体積が増えることによって、比較的少量の放射性減衰部材５０ａを散布しても、広い範囲で地表２の放射線量を減衰することができる。さらに、放射線減衰部材５０ａが吸水性樹脂を含むことによって、水に溶け込んだ放射性物質を水と一緒に吸収することができるため、例えば、水中に放射性減衰部材１０ａを散布しても水中の放射線量を減衰する効果が期待できる。
図５に示すように、放射線減衰部材５０ａは、比較的小さな比重であるため、雨水Ｗによって地下へ沈殿しにくく、地表２近くにとどまって放射線量を長期間にわたって減衰することができる。したがって、例えば除染によって取り除いた土壌を保管する際に、放射線減衰部材５０ａを散布しておくことで放射性物質を移動しにくくすることができるため、放射性物質を保管場所に固定化できる。
また、上述の実施形態においては、放射線減衰部材を散布して用いたが、例えば、あらかじめ地表付近の放射性物質を多く含む土壌をすき取った後、このすき取った土と放射線減衰部材とを混合し、放射線量を減衰させた状態にして保管することもできる。
図６〜図７は、本発明の一実施の形態に係る土壌からの放射線量を減衰させる他の方法を説明するための模式図である。
図６に示すように、放射線物質によって汚染された土壌１の地表２をシート状の放射線減衰部材５０ｂで覆うことができる。
図７に示すように、地表２を覆ったシート状の放射線減衰部材５０ｂは、土壌１内の放射線物質から放出される放射線量を減衰することができる。例えば、除染作業によって運び出された汚染土壌１を覆うことによって、保管あるいは運搬の際に、周囲への放射線の影響を低減することができる。
天然ゴム１００質量部に表１〜表４に示す配合剤を配合し、オープンロールを用いて混練して放射線減衰材を得た。より詳細には、ロール径が６インチのオープンロール（ロール温度１０℃〜２０℃）に、表１〜表４に示す所定量（１００ｇ）の天然ゴム（表では「ＮＲ」と記載する）１００質量部（ｐｈｒ：ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｈｕｎｄｒｅｄ ｒｕｂｂｅｒ））を投入して、ロールに巻き付かせた。ロールに巻きついた天然ゴムに対して各種配合剤を投入し、混練し、混合物をロールから取り出した。このとき、ロール間隙を１．５ｍｍとした。ロール間隙を１．５ｍｍから０．３ｍｍと狭くして、混合物を投入し
て薄通しをした。このとき、２本のロールの表面速度比を１．１とした。薄通しは繰り返し５回行った。ロールを所定の間隙（１．１ｍｍ）にセットして、薄通しした混合物を投入し、分出しした。さらに、未加硫の混合物を、１７０℃で２０分間プレス加硫して、厚さが１０ｍｍのシート状の放射線減衰部材のサンプルを得た。各サンプルの比重（ｇ／ｃｍ３）を測定し、表１〜表４に示した。
て薄通しをした。このとき、２本のロールの表面速度比を１．１とした。薄通しは繰り返し５回行った。ロールを所定の間隙（１．１ｍｍ）にセットして、薄通しした混合物を投入し、分出しした。さらに、未加硫の混合物を、１７０℃で２０分間プレス加硫して、厚さが１０ｍｍのシート状の放射線減衰部材のサンプルを得た。各サンプルの比重（ｇ／ｃｍ３）を測定し、表１〜表４に示した。
なお、各配合剤の詳細は以下の通りであった。表１〜表４には略称で示した。
ＦＥＲ：フェライト
ＰｂＯ：酸化鉛
Ｗ：タングステン
Ｃｕ：銅
Ｆｅ：鉄
ＣＢ−１：ＳＡＦカーボンブラック
ＣＢ−２：ＭＴカーボンブラック
ＧＲ：グラファイト
Ｇ−１：グラフェン（厚み：平均厚み２ｎｍ、平均面サイズ１μｍ）
Ｇ−２：グラフェン（厚み：平均厚み７ｎｍ、平均面サイズ２５μｍ）
ＣＮＴ−１：平均直径７０ｎｍのマルチウォール・カーボンナノチューブ
ＣＮＴ−２：平均直径１０ｎｍのマルチウォール・カーボンナノチューブ
ＣＮＴ−３：シングルウォール・カーボンナノチューブ
その他の配合剤として、加工助剤、老化防止剤及び硫黄を配合した。
ＦＥＲ：フェライト
ＰｂＯ：酸化鉛
Ｗ：タングステン
Ｃｕ：銅
Ｆｅ：鉄
ＣＢ−１：ＳＡＦカーボンブラック
ＣＢ−２：ＭＴカーボンブラック
ＧＲ：グラファイト
Ｇ−１：グラフェン（厚み：平均厚み２ｎｍ、平均面サイズ１μｍ）
Ｇ−２：グラフェン（厚み：平均厚み７ｎｍ、平均面サイズ２５μｍ）
ＣＮＴ−１：平均直径７０ｎｍのマルチウォール・カーボンナノチューブ
ＣＮＴ−２：平均直径１０ｎｍのマルチウォール・カーボンナノチューブ
ＣＮＴ−３：シングルウォール・カーボンナノチューブ
その他の配合剤として、加工助剤、老化防止剤及び硫黄を配合した。
これらのサンプルを使用して、以下に示す試験方法により放射線量を測定し、式１により放射線遮蔽率（ＰＦ：％）を計算し、放射線減衰部材サンプルの比重ρ（ｇ／ｃｍ３）とそのサンプルの厚さｔ（ｃｍ）との積ρｔ（ｇ／ｃｍ２）を計算し、表１〜表４に示した。また、表１〜表４の放射線遮蔽率（％）と比重（ｇ／ｃｍ３）との関係を図８に示し、図８の一部を図９に拡大して示した。
まず、汚染土壌の放射線量（Ｉ０：Ｓｖ／ｈ）をシンチレーションカウンタ（ＨＯＲＩＢＡ製 ＰＡ−１０００Ｒａｄｉ）を使用して計測した。次に、シート状の放射線減衰部材を汚染土壌上に設置し、放射線量（Ｉ：Ｓｖ／ｈ）を計測した。得られた測定値から式１を用いて放射線遮蔽率（ＰＦ）を求めた。
遮蔽率ＰＦ（％）＝（Ｉ０−Ｉ）／Ｉ０×１００ （式１）
ここで、Ｉ０は線源の放射線量（Ｓｖ／ｈ）、Ｉは測定放射線量であった。
遮蔽率ＰＦ（％）＝（Ｉ０−Ｉ）／Ｉ０×１００ （式１）
ここで、Ｉ０は線源の放射線量（Ｓｖ／ｈ）、Ｉは測定放射線量であった。
この結果、グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料を用いた放射線減衰部材は、カーボンブラックやグラフェンを用いた比較例サンプルに比べて炭素材料の配合量が比較的少なくても高い放射線遮蔽の効果が得られた。また、グラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料を用いた放射線減衰部材は、金属粉や金属粒子とエラストマーとの複合材に比べて比重は小さいが、放射線遮蔽率（ＰＦ）は高いことが判った。
さらに、実施例３と比較例７の放射線減衰部材を冷凍粉砕機を用いて粉砕し、平均粒径
が１００μｍの粒子状の放射線減衰部材を製造した。この粒子状の放射線減衰部材を汚染土壌上に散布して、上記実施例と同様にして放射線遮蔽率（ＰＦ）を求めた。測定結果は、表５に示す。
が１００μｍの粒子状の放射線減衰部材を製造した。この粒子状の放射線減衰部材を汚染土壌上に散布して、上記実施例と同様にして放射線遮蔽率（ＰＦ）を求めた。測定結果は、表５に示す。
実施例１１の放射線減衰部材は、比較例１０よりも高い放射性減衰効果があった。
１ 土壌、２ 地表、１０ 第１のロール、２０ 第２のロール、ｄ 第１のロール１０と第２のロール２０との間隔、３０ エラストマー、３２ バンク、４０ カーボンナノファイバー、５０ａ 放射線減衰部材、５０ｂ 放射線減衰部材、５０ｃ 放射線減衰部材、Ｒ 放射線、Ｗ水
Claims (11)
- エラストマー１００質量部にグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料を１０質量部以上１２０質量部以下配合した粒子状の放射線減衰部材を放射線物質に汚染された土壌に散布する、土壌からの放射線量を減衰させる方法。
- 請求項１において、
前記炭素材料がグラフェンであるとき、前記炭素材料は、エラストマー１００質量部に対して、１０質量部以上８０質量部以下を配合する、土壌からの放射線量を減衰させる方法。 - 請求項１または２において、
前記放射線減衰部材は、活性炭、ゼオライト及びプルシアンブルーから選択された１種以上の放射性物質吸着材をさらに５質量部以上１００質量部以下含む、土壌からの放射線量を減衰させる方法。 - 請求項１〜３のいずれか１項において、
前記放射線減衰部材は、吸水性樹脂をさらに２０質量部以上３００質量部以下含む、土壌からの放射線量を減衰させる方法。 - 請求項１〜４のいずれか１項において、
前記放射線減衰部材は、金属粒子をさらに５０質量部以上２０００質量部以下含む、土壌からの放射線量を減衰させる方法。 - エラストマー１００質量部にグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料を１０質量部以上１２０質量部以下配合した、放射線減衰材。
- 請求項６において、
前記炭素材料がグラフェンであるとき、前記炭素材料は、エラストマー１００質量部に対して、１０質量部以上８０質量部以下を配合する、放射線減衰材。 - 請求項６または７において、
さらに、活性炭、ゼオライト及びプルシアンブルーから選択された１種以上の放射性物質吸着材を５質量部以上１００質量部以下含む、放射線減衰材。 - 請求項６〜８のいずれか１項において、
さらに、吸水性樹脂を２０質量部以上３００質量部以下含む、放射線減衰材。 - 請求項６〜８のいずれか１項において、
さらに、金属粒子を５０質量部以上２０００質量部以下含む、放射線減衰材。 - エラストマーとグラフェン及びカーボンナノチューブの少なくとも一方からなる炭素材料とを混合して第１の複合材を得る工程と、
前記第１の複合材と吸水性樹脂とを混合して放射線減衰材を得る工程と、
を含む、放射線減衰材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2012146454A JP2014010040A (ja) | 2012-06-29 | 2012-06-29 | 土壌からの放射線量を減衰させる方法及び放射線減衰材並びに放射線減衰材の製造方法 |
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| JP (1) | JP2014010040A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019058911A1 (ja) * | 2017-09-22 | 2019-03-28 | 日本ゼオン株式会社 | ゴム組成物 |
| JP2023546656A (ja) * | 2020-10-14 | 2023-11-07 | コエンバイオ カンパニー リミテッド | 微生物を利用した放射線遮蔽用組成物、及びこれを含む放射線遮蔽材 |
-
2012
- 2012-06-29 JP JP2012146454A patent/JP2014010040A/ja active Pending
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