プルトニウム燃料施設におけるグローブボックス用グローブ材の模擬アルファ線照射効果試験

Alpha-ray irradiation damage on diverse rubber materials applied to glove box for plutonium treatment

齋藤 浩介; 野上 嘉能; 古田土 和雄; 松山 一富; 遠藤 秀男

Saito, Kosuke; Nogami, Yoshitaka; Kodato, Kazuo; Matsuyama, Kazutomi; Endo, Hideo

平成19年から4年間に渡って実施してきた、グローブボックス用ゴム製グローブに対するアルファ線照射影響を定量的に評価した一連の試験をまとめた。試験内容は、グローブ材となる各種ゴム試料に模擬アルファ線として5MeVのHeイオンを照射し、照射試料を目視及び光学顕微鏡による外観観察並びに引張試験に供したものである。一般に、イオン照射によって表面層数十mのみが劣化して退色及び硬化を呈することがわかった。照射材料は照射量によって引張強さ及び切断時伸びが低下し、引張強さ低下の機構は、表面劣化に伴う損傷を契機とした応力集中である可能性が高いことが見いだされた。高線量環境にて使用されている現行の鉛グローブ材では、イオン照射量1.410cm程度で引張強さの減少が飽和した。また100%の引張り負荷を掛けた同試料への照射によって引張強さの減少が加速され、4.610cm程度で飽和することがわかった。本試験は、先例がないグローブ材料(有機材料)への低エネルギーイオン照射試験であり、物性変化や変質・劣化の定量的なデータが得られたことや、試験の具体化を行ったことは、学術的にも貴重であると言える。

This report is compilation of 4 years tests and experiments of simulated alpha-ray irradiation on diverse materials for glove box application at Plutonium Fuel Development Center, Tokai, JAEA. Specimens prepared from the materials are irradiated with He ion beam whose kinetic energy was 5 MeV and sent to exterior observation, optical microscopy and tensile tests. Experiments revealed ion-irradiation generally makes tens of micrometers of deteriorated layer which is hardened and discolored on the surface of the specimens. According to dose, tensile properties such as tensile strength and elongation at break decrease generally. Tensile strength decrease is expected to ascribe to stress concentration on cracks of irradiation-damaged surface and rupture. Lead-contained glove, which is ordinarily used on highly -radiative environments, saturates the decrease of its tensile strength around fluence of 1.4e+14 cm. In addition, deterioration was accelerated for tension-loaded material and the saturation is around 4.6e+13 cm for 100%-extended specimens. The candidates of alternative new materials are two kinds of developed chlorosulfonated polyethylene (CSM) and conductive rubber, which were experimented and tested in like manner. From the results and inherent properties of these materials, one kind of CSM and conductive rubber are relatively promising. Gloves used at low-dose environments and vinyl chloride applied for glove ports were also experimented and tested, and quantitative data were which are useful for life-elongation measure obtained. The irradiation tests on this report are unprecedented ones with low-energy ion, and the obtained quantitative data of material properties and deterioration are scientifically rare and important.