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Development of 300$$^{circ}$$C heat resistant boron-loaded resin for neutron shielding

300$$^{circ}$$C耐熱ホウ素入り中性子遮へい樹脂材の開発

森岡 篤彦; 櫻井 真治; 奥野 功一*; 佐藤 聡; Verzirov, Y. M.; 神永 敦嗣; 西谷 健夫; 玉井 広史 ; 芝間 祐介; 吉田 茂*; 松川 誠

Morioka, Atsuhiko; Sakurai, Shinji; Okuno, Koichi*; Sato, Satoshi; Verzirov, Y. M.; Kaminaga, Atsushi; Nishitani, Takeo; Tamai, Hiroshi; Shibama, Yusuke; Yoshida, Shigeru*; Matsukawa, Makoto

6重量%のホウ素を含んだフェノール樹脂を母材とした300$$^{circ}$$Cの耐熱性能を有する中性子遮へい樹脂材を開発した。$$^{252}$$Cf中性子源を用いた中性子遮へい性能は、代表的な中性子遮へい樹脂材であるポリエチレンとほぼ同じであった。中性子遮へい性能の実験解析は、3次元モンテカルロ計算コード(MCNP4C2)を、また、断面積は評価済み核データJENDL3.2を用いた。計算結果は実験結果とよく一致した。高温領域での開発樹脂材から放出されるガスの種類を調べるために、昇温脱離ガス分析により室温から300$$^{circ}$$Cの温度領域で脱ガス成分の質量分析を実施した。その結果、観測された質量数は、2, 17, 18, 28, 32, 44であった。それら質量数は、それぞれ、水素,アンモニア,水,一酸化炭素,酸素,二酸化炭素に相当する。開発樹脂材から脱ガスの大部分は、100から150$$^{circ}$$Cで最も多く、アンモニアと水であることが確認できた。水は、中性子遮へいで重要であるが、200$$^{circ}$$Cでベーキングした樹脂材の中性子遮へい性能は、ベーキングを実施していない樹脂材の中性子遮へい性能とほぼ同じであった。高温領域における脱ガスの定量分析は、昇温熱脱離-ガスクロマトグラフ質量分析により行った。150から300$$^{circ}$$C領域で観測された有機ガスの種類は13種類であり、それらの脱ガス量は$$mu$$g/gであった。最後に、開発樹脂の300$$^{circ}$$Cでの中性子遮へい性能を3次元計算により模擬した。327$$^{circ}$$Cの断面積ライブラリーを用いた計算結果は、先記した20$$^{circ}$$Cの断面積ライブラリーを用いた計算結果と相違なかった。

A 300$$^{circ}$$C heat-resistant neutron shielding material is newly developed, which consists of phenol-based resin with 6 weight-% boron. The neutron shielding performance of the developed resin, examined by the $$^{252}$$Cf neutron source, is almost the same as that of the polyethylene. The neutron shielding characteristic was also estimated by 3D Monte Carlo Code MCNP-4C2 using the continuous energy cross section data sets based on the JENDL-3.2. The calculation result agrees well with the experimental result. To understand the kinds of the outgas from the developed resin in the high temperature region, the mass spectrum of the outgas was measured until $$sim$$300$$^{circ}$$C by Thermal Desorption Specroscopy (TDS). The observed mass number was 2, 17, 18, 28, 32, and 44. The number corresponds to hydrogen (H$$_{2}$$), ammonia (NH$$_{3}$$), water (H$$_{2}$$O), carbon monoxide (CO), oxygen (O$$_{2}$$), carbon dioxide (CO$$_{2}$$), respectively. The main outgas component from the resin at 100$$sim$$150$$^{circ}$$C was NH $$_{3}$$ and H$$_{2}$$O. The outgas of NH$$_{3}$$ and H$$_{2}$$O from the resin have been measured, however, the neutron shielding performance of the resin after 200$$^{circ}$$C baking was almost the same as that before baking. The quantitative analysis of the outgas from the resin in the high temperature region was done by the Temperature Programmed Desorption (TPD) / Gas Chromatography and Mass spectrometry (GC/MS). The 13 kinds of organic gases have been observed by the amount of $$mu$$g/g at 300$$^{circ}$$C. The neutron shielding performance of the developed resin at 300$$^{circ}$$C was simulated by the 3D analysis. The resonance cross section of the nucleus is broad at the high temperature region by the Doppler effect. The calculation results using 327$$^{circ}$$C library and 20$$^{circ}$$C library are almost same.

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パーセンタイル:82.92

分野:Materials Science, Multidisciplinary

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