Long-term oxidative degradation of electron-beam irradiated high density polyethylene studied positron annihilation lifetime technique

陽電子消滅寿命法を用いた電子線照射高密度ポリエチレンの長期的な酸化劣化の研究

岡 壽崇   ; 木野 康志*; 関根 勉*

Oka, Toshitaka; Kino, Yasushi*; Sekine, Tsutomu*

ポリエチレンは原子力施設や加速器施設のケーブル被覆材や絶縁体として利用されており、長期間の利用で劣化することが知られている。そのため、施設の安全性や健全性には、劣化の評価が非常に重要である。本研究では、電子線照射から3年間大気中で保管した高密度ポリエチレンの長期酸化劣化を、赤外分光法, ゲル分率測定, 電子スピン共鳴法および陽電子消滅寿命測定法を用いて継続的に調べた。オルトポジトロニウムの生成割合とゲル分率測定の結果には直線関係があり、この直線関係は時間とともに低生成割合・低ゲル分率の方向にシフトした。これらの結果は、高密度ポリエチレンは3年経ってもなお、長期的な酸化劣化を引き起こしていることを示している。また、陽電子消滅寿命測定法は、照射による構造変化を非破壊にモニターすることができることがわかった。

Polyethylene is widely used for an insulator and a covering material in nuclear plants. it degrades with irradiation or oxidation during long-term usage, the evaluation of the degradation is important for the safety of the facility. Electron-beam was irradiated high density polyethylene (HDPE). Chemical structure was examined by micro-FT-IR, gel fraction measurement, and electron spin resonance, nanostructure was examined by positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS), periodically. Ortho-Positronium (o-Ps) intensity shows the linear relationship between the gel fraction, the relationship shifts toward the smaller o-Ps intensity and lower gel fraction with elapsed time, suggesting that HDPE degrade even after 3 years from the irradiation due to the long-term oxidative degradation. The obtained results shows that PALS can monitor the structural change induced by the irradiation, non-destructively.