JP2004077200A - Element transmuter and method for manufacturing it - Google Patents

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Yasuhiro Iwamura
岩村　康弘
Takehiko Ito
伊藤　岳彦
Mitsuru Sakano
坂野　充
Tomotsugu Sakai
坂井　智嗣
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To heighten the efficiency in transmuting radioactive substances to be transmuted into nonradioactive stable elements by enlarging the surface area of a surface layer without upsizing. <P>SOLUTION: An element transmuter is equipped with a substrate 12 with a zigzag stereoscopic profile of the surface on at least one side which is composed of any one among Pr, Pr alloy, hydrogen storage metal other than Pr and hydrogen storage alloy other than Pr alloy, a membrane-like mixture layer 14 which is composed by mixing the same substance as the substrate 12 and a substance whose work function is smaller than that of the substance used for the substrate 12, is laminated and located on the surface on one side of a zigzag form of the substrate 12 and a membrane-like surface layer 16 which is composed of the same substance as the substrate 12, is laminated and located on the surface on the other side of the substrate 12 in the mixture layer 14. Then, elements of the substance to be transmuted are transmuted by locating it on the surface on the other side of the mixture layer 14 in the surface layer 16 and passing through deuterium from the side of the surface layer 16 to the side of the substrate 12. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば原子力施設において生成される長寿命の放射性物質を、重水素と反応させることによって、非放射性の安定元素に変換させるための元素変換体およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所等の原子力施設において発生するＣｓ−１３７（セシウム１３７）や、Ｓｒ−９０（ストロンチウム９０）等の長半減期の放射性元素を、安定した非放射性元素に変換させるための技術として、例えば、本出願人によって出願された特願２００１−２０１８７５がある。
【０００３】
特願２００１−２０１８７５では、図９に示すように、Ｐｄ（パラジウム）等の複合体からなる平板状の元素変換体５０が、２つのセル５１，５２から構成されてなる反応室５３の、両セル５１，５２の境界部に配置される。そして、Ｃｓ−１３７や、Ｓｒ−９０等の被変換物質５４が元素変換体５０のセル５１側の表面に配置された状態で、セル５１側からセル５２側へと重水素ガスが図中の矢印Ｄに示す方向に供給される。
【０００４】
元素変換体５０は、その構成を図１０に示すように、平板状（例えば２５ｍｍ平方で０．１ｍｍ厚）の基板５６と、その上面に積層配置された薄膜状の混合層５７と、さらに混合層５７の上面に積層配置された薄膜状の表面層５８とからなる３層の積層構造体である。
【０００５】
基板５６は、Ｐｄ、Ｐｄ合金、Ｐｄ以外の水素貯蔵金属、およびＰｄ合金以外の水素貯蔵合金によって構成されている。
【０００６】
混合層５７は、基板５６に用いられている物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とが混合して形成されている。Ｐｄの仕事関数は、５．０ｅＶであるので、基板５６にＰｄが用いられたとき、例えば、ＰｄとＣａＯ（酸化カルシウム）とが混合されることによって、あるいはＰｄとＹ２Ｏ３（酸化イットリウム）とが混合されることによって、あるいはＰｄとＴｉＣ（炭化チタン）とが混合されることによって混合層が形成される。ＣａＯ、Ｙ２Ｏ３、およびＴｉＣの仕事関数はそれぞれ１．６ｅＶ、２．０ｅＶ、および２．３ｅＶでありいずれもＰｄの仕事関数より小さい。このようにして形成される混合層５７の厚みは数１０ｎｍ〜数１００ｎｍである。
【０００７】
表面層５８は、基板５６に用いられている物質と同一の物質から構成され、その厚みは、１μｍ以下である。
【０００８】
このように構成された元素変換体５０の表面層５８の表面に放射性の被変換物質５４が塗布等により配置された状態で、図９中の矢印Ｄに示す方向に重水素ガスが供給されると、以下のようなメカニズムによって、被変換物質５４が非放射性の安定元素に変換される。
【０００９】
すなわち、図１１に示すように、混合層５７の光電効果に対する仕事関数は、表面層５８の光電効果に対する仕事関数よりも低いことから、混合層５７は表面層５８よりも電子を放出し易い。このため、表面層５８は、混合層５７から放出された電子（ｅ）が供給された電子過剰の状態となっている。
【００１０】
このような電子過剰の状態の表面層５８に重水素（ｄ）が供給されると、以下に示す（１）式に示すような反応によって、中性子（ｎ）とニュートリノ（ν）とが生成される。
１ｄ２＋−１ｅ０　→　０ｎ２＋ν　・・・・（１）
更に、上記（１）式にしたがって生成された中性子（ｎ）が被変換物質５４と結合することによって、非放射性の安定元素に変換される。例えば、被変換物質５４がＣｓ−１３３の場合、以下に示す（２）式に示すような反応によって、Ｃｓ−１３３が、非放射性の安定元素であるＰｒ−１４１（プラセオジウム１４１）に変換される。
５５Ｃｓ１３３＋４０ｎ２　→　５９Ｐｒ１４１　・・・・（２）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の元素変換体では、以下のような問題がある。
【００１２】
すなわち、被変換物質５４を非放射性の安定元素に変換するための変換効率は、表面層５８の表面積に依存する。つまり、表面層５８に対して、できる限り多量の被変換物質５４を配置することができれば、それだけ多くの被変換物質５４を非放射性の安定元素に変換することができるために、変換効率を高めることができる。
【００１３】
しかしながら、従来技術の元素変換体５０は、図１０に示すように、表面層５８が平坦であるために、変換効率を高めるためには、表面層５８の大きさそのものを大きくする必要があり、元素変換体５０のサイズの大型化をもたらしてしまう。これは、元素変換体５０のみならず、反応室５３の大型化をももたらし、コストアップにつながるという問題がある。
【００１４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、サイズの大型化をもたらすことなく表面層の表面積を大きくすることによって、放射性の被変換物質を非放射性の安定元素へ変換する効率を高めることが可能な元素変換体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１６】
すなわち、請求項１の発明の元素変換体は、略平板形状をなす基板であって、この平板の少なくとも一方の表面の立断面形状がジグザグ形状をなし、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる基板と、基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを混合してなり、基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に積層配置されることによって、自己の立断面形状がジグザグ形状をなす薄膜状の混合層と、基板と同一の物質から構成してなり、混合層の非基板側の表面上に積層配置されることによって、自己の立断面形状がジグザグ形状をなす薄膜状の表面層とを備えている。そして、表面層の非混合層側の表面上に被変換物質が配置され、表面層側から基板側へと重水素が通過されることによって、被変換物質の元素変換が行われる。
【００１７】
従って、請求項１の発明の元素変換体においては、以上のような手段を講じることにより、ジグザグ形状によって表面層の表面積を増やすことによって、サイズの大型化をもたらすことなく、より多くの被変換物質を配置することができるようになる。その結果、変換効率を高めることが可能となる。
【００１８】
請求項２の発明の元素変換体は、略平板形状をなす基板であって、この平板の少なくとも一方の表面の立断面形状がジグザグ形状をなし、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる基板と、基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを混合してなり、基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に積層配置されることによって、自己の立断面形状がジグザグ形状をなす薄膜状の混合層と、基板と同一の物質からなる粉体によって、混合層の非基板側の表面上を覆うように配置されることによって、自己の立断面形状が略ジグザグ形状をなす薄膜状の表面層とを備えている。そして、表面層の非混合層側の表面上に被変換物質が配置され、表面層側から基板側へと重水素が通過されることによって、被変換物質の元素変換が行われる。
【００１９】
以上のような手段を講じることによって、請求項１の発明の元素変換体よりも更に表面層の表面積を増やすことができる。その結果、サイズの大型化をもたらすことなく、変換効率を高めることが可能となる。
【００２０】
請求項３の発明の元素変換体は、略平板形状をなす基板であって、この平板の少なくとも一方の表面の立断面形状がジグザグ形状をなし、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる基板と、基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを混合してなり、基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に積層して密着配置されることによって、自己の立断面形状がジグザグ形状をなす薄膜状の混合層と、基板と同一の物質から構成してなり、混合層の非基板側の表面上に積層配置されることによって、自己の立断面形状が略ジグザグ形状をなす多孔質状の表面層とを備えている。そして、表面層の非混合層側に被変換物質が配置され、表面層側から基板側へと重水素が通過されることによって、被変換物質の元素変換が行われる。
【００２１】
以上のような手段を講じることによって、請求項１の発明の元素変換体よりも更に表面層の表面積を増やすことができる。その結果、サイズの大型化をもたらすことなく、変換効率を高めることが可能となる。
【００２２】
請求項４の発明の元素変換体の製造方法は、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる平板を真空雰囲気で所定のアニール時間に亘ってアニールした後に、重水素置換された強酸で少なくとも一方の表面を所定時間に亘ってエッジングすることによって、この表面の立断面形状がジグザグ形状をなす基板を形成する。次に、形成された基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に、基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを、スパッタリングによって交互に配置させることによって、基板に混合層を積層配置させる。そして、積層配置された混合層の非基板側の表面上に、基板と同一の物質をスパッタリングによって配置することによって、混合層に表面層を積層配置させることによって請求項１の発明の元素変換体を製造する。
【００２３】
従って、請求項４の発明の元素変換体の製造方法においては、以上のような手段を講じることにより、表面層の立断面形状がジグザグ形状をなすような元素変換体を製造することができる。その結果、表面層が平坦な場合よりも、大きく表面積をとれることから、元素変換体のサイズの大型化をもたらすことなく、より多くの被変換物質を同時に変換処理することが可能となる。
【００２４】
請求項５の発明の元素変換体の製造方法は、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる平板を真空雰囲気で所定のアニール時間に亘ってアニールした後に、少なくとも一方の表面を機械加工することによって、この表面の立断面形状がジグザグ形状をなす基板を形成する。次に、形成された基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に、基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを、スパッタリングによって交互に配置させることによって、基板に混合層を積層配置させる。そして、積層配置された混合層の非基板側の表面上に、基板と同一の物質をスパッタリングすることによって、混合層に表面層を積層配置させて請求項１の発明の元素変換体を製造する。
【００２５】
従って、請求項５の発明の元素変換体の製造方法においては、以上のような手段を講じることにより、表面層を機械加工することによって、その立断面形状に精密にジグザグ形状を形成することができる。その結果、表面層が平坦な場合よりも、大きく表面積をとれることから、元素変換体のサイズの大型化をもたらすことなく、より多くの被変換物質を同時に変換処理することが可能となる。
【００２６】
請求項６の発明の元素変換体の製造方法は、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる平板を真空雰囲気で所定のアニール時間に亘ってアニールした後に、重水素置換された強酸で少なくとも一方の表面を、所定時間に亘ってエッジングするかまたは機械加工することによって、この表面の立断面形状がジグザグ形状をなす基板を形成する。次に、形成された基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に、基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを、スパッタリングによって交互に配置させることによって、基板に混合層を積層配置させる。そして、積層配置された混合層の非基板側の表面上に、基板と同一の物質からなる粉体を分散配置させた後に焼結し、混合層に表面層を積層配置させることによって請求項２の発明の元素変換体を製造する。
【００２７】
従って、請求項６の発明の元素変換体の製造方法においては、以上のような手段を講じることにより、請求項２の発明の元素変換体を製造することができる。
【００２８】
請求項７の発明の元素変換体の製造方法は、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる平板を真空雰囲気で所定のアニール時間に亘ってアニールした後に、重水素置換された強酸で少なくとも一方の表面を、所定時間に亘ってエッジングするかまたは機械加工することによって、この表面の立断面形状がジグザグ形状をなす基板を形成する。次に、形成された基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に、基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを、スパッタリングによって交互に配置させることによって、基板に混合層を積層配置させる。そして、積層配置された混合層の非基板側の表面上に、基板と同一の物質を電着させることによって、混合層に多孔質上の表面層を積層配置させることによって請求項３の発明の元素変換体を製造する。
【００２９】
従って、請求項７の発明の元素変換体の製造方法においては、以上のような手段を講じることにより、請求項３の発明の元素変換体を製造することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１から図３を用いて説明する。
【００３２】
図１は、第１の実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって製造した元素変換体の構成例を示す立断面図である。
【００３３】
すなわち、図１にその立断面図を示すような元素変換体１０は、基板１２と、混合層１４と、表面層１６とからなる３層の積層構造体である。
【００３４】
基板１２は、平板形状（例えば２５ｍｍ平方で０．１ｍｍ厚）をなし、混合層１４側の表面の立断面形状がジグザグ形状をなし、Ｐｄ、Ｐｄ合金、Ｐｄ以外の水素貯蔵金属、およびＰｄ合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる。ジグザグのピッチｐおよび高低差ｈともに数μｍ程度である。
【００３５】
混合層１４は、従来技術と同様、基板１２と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを混合してなる。従来技術で説明したように、基板５６にＰｄが用いられたとき、例えば、ＰｄとＣａＯ（酸化カルシウム）とを混合することによって、あるいはＰｄとＹ２Ｏ３（酸化イットリウム）とを混合することによって、あるいはＰｄとＴｉＣ（炭化チタン）とを混合することによって混合層１４を形成する。そして、基板１２のジグザグ形状をなす一方の表面上に、立断面形状がジグザグ形状をなすように積層配置している。混合層１４の厚みｔ１は、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍである。
【００３６】
表面層１６もまた、従来技術で説明したように、基板１２に用いられている物質と同一の物質から構成され、その厚みｔ２は、１μｍ以下の薄膜状の層である。そして、混合層１４の非基板側の表面上に、立断面形状がジグザグ形状をなすように積層配置している。
【００３７】
このように構成された元素変換体１０の表面層１６のジグザグ面に、Ｃｓ−１３７やＳｒ−９０等の放射性の被変換物質５４を配置する。そして、図９に示すように、この元素変換体１０を、元素変換体５０と同様に、２つのセル５１，５２から構成されてなる反応室５３の、両セル５１，５２の境界部に配置する。そして、セル５１側からセル５２側へと重水素ガスを図中の矢印Ｄに示す方向に供給する。これによって、従来技術で説明したようなメカニズムにしたがって被変換物質５４を非放射性の安定元素に変換する。
【００３８】
このように、表面層１６にジグザグ面を形成することによって、表面層１６の表面積を増やすことができる。これによって、元素変換体１０のサイズの大型化をもたらすことなく、より多くの被変換物質５４を表面層１６に配置することができるようにしている。その結果、より多くの被変換物質５４を安定元素に変換することができるようになり、変換効率を高めている。
【００３９】
次に、以上のように構成した元素変換体１０の製造方法について、図２に示すフローチャートを用いて以下に説明する。
【００４０】
すなわち、図１に示すような元素変換体１０を製造するためには、まず、基板１２の材料で構成してなる平板を、１０−７気圧程度の真空雰囲気で、約１０時間に亘ってアニールする（Ｓ１）。
【００４１】
その後、ＤＣｌ／Ｄ２Ｏと、ＤＮＯ３／Ｄ２Ｏとの混合溶液である重王水等の重水素置換された強酸を用いて、少なくとも一方の表面を１００秒間に亘ってエッジングする（Ｓ２）。これによって、エッジングした表面に山谷が形成される。
【００４２】
しかる後に、アルゴンイオンビームスパッタ法によって、厚み２ｎｍ程度の例えばＣａＯと、厚み１８ｎｍ程度の例えばＰｄとを交互に４回ずつスパッタすることによって、図３に示すように、厚み８０ｎｍ程度の混合層１４が形成される（Ｓ３）。
【００４３】
更に、混合層１４の表面に表面層１６を形成する物質（例えばＰｄ）を、その厚みが４０ｎｍ程度になるまでスパッタリングすることによって、図３にその拡大図を示すように、断面がジグザグ形状の表面層１６が形成される（Ｓ４）。
【００４４】
なお、ステップＳ２におけるエッジングに代えて、ナノオーダで機械加工し、基板１２の表面に凹凸をつけることによって、その立断面形状をジグザグ形状にするようにしても良い。
【００４５】
上述したように、本実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって、表面層１６の表面の立断面形状がジグザグ形状の元素変換体１０を製造することができる。
【００４６】
このようにして製造された元素変換体１０は、表面層１６の表面積を増やすことができる。これによって、元素変換体１０のサイズの大型化をもたらすことなく、より多くの被変換物質５４を表面層１６に配置することが可能となる。その結果、変換効率の向上を図ることが可能となる。
【００４７】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図４から図５を用いて説明する。
【００４８】
図４は、第２の実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって製造した元素変換体の構成例を示す立断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４９】
すなわち、図４にその立断面図を示すような元素変換体１８は、図１にその立断面図を示すような元素変換体１０と同様に、立断面形状がジグザグ形状をなす表面を有する基板１２と、立断面形状がジグザグ形状をなす表面に積層配置された混合層１４と、表面層とからなる３層の積層構造体であるが、混合層１４の表面に多数の粉体２０を分散配置させることによって、その立断面形状が略ジグザグ形状となるような表面層を形成している。この粉体は、第１の実施の形態で説明したように、基板１２に用いられている物質と同一の物質を粉体化したものである。
【００５０】
次に、以上のように構成した元素変換体１８の製造方法について、図５に示すフローチャートを用いて以下に説明する。
【００５１】
すなわち、図４に示すような元素変換体１８を製造するためには、図２のフローチャートに示すステップＳ１からステップＳ３と同様の処理を行うことによって、図３に示すような、厚み１００ｎｍ程度の混合層１４が形成される。
【００５２】
更に、表面層１６を形成する物質（例えばＰｄ）の粉体２０を、混合層１４の表面に分散させる（Ｓ５）。なお、粉体２０の径は、４０ｎｍ程度が好適である。粉体２０を分散後、１０気圧程度のアルゴン雰囲気で高温にして焼結させることによって、厚みが４０ｎｍ程度の表面層が形成される（Ｓ６）。
【００５３】
なお、第１の実施の形態と同様に、ステップＳ２におけるエッジングに代えて、ナノオーダで機械加工し、基板１２の表面に凹凸をつけることによって、その立断面形状をジグザグ形状にするようにしても良い。
【００５４】
上述したように、本実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって、多数の粉体２０から形成されてなり、かつその表面の立断面形状がジグザグ形状の表面層を有する元素変換体１８を製造することができる。
【００５５】
このような構成の元素変換体１８は、第１の実施の形態の元素変換体１０よりも表面層の表面積を更に増やすことができる。これによって、元素変換体１８のサイズの大型化をもたらすことなく、更により多くの被変換物質５４を一度に配置することが可能となる。その結果、更なる変換効率の向上を図ることが可能となる。
【００５６】
（第３の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図６から図８を用いて説明する。
【００５７】
図６は、第３の実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって製造した元素変換体の構成例を示す立断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００５８】
すなわち、図６にその立断面図を示すような元素変換体２２は、図１にその立断面図を示すような元素変換体１０と同様に、立断面形状がジグザグ形状をなす表面を有する基板１２と、立断面形状がジグザグ形状をなす表面に積層配置された混合層１４と、表面層とからなる３層の積層構造体であるが、混合層１４の表面に多孔質状の表面層２４を配置している。多孔質状の表面層２４は、その詳細を図７に示すように、多数の空洞２６を有している。このような表面層２４もまた、第１の実施の形態で説明したように、基板１２に用いられている物質と同一の物質からなるものである。
【００５９】
次に、以上のように構成した元素変換体２２の製造方法について、図８に示すフローチャートを用いて以下に説明する。
【００６０】
すなわち、図６に示すような元素変換体２２を製造するためには、図２のフローチャートに示すステップＳ１からステップＳ３と同様の処理を行うことによって、図３に示すような、厚み１００ｎｍ程度の混合層１４が形成される。
【００６１】
その後、表面層２４を形成する物質（例えばＰｄ）を含んだ溶液中で、厚みが４０ｎｍ程度の表面層形成物質（例えばＰｄ）を電着させる（Ｓ７）。これによって、多数の空洞２６を有する多孔質状の表面層２４が形成される。なお、表面層２４の表面積を決定する空洞２６の大きさ、および分布密度については、電着の際の電流密度によって制御することが可能である。
【００６２】
なお、第１の実施の形態と同様に、ステップＳ２におけるエッジングに代えて、ナノオーダで機械加工し、基板１２の表面に凹凸をつけることによって、その立断面形状をジグザグ形状にするようにしても良い。
【００６３】
上述したように、本実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって、多数の空洞２６を有する多孔質状の表面層２４を有する元素変換体２２を製造することができる。
【００６４】
このような構成の元素変換体２２もまた、第１の実施の形態の元素変換体１０よりも表面層の表面積を更に増やすことができる。これによって、元素変換体２２のサイズの大型化をもたらすことなく、更により多くの被変換物質５４を一度に配置することが可能となる。その結果、更に変換効率の向上を図ることができる。
【００６５】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サイズの大型化をもたらすことなく表面層の表面積を大きくすることによって、放射性の被変換物質を非放射性の安定元素へ変換する効率を高めることが可能な元素変換体およびその製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって製造した元素変換体の構成例を示す立断面図
【図２】第１の実施の形態に係る元素変換体の製造方法における処理を示すフローチャート
【図３】第１の実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって製造した元素変換体の表面層近傍の立断面構成例を示す模式図
【図４】第２の実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって製造した元素変換体の構成例を示す立断面図
【図５】第２の実施の形態に係る元素変換体の製造方法における処理を示すフローチャート
【図６】第３の実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって製造した元素変換体の構成例を示す立断面図
【図７】第３の実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって製造した元素変換体の多孔質状の表面層を示す模式図
【図８】第３の実施の形態に係る元素変換体の製造方法における処理を示すフローチャート
【図９】元素変換体に重水素ガスを供給することによって元素変換反応を引き起こす反応室の構成を示す立断面図
【図１０】従来技術による元素変換体の構成を示す立断面図
【図１１】混合層から放出された電子によって電子過剰となっている表面層の状態を説明するための概念図
【符号の説明】
１０，１８，２２，５０…元素変換体
１２，５６…基板
１４，５７…混合層
１６，２４，５８…表面層
２０…粉体
２６…空洞
５１，５２…セル
５３…反応室
５４…被変換物質[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an element converter for converting a long-lived radioactive substance generated in, for example, a nuclear facility into a non-radioactive stable element by reacting with deuterium, and a method for producing the element converter.
[0002]
[Prior art]
As a technique for converting a long half-life radioactive element such as Cs-137 (cesium 137) or Sr-90 (strontium 90) generated in a nuclear facility such as a nuclear power plant into a stable non-radioactive element, for example, And Japanese Patent Application No. 2001-201875 filed by the present applicant.
[0003]
In Japanese Patent Application No. 2001-201875, as shown in FIG. 9, a plate-shaped element converter 50 made of a complex such as Pd (palladium) is provided in both sides of a reaction chamber 53 composed of two cells 51 and 52. It is arranged at the boundary between the cells 51 and 52. Then, in a state in which the substance to be converted 54 such as Cs-137 or Sr-90 is disposed on the surface of the element converter 50 on the cell 51 side, deuterium gas flows from the cell 51 side to the cell 52 side in FIG. It is supplied in the direction shown by arrow D.
[0004]
As shown in FIG. 10, the element converter 50 has a flat (for example, 25 mm square and 0.1 mm thick) substrate 56 and a thin mixed layer 57 laminated on the upper surface thereof. This is a three-layer laminated structure including a thin film surface layer 58 laminated on the upper surface of the layer 57.
[0005]
The substrate 56 is made of Pd, a Pd alloy, a hydrogen storage metal other than Pd, and a hydrogen storage alloy other than the Pd alloy.
[0006]
The mixed layer 57 is formed by mixing a substance used for the substrate 56 and a substance having a smaller work function with respect to the electron generation efficiency in the photoelectric effect than this substance. Since the work function of Pd is 5.0 eV, when Pd is used for the substrate 56, for example, Pd and CaO (calcium oxide) are mixed, or Pd and Y 2 O 3 (yttrium oxide) are used. ) Is mixed, or Pd and TiC (titanium carbide) are mixed to form a mixed layer. The work functions of CaO, Y 2 O 3 and TiC are 1.6 eV, 2.0 eV and 2.3 eV, respectively, which are all smaller than the work function of Pd. The thickness of the mixed layer 57 thus formed is several tens nm to several hundreds nm.
[0007]
The surface layer 58 is made of the same substance as the substance used for the substrate 56, and has a thickness of 1 μm or less.
[0008]
Deuterium gas is supplied in the direction shown by arrow D in FIG. 9 in a state where the radioactive substance to be converted 54 is disposed on the surface of the surface layer 58 of the element converter 50 thus configured by coating or the like. Then, the substance to be converted 54 is converted into a non-radioactive stable element by the following mechanism.
[0009]
That is, as shown in FIG. 11, the work function of the mixed layer 57 for the photoelectric effect is lower than the work function of the surface layer 58 for the photoelectric effect, so that the mixed layer 57 emits electrons more easily than the surface layer 58. For this reason, the surface layer 58 is in an electron excess state in which the electrons (e) emitted from the mixed layer 57 are supplied.
[0010]
When deuterium (d) is supplied to the surface layer 58 in such an electron-excess state, neutrons (n) and neutrinos (ν) are generated by a reaction represented by the following equation (1). You.
1 d 2 + -1 e 0 → 0 n 2 + ν ···· (1)
Further, the neutrons (n) generated according to the above equation (1) are converted into non-radioactive stable elements by binding to the substance to be converted 54. For example, when the substance to be converted 54 is Cs-133, Cs-133 is converted to Pr-141 (praseodymium 141), which is a non-radioactive stable element, by a reaction represented by the following formula (2). .
55 Cs 133 +4 0 n 2 → 59 Pr 141 ···· (2)
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a conventional element converter has the following problems.
[0012]
That is, the conversion efficiency for converting the substance to be converted into a non-radioactive stable element depends on the surface area of the surface layer 58. In other words, if a large amount of the substance to be converted 54 can be disposed on the surface layer 58, the conversion substance 54 can be converted into a non-radioactive stable element as much as possible. be able to.
[0013]
However, in the element converter 50 of the related art, as shown in FIG. 10, since the surface layer 58 is flat, it is necessary to increase the size of the surface layer 58 in order to increase the conversion efficiency. The size of the element converter 50 is increased. This leads to an increase in the size of the reaction chamber 53 as well as the element converter 50, which leads to an increase in cost.
[0014]
The present invention has been made in view of such circumstances, and by increasing the surface area of the surface layer without increasing the size, the efficiency of converting a radioactive conversion substance into a non-radioactive stable element is improved. It is an object of the present invention to provide an element converter that can be increased and a method for producing the same.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.
[0016]
That is, the element converter of the invention according to claim 1 is a substrate having a substantially flat plate shape, wherein at least one surface of the flat plate has a zigzag shape, and palladium, a palladium alloy, and a hydrogen storage material other than palladium. A substrate composed of any of a metal and a hydrogen storage alloy other than a palladium alloy, a material identical to the substrate, and a material having a smaller work function with respect to the electron generation efficiency in the photoelectric effect than this material are mixed. It is composed of the same material as the substrate and a thin-film mixed layer whose self-standing sectional shape is zigzag by being stacked on one surface of the substrate in a zigzag shape. A thin-film surface layer having its own vertical cross-sectional shape formed in a zigzag shape by being stacked on the non-substrate-side surface of the layer. Then, the substance to be converted is arranged on the surface of the surface layer on the non-mixed layer side, and element conversion of the substance to be converted is performed by passing deuterium from the surface layer side to the substrate side.
[0017]
Therefore, in the element converter according to the first aspect of the present invention, by taking the above-described measures, the surface area of the surface layer is increased by the zigzag shape, so that the conversion can be performed without increasing the size. The substance can be arranged. As a result, the conversion efficiency can be increased.
[0018]
The element converter of the invention according to claim 2 is a substrate having a substantially flat plate shape, in which at least one surface of the flat plate has a zigzag shape, and palladium, a palladium alloy, a hydrogen storage metal other than palladium, And a substrate composed of any one of hydrogen storage alloys other than palladium alloys, a material identical to the substrate, and a material having a smaller work function for the electron generation efficiency in the photoelectric effect than this material. The laminated layer is arranged on one surface of the zigzag shape of the substrate, so that the self-standing cross-sectional shape of the thin layer-shaped mixed layer forms a zigzag shape, and the powder of the same substance as the substrate forms the mixed layer. A thin-film surface layer is provided so as to cover the surface on the non-substrate side so that its vertical sectional shape is substantially zigzag. Then, the substance to be converted is arranged on the surface of the surface layer on the non-mixed layer side, and element conversion of the substance to be converted is performed by passing deuterium from the surface layer side to the substrate side.
[0019]
By taking the above measures, the surface area of the surface layer can be further increased as compared with the element converter according to the first aspect of the present invention. As a result, it is possible to increase the conversion efficiency without increasing the size.
[0020]
The element conversion body of the invention according to claim 3 is a substrate having a substantially flat plate shape, wherein at least one surface of the flat plate has a zigzag shape, and palladium, a palladium alloy, a hydrogen storage metal other than palladium, And a substrate composed of any one of hydrogen storage alloys other than palladium alloys, a material identical to the substrate, and a material having a smaller work function for the electron generation efficiency in the photoelectric effect than this material. It is composed of the same material as the substrate, with a thin film-like mixed layer in which its own vertical cross-sectional shape forms a zigzag shape by being laminated and placed in close contact with one surface of the substrate forming a zigzag shape, And a porous surface layer having a self-standing cross-sectional shape substantially zigzag by being stacked on the non-substrate-side surface of the mixed layer. Then, the substance to be converted is arranged on the non-mixed layer side of the surface layer, and elemental conversion of the substance to be converted is performed by passing deuterium from the surface layer side to the substrate side.
[0021]
By taking the above measures, the surface area of the surface layer can be further increased as compared with the element converter according to the first aspect of the present invention. As a result, it is possible to increase the conversion efficiency without increasing the size.
[0022]
In the method for producing an element converter according to the invention of claim 4, a flat plate made of any one of palladium, a palladium alloy, a hydrogen storage metal other than palladium, and a hydrogen storage alloy other than a palladium alloy is prepared in a vacuum atmosphere. After annealing for at least one annealing time, at least one surface is edged with a deuterium-substituted strong acid for a predetermined time to form a substrate having a zigzag vertical cross-sectional shape on this surface. Next, on one surface of the formed substrate in a zigzag shape, the same material as the substrate and a material having a work function with respect to the electron generation efficiency in the photoelectric effect smaller than this material are alternately arranged by sputtering. Thereby, the mixed layer is laminated on the substrate. The element converter according to claim 1, wherein the same substance as the substrate is disposed by sputtering on the surface of the non-substrate side of the stacked mixed layer, whereby the surface layer is stacked on the mixed layer. To manufacture.
[0023]
Therefore, in the method for manufacturing an element converter according to the fourth aspect of the present invention, by taking the above measures, it is possible to manufacture an element converter in which the surface layer has a zigzag vertical sectional shape. As a result, a larger surface area can be obtained than in the case where the surface layer is flat, so that it is possible to simultaneously convert more substances to be converted without increasing the size of the element converter.
[0024]
The method for producing an element converter according to the invention of claim 5 is characterized in that a flat plate made of any one of palladium, a palladium alloy, a hydrogen storage metal other than palladium, and a hydrogen storage alloy other than palladium alloy is prepared in a vacuum atmosphere. After annealing for at least one annealing time, at least one surface is machined to form a substrate having a zigzag vertical sectional shape on this surface. Next, on one surface of the formed substrate in a zigzag shape, the same material as the substrate and a material having a work function with respect to the electron generation efficiency in the photoelectric effect smaller than this material are alternately arranged by sputtering. Thereby, the mixed layer is laminated on the substrate. Then, the same substance as that of the substrate is sputtered on the non-substrate side surface of the laminated mixed layer, whereby the surface layer is laminated and disposed on the mixed layer to produce the element converter according to the first aspect of the present invention. .
[0025]
Therefore, in the method for producing an element converter according to the fifth aspect of the present invention, by taking the above measures, it is possible to form a zigzag shape precisely in the vertical cross-sectional shape by machining the surface layer. it can. As a result, a larger surface area can be obtained than in the case where the surface layer is flat, so that it is possible to simultaneously convert more substances to be converted without increasing the size of the element converter.
[0026]
In the method for producing an element converter according to the invention of claim 6, a flat plate made of any one of palladium, a palladium alloy, a hydrogen storage metal other than palladium, and a hydrogen storage alloy other than a palladium alloy is prepared in a vacuum atmosphere. After annealing for at least one annealing time, at least one surface is subjected to edging or machining for at least one surface with a deuterium-substituted strong acid for a predetermined time, thereby forming a substrate having a zigzag vertical sectional shape on this surface. To form Next, on one surface of the formed substrate in a zigzag shape, the same material as the substrate and a material having a work function with respect to the electron generation efficiency in the photoelectric effect smaller than this material are alternately arranged by sputtering. Thereby, the mixed layer is laminated on the substrate. Then, a powder made of the same substance as the substrate is dispersed and arranged on the non-substrate-side surface of the stacked mixed layer, and then sintered, and the surface layer is stacked and arranged on the mixed layer. Of the present invention.
[0027]
Therefore, in the method for producing an element converter according to the sixth aspect of the present invention, the element converter according to the second aspect of the present invention can be produced by taking the above measures.
[0028]
The method for producing an element converter according to the invention of claim 7 is characterized in that a flat plate made of any one of palladium, a palladium alloy, a hydrogen storage metal other than palladium, and a hydrogen storage alloy other than palladium alloy is prepared in a vacuum atmosphere. After annealing for at least one annealing time, at least one surface is subjected to edging or machining for at least one surface with a deuterium-substituted strong acid for a predetermined time, thereby forming a substrate having a zigzag vertical sectional shape on this surface. To form Next, on one surface of the formed substrate in a zigzag shape, the same material as the substrate and a material having a work function with respect to the electron generation efficiency in the photoelectric effect smaller than this material are alternately arranged by sputtering. Thereby, the mixed layer is laminated on the substrate. Then, the same substance as that of the substrate is electrodeposited on the non-substrate side surface of the laminated mixed layer, whereby the porous layer is laminated on the mixed layer. Manufacture an element converter.
[0029]
Therefore, in the method for manufacturing an element converter according to the seventh aspect of the present invention, the element converter according to the third aspect of the present invention can be manufactured by taking the above measures.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0031]
(First Embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0032]
FIG. 1 is an elevational sectional view showing a configuration example of an element converter manufactured by the method for manufacturing an element converter according to the first embodiment.
[0033]
That is, the element converter 10 whose vertical sectional view is shown in FIG. 1 is a three-layer laminated structure including the substrate 12, the mixed layer 14, and the surface layer 16.
[0034]
The substrate 12 has a flat plate shape (for example, 25 mm square and 0.1 mm thickness), a vertical sectional shape of the surface on the mixed layer 14 side has a zigzag shape, Pd, a Pd alloy, a hydrogen storage metal other than Pd, and a Pd alloy. Other hydrogen storage alloys. Both the zigzag pitch p and the height difference h are about several μm.
[0035]
As in the prior art, the mixed layer 14 is formed by mixing the same substance as the substrate 12 and a substance having a smaller work function with respect to the electron generation efficiency in the photoelectric effect than this substance. As described in the related art, when Pd is used for the substrate 56, for example, by mixing Pd and CaO (calcium oxide), or mixing Pd and Y 2 O 3 (yttrium oxide). Or the mixed layer 14 is formed by mixing Pd and TiC (titanium carbide). Then, on one surface of the zigzag shape of the substrate 12, they are stacked and arranged so that the vertical cross-sectional shape forms a zigzag shape. The thickness t 1 of the mixed layer 14 is a number 10nm~ number 100 nm.
[0036]
The surface layer 16 also as described in the prior art, is composed of the same material as Substances which are used for the substrate 12, the thickness t 2 is the following thin-film layers 1 [mu] m. Then, they are stacked and arranged on the non-substrate-side surface of the mixed layer 14 so that the vertical cross-sectional shape forms a zigzag shape.
[0037]
On the zigzag surface of the surface layer 16 of the element converter 10 thus configured, a radioactive substance to be converted 54 such as Cs-137 or Sr-90 is arranged. Then, as shown in FIG. 9, this element converter 10 is disposed at the boundary between the two cells 51 and 52 in the reaction chamber 53 composed of two cells 51 and 52, similarly to the element converter 50. I do. Then, deuterium gas is supplied from the cell 51 side to the cell 52 side in a direction indicated by an arrow D in the drawing. Thus, the substance to be converted 54 is converted into a non-radioactive stable element according to the mechanism described in the related art.
[0038]
Thus, by forming the zigzag surface on the surface layer 16, the surface area of the surface layer 16 can be increased. Thereby, more substances to be converted 54 can be arranged on the surface layer 16 without increasing the size of the element converter 10. As a result, it is possible to convert more substances to be converted into stable elements, thereby increasing the conversion efficiency.
[0039]
Next, a method for manufacturing the element converter 10 configured as described above will be described below with reference to the flowchart shown in FIG.
[0040]
That is, in order to manufacture the element converter 10 as shown in FIG. 1, first, a flat plate made of the material of the substrate 12 is annealed in a vacuum atmosphere of about 10 −7 atm for about 10 hours. (S1).
[0041]
Thereafter, at least one surface is edged for 100 seconds using a deuterium-substituted strong acid such as heavy aqua regia, which is a mixed solution of DCl / D 2 O and DNO 3 / D 2 O (S2). ). As a result, peaks and valleys are formed on the edged surface.
[0042]
Thereafter, the mixed layer 14 having a thickness of about 80 nm is sputtered alternately four times by, for example, CaO having a thickness of about 2 nm and Pd having a thickness of about 18 nm by argon ion beam sputtering, as shown in FIG. Is formed (S3).
[0043]
Further, a substance (for example, Pd) that forms the surface layer 16 on the surface of the mixed layer 14 is sputtered until its thickness becomes about 40 nm, so that the cross section has a zigzag shape as shown in an enlarged view in FIG. The surface layer 16 is formed (S4).
[0044]
Instead of the edging in step S2, machining may be performed in the nano order, and the surface of the substrate 12 may be made uneven so that the vertical cross-sectional shape thereof becomes a zigzag shape.
[0045]
As described above, the element converter 10 having a zigzag vertical sectional shape on the surface of the surface layer 16 can be manufactured by the method for manufacturing an element converter according to the present embodiment.
[0046]
The element converter 10 manufactured in this manner can increase the surface area of the surface layer 16. Thus, it is possible to arrange more substances to be converted 54 on the surface layer 16 without increasing the size of the element converter 10. As a result, it is possible to improve the conversion efficiency.
[0047]
(Second embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0048]
FIG. 4 is an elevational sectional view showing a configuration example of an element converter manufactured by the method for manufacturing an element converter according to the second embodiment. The same parts as those in FIG. Are omitted, and only different parts will be described here.
[0049]
That is, like the element converter 10 whose elevation cross section is shown in FIG. 1, the element converter 18 whose elevation cross section is shown in FIG. 4 is a substrate having a surface whose elevation cross section has a zigzag shape. 12, a mixed layer 14 laminated on a surface having a zigzag vertical cross-sectional shape, and a three-layer laminated structure composed of a surface layer. A large number of powders 20 are dispersed on the surface of the mixed layer 14. By arranging them, a surface layer is formed such that its vertical cross-sectional shape becomes substantially zigzag. This powder is obtained by pulverizing the same substance as the substance used for the substrate 12 as described in the first embodiment.
[0050]
Next, a method of manufacturing the element converter 18 configured as described above will be described below with reference to a flowchart shown in FIG.
[0051]
That is, in order to manufacture the element converter 18 as shown in FIG. 4, by performing the same processing as in steps S1 to S3 shown in the flowchart of FIG. 2, a thickness of about 100 nm as shown in FIG. The mixed layer 14 is formed.
[0052]
Further, a powder 20 of a substance (for example, Pd) forming the surface layer 16 is dispersed on the surface of the mixed layer 14 (S5). The diameter of the powder 20 is preferably about 40 nm. After the powder 20 is dispersed, the powder 20 is sintered at a high temperature in an argon atmosphere of about 10 atm to form a surface layer having a thickness of about 40 nm (S6).
[0053]
Note that, similarly to the first embodiment, instead of the edging in step S2, machining is performed in the nano-order, and the surface of the substrate 12 is made uneven so that the vertical cross-sectional shape becomes a zigzag shape. good.
[0054]
As described above, by the method for manufacturing an element converter according to the present embodiment, an element converter 18 formed from a large number of powders 20 and having a surface layer whose surface has a zigzag vertical sectional shape is obtained. Can be manufactured.
[0055]
The element converter 18 having such a configuration can further increase the surface area of the surface layer as compared with the element converter 10 of the first embodiment. Thereby, even more substances to be converted 54 can be arranged at once without increasing the size of the element converter 18. As a result, it is possible to further improve the conversion efficiency.
[0056]
(Third embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0057]
FIG. 6 is an elevational sectional view showing a configuration example of an element converter manufactured by the method for manufacturing an element converter according to the third embodiment. The same parts as those in FIG. Are omitted, and only different parts will be described here.
[0058]
That is, like the element converter 10 whose elevation cross section is shown in FIG. 1, the element converter 22 whose elevation cross section is shown in FIG. 6 is a substrate having a surface whose elevation cross section has a zigzag shape. 12, a mixed layer 14 laminated on a surface having a zigzag vertical sectional shape, and a surface layer, a three-layer laminated structure, wherein a porous surface layer 24 is formed on the surface of the mixed layer 14. Is placed. The porous surface layer 24 has many cavities 26, as shown in detail in FIG. Such a surface layer 24 is also made of the same substance as the substance used for the substrate 12, as described in the first embodiment.
[0059]
Next, a method for manufacturing the element converter 22 configured as described above will be described below with reference to a flowchart shown in FIG.
[0060]
That is, in order to manufacture the element converter 22 as shown in FIG. 6, by performing the same processing as Steps S1 to S3 shown in the flowchart of FIG. 2, a thickness of about 100 nm as shown in FIG. The mixed layer 14 is formed.
[0061]
Then, a surface layer forming substance (for example, Pd) having a thickness of about 40 nm is electrodeposited in a solution containing a substance (for example, Pd) for forming the surface layer 24 (S7). As a result, a porous surface layer 24 having many cavities 26 is formed. The size and distribution density of the cavity 26 that determines the surface area of the surface layer 24 can be controlled by the current density during electrodeposition.
[0062]
Note that, similarly to the first embodiment, instead of the edging in step S2, machining is performed in the nano-order, and the surface of the substrate 12 is made uneven so that the vertical cross-sectional shape becomes a zigzag shape. good.
[0063]
As described above, the element converter 22 having the porous surface layer 24 having many cavities 26 can be manufactured by the method for manufacturing an element converter according to the present embodiment.
[0064]
The element converter 22 having such a configuration can also further increase the surface area of the surface layer as compared with the element converter 10 of the first embodiment. Thereby, even more substances to be converted 54 can be arranged at a time without increasing the size of the element converter 22. As a result, the conversion efficiency can be further improved.
[0065]
Although the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such configurations. Within the scope of the technical idea described in the claims, those skilled in the art can come up with various modified examples and modified examples, and these modified examples and modified examples are also within the technical scope of the present invention. It is understood that it belongs to.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by increasing the surface area of the surface layer without increasing the size, it is possible to increase the efficiency of converting a radioactive conversion substance into a non-radioactive stable element. Element conversion body and its manufacturing method can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an elevational sectional view showing a configuration example of an element converter manufactured by a method for manufacturing an element converter according to a first embodiment; FIG. 2 is a method for manufacturing an element converter according to a first embodiment; FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of an elevational cross-sectional configuration near a surface layer of an element converter manufactured by the method for manufacturing an element converter according to the first embodiment. FIG. 5 is a vertical sectional view showing a configuration example of an element converter manufactured by the method for manufacturing an element converter according to the embodiment. FIG. 5 is a flowchart showing processing in a method for manufacturing an element converter according to the second embodiment. FIG. 7 is an elevational sectional view showing a configuration example of an element converter manufactured by the method for manufacturing an element converter according to the third embodiment. FIG. 7 is manufactured by the method for manufacturing an element converter according to the third embodiment. Elemental converter porous surface layer FIG. 8 is a flowchart showing a process in a method for manufacturing an element converter according to a third embodiment. FIG. 9 is a diagram showing a reaction chamber in which a deuterium gas is supplied to the element converter to cause an element conversion reaction. FIG. 10 is a vertical sectional view showing the configuration of an element converter according to the prior art. FIG. 11 is a view for explaining a state of a surface layer in which electrons are excessive due to electrons emitted from the mixed layer. Concept diagram [Explanation of symbols]
10, 18, 22, 50 ... Element converter 12, 56 ... Substrates 14, 57 ... Mixed layer 16, 24, 58 ... Surface layer 20 ... Powder 26 ... Cavities 51, 52 ... Cell 53 ... Reaction chamber 54 ... Conversion target material

Claims (7)

略平板形状をなす基板であって、この平板の少なくとも一方の表面の立断面形状がジグザグ形状をなし、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる基板と、
前記基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを混合してなり、前記基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に積層配置されることによって、自己の立断面形状がジグザグ形状をなす薄膜状の混合層と、
前記基板と同一の物質から構成してなり、前記混合層の非基板側の表面上に積層配置されることによって、自己の立断面形状がジグザグ形状をなす薄膜状の表面層とを備え、
前記表面層の非混合層側に被変換物質が配置され、前記表面層側から前記基板側へと重水素が通過されることによって、前記被変換物質の元素変換が行われるようにした元素変換体。Substrate having a substantially flat plate shape, the vertical cross-sectional shape of at least one surface of the flat plate forms a zigzag shape, palladium, palladium alloy, hydrogen storage metal other than palladium, and hydrogen storage alloy other than palladium alloy A substrate composed of any of the above,
The same substance as the substrate, a mixture of a substance having a smaller work function with respect to the electron generation efficiency in the photoelectric effect than this substance, and by being stacked and arranged on one surface of the zigzag shape of the substrate, A mixed layer in the form of a thin film in which its own vertical cross-sectional shape forms a zigzag shape,
It is composed of the same substance as the substrate, and is disposed on the non-substrate side surface of the mixed layer by lamination, and has a thin-film surface layer in which its own vertical sectional shape forms a zigzag shape,
A substance to be converted is arranged on the non-mixed layer side of the surface layer, and element conversion of the substance to be converted is performed by passing deuterium from the surface layer side to the substrate side. body. 略平板形状をなす基板であって、この平板の少なくとも一方の表面の立断面形状がジグザグ形状をなし、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる基板と、
前記基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを混合してなり、前記基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に積層配置されることによって、自己の立断面形状がジグザグ形状をなす薄膜状の混合層と、
前記基板と同一の物質からなる粉体によって、前記混合層の非基板側の表面上を覆うように配置されることによって、自己の立断面形状が略ジグザグ形状をなす薄膜状の表面層とを備え、
前記表面層の非混合層側に被変換物質が配置され、前記表面層側から前記基板側へと重水素が通過されることによって、前記被変換物質の元素変換が行われるようにした元素変換体。Substrate having a substantially flat plate shape, the vertical cross-sectional shape of at least one surface of the flat plate forms a zigzag shape, palladium, palladium alloy, hydrogen storage metal other than palladium, and hydrogen storage alloy other than palladium alloy A substrate composed of any of the above,
The same substance as the substrate, a mixture of a substance having a smaller work function with respect to the electron generation efficiency in the photoelectric effect than this substance, and by being stacked and arranged on one surface of the zigzag shape of the substrate, A mixed layer in the form of a thin film in which its own vertical cross-sectional shape forms a zigzag shape,
By a powder made of the same substance as the substrate, by being disposed so as to cover the surface on the non-substrate side of the mixed layer, a self-standing cross-sectional shape forms a substantially zigzag thin film surface layer. Prepare,
A substance to be converted is arranged on the non-mixed layer side of the surface layer, and element conversion of the substance to be converted is performed by passing deuterium from the surface layer side to the substrate side. body. 略平板形状をなす基板であって、この平板の少なくとも一方の表面の立断面形状がジグザグ形状をなし、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる基板と、
前記基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを混合してなり、前記基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に積層配置されることによって、自己の立断面形状がジグザグ形状をなす薄膜状の混合層と、
前記基板と同一の物質から構成してなり、前記混合層の非基板側の表面上に積層配置されることによって、自己の立断面形状が略ジグザグ形状をなす多孔質状の表面層とを備え、
前記表面層の非混合層側に被変換物質が配置され、前記表面層側から前記基板側へと重水素が通過されることによって、前記被変換物質の元素変換が行われるようにした元素変換体。Substrate having a substantially flat plate shape, the vertical cross-sectional shape of at least one surface of the flat plate forms a zigzag shape, palladium, palladium alloy, hydrogen storage metal other than palladium, and hydrogen storage alloy other than palladium alloy A substrate composed of any of the above,
The same substance as the substrate, a mixture of a substance having a smaller work function with respect to the electron generation efficiency in the photoelectric effect than this substance, and by being stacked and arranged on one surface of the zigzag shape of the substrate, A mixed layer in the form of a thin film in which its own vertical cross-sectional shape forms a zigzag shape,
A porous surface layer, which is composed of the same substance as the substrate and is stacked and disposed on the non-substrate side surface of the mixed layer, so that its own vertical cross-sectional shape is substantially zigzag. ,
A substance to be converted is arranged on the non-mixed layer side of the surface layer, and element conversion of the substance to be converted is performed by passing deuterium from the surface layer side to the substrate side. body. パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる平板を真空雰囲気で所定のアニール時間に亘ってアニールした後に、重水素置換された強酸で少なくとも一方の表面を所定時間に亘ってエッジングすることによって、この表面の立断面形状がジグザグ形状をなす前記基板を形成し、
前記形成された基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に、前記基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを、スパッタリングによって交互に配置させることによって、前記基板に混合層を積層配置させ、
前記積層配置された混合層の非基板側に、前記基板と同一の物質をスパッタリングすることによって、前記混合層に表面層を積層配置させることによって請求項１に記載の元素変換体を製造するようにした元素変換体の製造方法。Palladium, a palladium alloy, a hydrogen storage metal other than palladium, and a flat plate made of any one of a hydrogen storage alloy other than a palladium alloy are annealed in a vacuum atmosphere for a predetermined annealing time, and then replaced with deuterium. By edging at least one surface with a strong acid for a predetermined time, the substrate having a zigzag vertical cross section of this surface is formed,
On the one surface of the formed substrate in a zigzag shape, the same material as the substrate and a material having a smaller work function for electron generation efficiency in photoelectric effect than this material are alternately arranged by sputtering. By laminating the mixed layer on the substrate,
2. The element converter according to claim 1, wherein the same substance as the substrate is sputtered on the non-substrate side of the stacked mixed layer to form a surface layer on the mixed layer. A method for producing an element converter. パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる平板を真空雰囲気で所定のアニール時間に亘ってアニールした後に、少なくとも一方の表面を機械加工することによって、この表面の立断面形状がジグザグ形状をなす基板を形成し、
前記形成された基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に、前記基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを、スパッタリングによって交互に配置させることによって、前記基板に混合層を積層配置させ、
前記積層配置された混合層の非基板側の表面上に、前記基板と同一の物質をスパッタリングすることによって、前記混合層に表面層を積層配置させて請求項１に記載の元素変換体を製造するようにした元素変換体の製造方法。Palladium, a palladium alloy, a hydrogen storage metal other than palladium, and a flat plate made of any one of the hydrogen storage alloys other than the palladium alloy after annealing in a vacuum atmosphere for a predetermined annealing time, at least one surface. By machining, a substrate whose vertical cross-sectional shape of this surface forms a zigzag shape,
On the one surface of the formed substrate in a zigzag shape, the same material as the substrate and a material having a smaller work function for electron generation efficiency in photoelectric effect than this material are alternately arranged by sputtering. By laminating the mixed layer on the substrate,
2. The element converter according to claim 1, wherein the same substance as that of the substrate is sputtered on the surface of the non-substrate side of the stacked mixed layer to form a surface layer on the mixed layer. And a method for producing an element converter. パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる平板を真空雰囲気で所定のアニール時間に亘ってアニールした後に、重水素置換された強酸で少なくとも一方の表面を、所定時間に亘ってエッジングするかまたは機械加工することによって、この表面の立断面形状がジグザグ形状をなす基板を形成し、
前記形成された基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に、前記基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを、スパッタリングによって交互に配置させることによって、前記基板に混合層を積層配置させ、
前記積層配置された混合層の非基板側の表面上に、前記基板と同一の物質からなる粉体を分散配置させた後に焼結し、前記混合層に表面層を積層配置させることによって請求項２に記載の元素変換体を製造するようにした元素変換体の製造方法。Palladium, a palladium alloy, a hydrogen storage metal other than palladium, and a flat plate made of any one of a hydrogen storage alloy other than a palladium alloy are annealed in a vacuum atmosphere for a predetermined annealing time, and then replaced with deuterium. By edging or machining at least one surface with a strong acid for a predetermined period of time to form a substrate having a zigzag vertical sectional shape of this surface,
On the one surface of the formed substrate in a zigzag shape, the same material as the substrate and a material having a smaller work function for electron generation efficiency in photoelectric effect than this material are alternately arranged by sputtering. By laminating the mixed layer on the substrate,
On the surface of the non-substrate side of the mixed layer arranged in a stack, a powder made of the same substance as the substrate is dispersed and arranged, and then sintered, and a surface layer is stacked and arranged in the mixed layer. 3. A method for producing an element converter according to item 2. パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる平板を真空雰囲気で所定のアニール時間に亘ってアニールした後に、重水素置換された強酸で少なくとも一方の表面を、所定時間に亘ってエッジングするかまたは機械加工することによって、この表面の立断面形状がジグザグ形状をなす基板を形成し、
前記形成された基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に、前記基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを、スパッタリングによって交互に配置させることによって、前記基板に混合層を積層配置させ、
前記積層配置された混合層の非基板側の表面上に、前記基板と同一の物質を電着させることによって、前記混合層に多孔質状の表面層を積層配置させることによって請求項３に記載の元素変換体を製造するようにした元素変換体の製造方法。Palladium, a palladium alloy, a hydrogen storage metal other than palladium, and a flat plate made of any one of a hydrogen storage alloy other than a palladium alloy are annealed in a vacuum atmosphere for a predetermined annealing time, and then replaced with deuterium. By edging or machining at least one surface with a strong acid for a predetermined period of time to form a substrate having a zigzag vertical sectional shape of this surface,
On the one surface of the formed substrate in a zigzag shape, the same material as the substrate and a material having a smaller work function for electron generation efficiency in photoelectric effect than this material are alternately arranged by sputtering. By laminating the mixed layer on the substrate,
4. The porous layer according to claim 3, wherein the same material as that of the substrate is electrodeposited on the non-substrate-side surface of the stacked mixed layer, whereby a porous surface layer is stacked on the mixed layer. A method for producing an element converter, wherein the element converter is produced.
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