JP2020030076A - ジェネレータとその使用方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特に、本発明のジェネレータを宇宙探査機に用いる場合には、宇宙探査機が地上から十分離れたタイミングで、転換されたラジオアイソトープ物質の崩壊が始まるように制御することができる。これにより、宇宙探査機の安全管理が画期的に容易となり、宇宙探査の自在性を画期的に向上させることができる。
(ジェネレータ)
図1は、本発明の第一実施形態に係るジェネレータ(熱の発生器、発電機等)100の構成を、模式的に示すブロック図である。実線矢印は熱の流れを示し、破線矢印は電力の流れを示している。ジェネレータ100は、主に、熱源101と、中性子の照射を制御する制御部108と、熱電変換装置103と、それらを内包し、放熱装置104を備えたRTGシェル105と、を有する。制御部108は、主に、中性子源102と、中性子生成手段106と、中性子照射手段107と、で構成されている。
例えば、宇宙探査機に中性子源102を搭載することを想定したとき、中性子源102が、RTGシェル105の内部に配置されている場合について例示しているが、RTGシェル105の外部であっても、宇宙探査機の内部に配置されていればよいものとする。
なお、本明細書では、単体で自発的に崩壊することができ、さらに半減期が5億年よりも短い核種を、ラジオアイソトープと定義する。この定義を踏まえ、本明細書のラジオアイソトープ物質前駆体は、単体で自発的に崩壊することができず、半減期が5億年以上であり、ラジオアイソトープでないものとする。
上述した構成を有するジェネレータ100を使用して、宇宙探査機の熱エネルギーを生成(供給)する手順について説明する。
中性子源102は、上述したように、宇宙探査機に中性子源102を搭載されている必要はなく、例えば、地球以外の天体、または宇宙空間に存在する人工構造物(宇宙ステーション、人工衛星等)に、中性子源を設置してもよい。この場合、地球から打ち上げられた宇宙探査機を、一旦、同天体または同人工構造物に着陸(接続)させ、そこに設置された中性子源を用いて中性子の照射を行うことになる。地球上の生命に影響が及ぶ虞がないため、中性子源として原子炉を用いることができ、これにより、中性子の発生効率が大幅に向上し、生成される熱エネルギーを大幅に増大させることができる。
ここまでに挙げた例とは異なり、中性子源102として、中性子を放出している地球以外の天体を用い、天体から放射される中性子をラジオアイソトープ物質前駆体に照射させてもよい。この場合の宇宙探査機は、中性子源102、中性子生成手段106、中性子照射手段107を搭載する必要がなく、装置構成の簡略化と軽量化を実現することができる。
図3は、本発明の二実施形態に係るジェネレータ200の構成を、模式的に示すブロック図である。本実施形態では、宇宙探査機に、中性子源102、中性子生成手段106、中性子照射手段107を搭載しないことを想定し、それらがRTGシェルの外部であり、かつ宇宙探査機の外部に配置されているものとする。その他の構成については、第一実施形態の構成と同様であり、第一実施形態と対応する箇所については、形状の違いによらず、同じ符号で示している。
本実施形態では、宇宙探査機の打ち上げ前に、ラジオアイソトープ物質前駆体に対して中性子を照射する。本実施形態のジェネレータ200を用い、熱エネルギーを生成する手順について説明する。
100A、200A・・・宇宙探査機に搭載する部分
101・・・熱源
102・・・中性子源
103・・・熱電変換装置
104・・・放熱装置
104A・・・放熱板
105・・・RTGシェル
105A・・・収容部
105B・・・封止部
106・・・中性子生成手段
107・・・中性子照射手段
108・・・制御部
109・・・蓄電池
110・・・原子炉
111・・・炉心
112・・・外壁
113・・・中性子取り出し孔
Claims (11)
- 中性子の照射によってラジオアイソトープ物質となる、ラジオアイソトープ物質前駆体を備えた熱源と、
前記中性子の照射を制御する制御部と、を有することを特徴とするジェネレータ。 - 前記制御部が、
中性子源と、
前記中性子源から前記中性子を生成する中性子生成手段と、
生成した前記中性子を所定のタイミングで、前記ラジオアイソトープ物質前駆体に照射する中性子照射手段と、で構成されていることを特徴とする請求項1に記載のジェネレータ。 - 前記ラジオアイソトープ物質前駆体の半減期が、50億年以上であることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のジェネレータ。
- 前記ラジオアイソトープ物質前駆体がトリウムを主成分として含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のジェネレータ。
- 前記中性子源がプルトニウムを含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のジェネレータ。
- 前記ラジオアイソトープ物質前駆体に接続された熱電変換装置を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のジェネレータ。
- 前記中性子源が、前記熱源を収容する空間の内部に配置されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のジェネレータ。
- 前記中性子源が、前記熱源を収容する空間の外部に配置されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のジェネレータ。
- 前記熱源を収容する空間が、鉄、タングステン、グラファイトのうち、少なくとも一つの材料を主成分とする層で覆われていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のジェネレータ。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載のジェネレータを使用して、宇宙探査機の熱エネルギーを生成するためのジェネレータの使用方法であって、
前記宇宙探査機の打ち上げ前に、前記ラジオアイソトープ物質前駆体に対して中性子を照射し、
前記宇宙探査機が宇宙空間に到達した後に、前記ラジオアイソトープ物質前駆体がラジオアイソトープ物質に転換するように、前記中性子の照射のタイミングを調整することを特徴とするジェネレータの使用方法。 - 前記ラジオアイソトープ物質前駆体に照射する中性子を、アルミニウム部材に粒子線を照射して発生させることを特徴とする請求項10に記載のジェネレータの使用方法。
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