JP2022181992A - 原子力電池 - Google Patents
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Abstract
Description
に変える仕組みの電池である。この放射線のエネルギーを熱エネルギーとして利用する熱
電変換方式を採る放射性同位体熱電気転換器(RTG;Radioisotope thermoelectric ge
nerator)が宇宙開発の黎明期から長く宇宙探査等で実用化されている。このRTGは、
両端に温度差を生じさせると起電力が生じる熱電素子のゼーベック効果を利用し、放射性
同位体の原子核崩壊の際に発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。
u-238)が用いられてきた。しかしながらこのPu-238は、発熱密度が高くガン
マ線を放出しないという熱源として望ましい性質を持つ一方で、生産に照射施設が必要と
なり調達コストが極端に高いといった課題があった。このため、生産調達コストがより安
価である放射性同位体が、RTGの熱源として提案されている。
ウム241(Am-241)が挙げられている。このAm-241が、放射線遮蔽と発熱
密度の観点より、Pu-238から代替されるRTGの熱源として有望視されている。
てアルファ核種であるプルトニウム238やアメリシウム241が主に用いられる。しか
しながら高純度のプルトニウム238やアメリシウム241は高エネルギーのガンマ線を
放出せず、扱いが比較的容易であるが、生産・調達コストが極端に高いという課題を抱え
ている。
ウム241が得られるが、崩壊の過程で100keV超のガンマ線を放出するアメリシウ
ム243などが含まれ、重い遮蔽体が必要となるため宇宙探査機向けの電源としては適し
ていない。
池において、その発熱体を、崩壊過程で半減期100万年以上の核種に移行する間にエネ
ルギー100keV以上のガンマ線を発しない放射線遮蔽材となる第1発熱体と、この第
1発熱体の内側に配置され崩壊過程で半減期100万年以上の核種に移行する間にエネル
ギー100keV以上のガンマ線を発する第2発熱体とから構成したことを特徴とする。
子力電池において、その発熱体を、崩壊過程で半減期100万年以上の核種に移行する間
にエネルギー100keV以上のガンマ線を発しない放射線遮蔽材となる第1発熱体と、
崩壊過程で半減期100万年以上の核種に移行する間にエネルギー100keV以上のガ
ンマ線を発する第2発熱体とから構成され、この第2発熱体は第1発熱体を介して熱電素
子が配置されていることを特徴とする。
から得られる同位体を原子力電池の発熱体の一部として使用することによって、生産調達
が容易な発熱体を有する原子力電池を得ることができる。
。
まず、図1を参照して実施例1を説明する。なお、図1は本発明の実施例1の構成を説
明する原子力電池の一部切欠き概略斜視図である。
接続され熱を電気に変換する熱電変換素子3と、この熱電変換素子3に接続された放熱体
7から構成されている。
配置され、外側発熱体1は崩壊過程で100keV以上のガンマ線を発せずアルファ線放
出核種から形成され、内側発熱体2は崩壊過程で100keV以上のガンマ線を発するア
ルファ線放出核種からなり遮蔽が必要となるアメリシウム241、243を含む発熱体で
形成されている。そしてこの外側発熱体1は高価な高純度のアメリシウム241またはプ
ルトニウム238を、金属または酸化物またはフッ化物の形で含んで形成されている。ま
た、内側発熱体2は原子炉の使用済み燃料から取り出された安価なアメリシウム-241
、アメリシウム-242m、アメリシウム-243、キュリウム-243、キュリウム-
244、キュリウム-245、キュリウム-246、ネプツニウム-237のうち2種類
以上を含んでいる。
が、アメリシウム-243は崩壊過程で最大277.60keVのガンマ線を発するため
遮蔽が必要となる。アメリシウム-241、アメリシウム-243の半減期はそれぞれ4
32年、7370年であり、崩壊過程で生ずる100万年以上の半減期の長寿命核種から
の寄与は無視できる。
きい。従って本実施例1の構成により、発熱体2から発せられる最大277.60keV
のガンマ線の遮蔽に外側発熱体1を使うことができ、結果、発熱体全体の材料調達コスト
を下げることができる。
ム-245、キュリウム-246、ネプツニウム-237についても上述したアメリシウ
ム-241、アメリシウム-243と同様の性質を有しているので同様の効果を得ること
ができる。
次に,本発明に係る原子力電池の実施例2を,図2を用いて説明する.なお,図1と同一
の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
メリシウム241発熱体)8の片側端面に第2発熱体(内側発熱体:アメリシウム241
、243を含む発熱体)9と、逆側端面に熱電変換素子3を配置し、第1発熱体8及び第
2発熱体9の周囲に蓄熱材4を配置する構成となっている。蓄熱材4の比熱容量は第1発
熱体8及び第2発熱体9より大きく設定されている。なお、第1発熱体8は上述した実施
例1の外側発熱体1と同じ組成で形成され、第2発熱体9は上述した実施例1の内側発熱
体2と同じ組成で形成されている。
ら発せられるガンマ線から熱電変換素子3を遮蔽することができる。
いわばバッテリーのように使うことができる。
に蓄熱材4を配置することによっても実施例2と同様の効果を得ることができる。
ることができる。さらに、実施例1および実施例2において外周に放射熱量が発熱体1,
2,8,9または蓄熱材4よりも小さな材料(図示さず)を発熱体1,2,8,9または
蓄熱材4の外側に塗布または配置することで原子力電池の放射冷却を低減することができ
る。
ることで高負荷運転に対応していたが、バッテリーは使用温度や寿命の問題があった。そ
こで、発熱体の放射線遮蔽材に蓄熱材を使用することでバッテリー不要、もしくは小容量
のバッテリーで高負荷運転に対応できるようにすることができる。
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。
に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
2…内側発熱体(アメリシウム241、243を含む発熱体)
3…熱電変換素子
4…蓄熱材
5、5a…原子力電池
6…発熱体
7…放熱体
8…第1発熱体(高純度アメリシウム241発熱体)
9…第2発熱体(アメリシウム241、243を含む発熱体)
Claims (11)
- アルファ線放出核種を発熱体として用いた原子力電池において、その発熱体を、崩壊過
程で半減期100万年以上の核種に移行する間にエネルギー100keV以上のガンマ線
を発しない放射線遮蔽材となる第1発熱体と、この第1発熱体の内側に配置され崩壊過程
で半減期100万年以上の核種に移行する間にエネルギー100keV以上のガンマ線を
発する第2発熱体とから構成したことを特徴とする原子力電池。 - アルファ線放出核種を発熱体として用いた原子力電池において、その発熱体を、崩壊過
程で半減期100万年以上の核種に移行する間にエネルギー100keV以上のガンマ線
を発しない放射線遮蔽材となる第1発熱体と、崩壊過程で半減期100万年以上の核種に
移行する間にエネルギー100keV以上のガンマ線を発する第2発熱体とから構成され
、この第2発熱体は第1発熱体を介して熱電素子が配置されていることを特徴とする原子
力電池。 - 前記第1発熱体は、同位体分離された高純度アメリシウム241またはプルトニウム2
38を、金属または酸化物またはフッ化物の形で含むことを特徴とする請求項1または請
求項2記載の原子力電池。 - 前記第2発熱体は、2種以上の放射性同位体を金属または酸化物またはフッ化物の形で
含むことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項記載の原子力電池。 - 前記放射性同位体は、原子炉の使用済燃料から取り出されたアメリシウム-241、ア
メリシウム-242m、アメリシウム-243、キュリウム-243、キュリウム-24
4、キュリウム-245、キュリウム-246、ネプツニウム-237を含むことを特徴
とする請求項4記載の原子力電池。 - 前記第1発熱体の外側に比熱容量が第1発熱体よりも大きな蓄熱材を設置することを特
徴とする請求項1から5の何れか1項記載の原子力電池。 - 前記第2発熱体の外側に比熱容量が第2発熱体よりも大きな蓄熱材を設置することを特
徴とする請求項2記載の原子力電池。 - 前記第1発熱体の外側に放射熱量が第1発熱体よりも小さな材料を塗布することを特徴
とする請求項1から5の何れか1項記載の原子力電池。 - 前記蓄熱材の外側に放射熱量が第1発熱体よりも小さな材料を塗布することを特徴とす
る請求項6記載の原子力電池。 - 前記第2発熱体の外側に放射熱量が第2発熱体よりも小さな材料を塗布することを特徴
とする請求項2記載の原子力電池。 - 前記蓄熱材の外側に放射熱量が第2発熱体よりも小さな材料を塗布することを特徴とす
る請求項7記載の原子力電池。
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