JP2023509097A - Fuel structure and shield structure of radioisotope thermoelectric generator - Google Patents

Fuel structure and shield structure of radioisotope thermoelectric generator Download PDF

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Abstract

提供される燃料構造物は、放射能エネルギー源によって放出される電子の平均自由行程以下の厚さを有することによって、放射能エネルギー源によって産出される電子が燃料構造物内で停止することを防ぎ、よって燃料構造物内で制御放射線が生成されることを防ぐように構成される。さらに提供されるシステムは、第1の材料で形成された第1シールドであって、放射能源物質から放出される電子の平均自由行程を超える厚さを有することによって電子が前記第1シールドを通過することを防ぐ、第1シールドと、第2の材料で形成された第2シールドであって、電子によって生成された制動放射線が第2シールドを通過することを防ぐように構成された、第2シールドとを備えた二層シールドシステムである。Provided fuel structures have a thickness less than or equal to the mean free path of electrons emitted by the radioactive energy source to prevent electrons produced by the radioactive energy source from stopping within the fuel structure. , and thus configured to prevent control radiation from being generated within the fuel structure. Further provided is a system comprising a first shield formed of a first material having a thickness exceeding the mean free path of electrons emitted from the radioactive source material such that electrons pass through said first shield. and a second shield formed of a second material configured to prevent bremsstrahlung radiation generated by the electrons from passing through the second shield. A two-layer shield system comprising a shield.

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2019年12月16日に出願された米国特許仮出願第62/948,479号明細書からの優先権を主張し、この米国特許仮出願の全内容が引用により本明細書に組み入れられる。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims priority from U.S. Provisional Application No. 62/948,479, filed Dec. 16, 2019, the entire contents of which are incorporated by reference. incorporated herein by.

本開示は、全般に、燃料構造物およびシールド電源に関し、より具体的には、高エネルギーベータ線源に関するものである。 TECHNICAL FIELD This disclosure relates generally to fuel structures and shielded power sources, and more specifically to high energy beta sources.

放射性同位元素熱電発電機(RTG)は、放射性崩壊から発生する熱を電気に変換してエネルギーを生産する装置である。RTGには、放射性崩壊を促進するために、高エネルギーのベータ線源が使用されている。RTGは一般によく知られている装置で、軍事用、宇宙旅行用など、さまざまな産業や用途で使用されている。以前のバージョンのRTGは、メンテナンスがほとんど必要ないシナリオ(例えば、宇宙旅行)で使用されていた。これらのRTGは、一般に、比較的短時間に数百ワット以下の電力を発生させていた。典型的なRTGの設計は、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)の大径ディスクを含む燃料カプセルを、大量の高密度金属(例えば鉛(Pb))またはコンクリートで囲んだものであった。 A radioisotope thermoelectric generator (RTG) is a device that produces energy by converting heat generated from radioactive decay into electricity. RTG uses a high-energy beta ray source to promote radioactive decay. RTGs are well-known devices and are used in a variety of industries and applications, including military and space travel. Previous versions of RTG were used in low-maintenance scenarios (eg, space travel). These RTGs generally produced hundreds of watts or less of power for relatively short periods of time. A typical RTG design has included a fuel capsule containing a large disk of strontium titanate (SrTiO3) surrounded by large amounts of high density metal (eg, lead (Pb)) or concrete.

ストロンチウム90(90Sr)は公知の放射性崩壊のプロセスを有する。ストロンチウム90は崩壊するとイットリウム90(90Y)に変化し、それ自体は最大エネルギーレベルが約2.2MeV、半減期が約64時間のベータ線源となる。イットリウム90が崩壊すると、天然に存在するジルコニウムの安定同位体であるジルコニウム90(90Zr)に変化する。ベータ粒子(電子や陽電子など)は減速されると制動放射線(X線)を発生させることがある。これは特に2MeVを超えるエネルギーを持つベータ粒子で顕著である。制動放射線は、電子などの荷電粒子を減速させることにより、電磁波(光子など)を発生させるものである。エネルギー保存則を満たすためには、光子のエネルギーは、減速前の荷電粒子のエネルギーから減速後の荷電粒子のエネルギーを引いたものに等しくなる(例えば、Eγ=E(i)e--E(f)e-)。原子番号の高い材料は、ベータ線がその材料と相互作用する(例えば、入射する)ときに、より多くのX線を生成する可能性がある。このことは、これらの粒子を遮蔽するために密度の低い材料を用いれば、X線の生成が減少するため、より好ましいことを意味する。ベータ粒子と同様、結果的に生じる制動放射X線は、技術的にはベータ粒子の最大エネルギーに等しい最大エネルギーまでのエネルギー範囲を持つ(ベータ粒子が材料中で完全に停止していると仮定した場合)。 Strontium-90 ( 90 Sr) has a known process of radioactive decay. Strontium-90 decays to yttrium-90 ( 90 Y), itself a beta ray source with a maximum energy level of about 2.2 MeV and a half-life of about 64 hours. When yttrium-90 decays, it transforms into zirconium-90 ( 90 Zr), a stable isotope of naturally occurring zirconium. Beta particles (such as electrons and positrons) can produce bremsstrahlung radiation (X-rays) when slowed down. This is especially noticeable for beta particles with energies above 2 MeV. Bremsstrahlung radiation generates electromagnetic waves (such as photons) by decelerating charged particles such as electrons. To satisfy the law of conservation of energy, the energy of the photon is equal to the energy of the charged particle before deceleration minus the energy of the charged particle after deceleration (e.g., Eγ=E(i) e −E( f) e- ). Higher atomic number materials may produce more x-rays when beta rays interact with (eg, impinge on) the material. This means that using a less dense material to shield these particles is preferable because it reduces the generation of x-rays. As with beta particles, the resulting bremsstrahlung x-rays technically have an energy range up to a maximum energy equal to that of the beta particle (assuming the beta particle is completely stopped in the material case).

RTGの過去の設計は、与えられた課題に対して十分な性能を発揮した。しかし、RTGの過去の設計は、その輸送性モジュール性および出力に制限があった。こうした問題および/またはその他の問題が存在する。 Past designs of RTG performed well for the given task. However, past designs of RTGs have limited their transport modularity and output. These and/or other problems exist.

以下は、本技術のいくつかの態様を非網羅的に列挙したものである。これらおよびその他の態様は、以降の開示に記載されている。 The following is a non-exhaustive listing of some aspects of the technology. These and other aspects are described in the subsequent disclosure.

いくつかの態様において、燃料構造物は高エネルギーベータ線放出体を含む放射能源物質を含み、ベータ崩壊プロセスの結果として放射能源物質から放出される電子が、停止することなく燃料構造物を通過することによって、制動放射線が燃料構造物内で生成されることを防ぐように、放射能源物質から放出される電子の平均自由行程以下の厚さを有するように構成される。 In some embodiments, the fuel structure includes a radioactive source material that includes a high energy beta-emitter, and electrons emitted from the radioactive source material as a result of the beta decay process pass through the fuel structure without stopping. It is thereby configured to have a thickness less than or equal to the mean free path of electrons emitted from the radioactive source material so as to prevent bremsstrahlung radiation from being generated within the fuel structure.

他のいくつかの態様において、放射能源物質を遮蔽するためのシステムは、第1の材料で形成された第1シールドであって、放射能源物質から放出される電子の平均自由行程を超える厚さを有することによって電子が第1シールドを通過することを防ぐ、第1シールドと、第2の材料で形成された第2シールドであって、電子によって生成された制動放射線が第2シールドを通過することを防ぐように構成された、第2シールドとを備える。 In some other aspects, the system for shielding the radioactive source material is a first shield formed of a first material having a thickness exceeding the mean free path of electrons emitted from the radioactive source material. and a second shield formed of a second material, wherein bremsstrahlung radiation generated by the electrons passes through the second shield by having a second shield configured to prevent

本技術の上述の態様およびその他の態様は、本願を、以下の図を参照して読めば、よりよく理解されるであろう。これらの図において、同一番号は類似または同一の要素を示す。 These and other aspects of the present technology will be better understood upon reading the present application with reference to the following figures. In these figures, identical numbers indicate similar or identical elements.

様々な実施形態による、放射性同位元素熱電発電機(RTG)のための過去の燃料構造物形態及びRTGのための最適化された燃料構造物形態の一例を示す図である。FIG. 3 illustrates an example of a historical fuel structure configuration for a radioisotope thermoelectric generator (RTG) and an optimized fuel structure configuration for the RTG, according to various embodiments.

様々な実施形態による、RTGのための二相シールドの一例を示す図である。FIG. 10 illustrates an example of a two-phase shield for RTG, according to various embodiments.

様々な実施形態による、RTGのための分散燃料構造物の一例を示す図である。1 illustrates an example distributed fuel structure for an RTG, according to various embodiments; FIG.

様々な実施形態による、RTGのための同心燃料構造物の一例を示す図である。FIG. 3 illustrates an example concentric fuel structure for an RTG, according to various embodiments;

様々な実施形態による、RTGのための同心燃料構造物の他の例を示す図である。FIG. 4 illustrates another example concentric fuel structure for an RTG, according to various embodiments;

様々な実施形態による、RTGのための分散燃料構造物の別の例を示す図である。FIG. 4 illustrates another example distributed fuel structure for an RTG, according to various embodiments;

様々な実施形態による、図6のRTGのための分散燃料構造物の斜視図である。7 is a perspective view of a distributed fuel structure for the RTG of FIG. 6, according to various embodiments; FIG.

本発明の技術は、様々な変更や代替の形態が可能であるが、その具体的な実施形態が図面に例として示されており、本明細書で詳細に説明される。図面は実際の縮尺通りでない場合もある。ただし、図面およびそれに基づく詳細な説明は、開示された特定の形態に本技術を限定することを意図したものではなく、逆に、添付の請求項によって定義される本技術の趣旨および範囲内に入るすべての修正、均等物、および代替物を網羅することを意図したものであることを理解すべきである。 While the techniques of the present invention are susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof have been shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. Drawings may not be to scale. However, the drawings and detailed description based thereon are not intended to limit the technology to the particular forms disclosed, but rather within the spirit and scope of the technology as defined by the appended claims. It should be understood that it is intended to cover all possible modifications, equivalents and alternatives.

本明細書に記載された問題を軽減するために、本発明者らは解決策を考案すると共に、場合によっては同様に重要なこととして、放射性同位元素熱電発電機(RTG)の分野の当業者が見落としていた(あるいは予見していない)問題を認識する必要があった。実際、本発明者らは、それらの問題を認識することが困難であることを強調したい。さらに、対処する問題が複数あるため、いくつかの実施形態はいずれかの問題に特化しており、すべての実施形態が本明細書に記載されている従来のシステムの問題のすべてに対処しているわけでも、本明細書に記載されているすべての利点を提供しているわけでもないことを理解すべきである。つまり、これらの問題および/または他の問題の1つ以上の順列を解決する改良が以下に記載されている。 To alleviate the problems described herein, the inventors have devised solutions and, possibly equally importantly, those skilled in the field of radioisotope thermoelectric generators (RTG) I needed to recognize problems that I had overlooked (or didn't foresee). Indeed, we would like to emphasize that these problems are difficult to recognize. Further, since there are multiple problems to address, some embodiments are specific to one problem and all embodiments address all of the problems of conventional systems described herein. It should be understood that it does not provide all of the advantages described herein. In short, improvements that solve one or more permutations of these and/or other problems are described below.

放射性同位元素熱電発電機(RTG)を設計するために、高エネルギーベータ線放出源を含む電源が使用されてもよい。RTGは熱を電気に変換し、その電気はRTGから出力され、様々な装置に電力を供給することができる。このような装置には、例えば、人工衛星、無人施設、太陽電池パネル、通信装置などが含まれ得る。熱は、放射能源物質の崩壊によって生成され得る。崩壊プロセスは、例えば、放射性元素が1つ以上の粒子を出力しながら、崩壊して別の元素に変化することを含み得る。本明細書において、放射性元素とは、原子核に含まれる陽子の数と中性子の数とが釣り合っていない不安定な原子核を含む元素を指す。放射性崩壊の一種にベータ崩壊があり、最初は不安定な原子が、電子または陽電子を出力しながら崩壊して(安定なまたは不安定な)別の元素に変化する。放射性元素の半減期(τ)は、不安定な原子が初期値の半分まで崩壊する時間を示している。各放射性元素は異なる半減期を有する場合があり、これらの半減期は科学界で一般によく知られている。 A power source containing a high-energy beta-emitting source may be used to design a radioisotope thermoelectric generator (RTG). The RTG converts heat into electricity, which is output from the RTG and can power various devices. Such devices may include, for example, satellites, unmanned facilities, solar panels, communication devices, and the like. Heat can be produced by the decay of radioactive source material. A decay process can include, for example, a radioactive element decaying into another element while outputting one or more particles. As used herein, a radioactive element refers to an element containing an unstable nucleus in which the number of protons and neutrons contained in the nucleus is out of proportion. One type of radioactive decay is beta decay, in which an initially unstable atom decays into another element (stable or unstable), outputting an electron or positron. The half-life (τ) of a radioactive element indicates the time it takes for an unstable atom to decay to half its initial value. Each radioactive element may have different half-lives, and these half-lives are generally well known in the scientific community.

いくつかの実施形態では、放射性元素としてストロンチウム90を含むRTGが形成されてもよい。ストロンチウム90は、38個の陽子と52個の中性子を含む(例えば、38+52=90)。ストロンチウム90は、ストロンチウム(Sr)の同位元素であり、28.9年の半減期を有する。ストロンチウム90はベータ崩壊によりイットリウム90に変化し、546keVの電子を放出する。イットリウム90は、39個の陽子と51個の中性子を含む(例えば、39+51=90)。イットリウム90はイットリウム(Y)の同位元素であり、半減期は64.1時間である。イットリウム90はベータ崩壊によりジルコニウム90に変化し、2,280.1keVまたは2.2801MeVの電子を放出する。前述の説明は一般的にストロンチウム90を含む放射能源物質に関するものであるが、いくつかの実施形態では、高エネルギーベータ線(例えば、2MeVを超えるベータ線)を生成する他の放射性元素を含むRTGが形成されてもよい。例えば、ストロンチウム90の代わりに、プルトニウム238、ポロニウム210、又はアメリシウム241が代替的に使用されてもよい。 In some embodiments, an RTG may be formed that includes strontium-90 as the radioactive element. Strontium-90 contains 38 protons and 52 neutrons (eg, 38+52=90). Strontium-90 is an isotope of strontium (Sr) and has a half-life of 28.9 years. Strontium-90 changes to yttrium-90 by beta decay and emits electrons of 546 keV. Yttrium-90 contains 39 protons and 51 neutrons (eg, 39+51=90). Yttrium-90 is an isotope of yttrium (Y) and has a half-life of 64.1 hours. Yttrium-90 changes to zirconium-90 by beta decay and emits electrons of 2,280.1 keV or 2.2801 MeV. Although the foregoing description generally relates to radioactive source materials containing Strontium-90, in some embodiments RTGs containing other radioactive elements that produce high-energy beta rays (e.g., beta rays greater than 2 MeV) may be formed. For example, instead of strontium-90, plutonium-238, polonium-210, or americium-241 may alternatively be used.

RTGは使用する材料が放射性物質であるため、安全のために何らかのシールドが必要である。一般的にシールドの設計の目的は、その用途に関わらず、制動放射線を低減することである。過去のシールドの設計では、ベータ線が燃料(放射性物質など)自体から脱出する前に制動放射線が発生することになった。しかし、燃料自体の内部で発生する制動放射線を低減/除去する燃料構造物は、特に高放射能エネルギー源では、まだ製作されていない。制動放射線を燃料自体の内部で発生させる過去の燃料構造物は、以前は少量のストロンチウム90を必要とする場合にのみ解決されていた。例えば、現在のストロンチウム90放射性電源の設計では、少なくとも1968年以来、事実上すべての制動放射性X線が燃料内部で発生することが知られていたにもかかわらず、大半径の燃料構造物を採用している。高放射能ベータ線源では、すべての制動放射線が燃料内で発生するため、制動放射線の発生を低減するシールド構造物の使用は試みられていない。そのため、高エネルギーベータ線源とそれに伴う制動放射X線の発生を遮蔽するためには、大質量の重金属やコンクリートを使用する必要があった。 RTGs require some form of shielding for safety, as the materials they use are radioactive. A general goal of shield design, regardless of its application, is to reduce bremsstrahlung radiation. Past shield designs have resulted in bremsstrahlung radiation occurring before the beta rays can escape from the fuel (such as radioactive material) itself. However, fuel structures that reduce/eliminate bremsstrahlung radiation generated within the fuel itself have not yet been fabricated, especially for highly radioactive energy sources. Past fuel constructions that generate bremsstrahlung radiation within the fuel itself have previously been a solution only for small amounts of strontium-90. For example, current strontium-90 radioactive power source designs employ large radius fuel structures, even though it has been known since at least 1968 that virtually all bremsstrahlung x-rays originate inside the fuel. are doing. In highly active beta sources, all bremsstrahlung radiation is generated within the fuel, so the use of shield structures to reduce bremsstrahlung generation has not been attempted. Therefore, in order to shield the high-energy beta-ray source and the accompanying generation of bremsstrahlung X-rays, it was necessary to use a large amount of heavy metal or concrete.

大質量の重金属やコンクリートをシールドに使用する必要があるため、高エネルギーベータ線源のシールドを軽量化することは不可能であり、運搬可能で地上での使用を想定したシールドの試みはまだなされていない。一般的に、高エネルギーベータ線源は遠隔地でのみ使用されるため、受動的安全設計要素はそれほど重要視されていなかった。遠隔地以外での運搬可能な使用を想定したシールド構造物には、大質量の重金属やコンクリートがもたらす固有の安全機構が必要であり、同時に、通常とは異なる条件下での危険を防止または軽減するために、運搬可能なほど軽量であることも必要である。 It is not possible to reduce the weight of high-energy beta-ray source shields due to the large masses of heavy metals and concrete that must be used in the shields, and attempts have yet to be made to make shields that are portable and intended for terrestrial use. not Generally, high-energy beta sources are only used in remote locations, so passive safety design elements have been given less importance. Shielded structures intended for transportable use in non-remote locations require inherent safety features provided by large masses of heavy metals and concrete, while at the same time preventing or mitigating hazards under unusual conditions. In order to do so, it must also be lightweight enough to be transported.

図1は、様々な実施形態による、放射性同位元素熱電発電機(RTG)のための過去の燃料構造物の形態100、及びRTGのための最適化された燃料構造物の形態150の一例を示す。いくつかの実施形態では、RTGの最適化された燃料構造物のための形態150は、過去の燃料構造物のための形態100と比較して制動放射線の発生が減少し得るように形成され得る。例えば、最適化された燃料構造物の形態150は、高エネルギーベータ線が燃料源から脱出することを可能にすることによって制動放射X線の発生を減少させ得る。最適化された燃料構造物の燃料源は、例えば、ストロンチウム90などの高エネルギーベータ線放出体であり得る。 FIG. 1 shows an example of a historical fuel structure configuration 100 for a radioisotope thermoelectric generator (RTG) and an optimized fuel structure configuration 150 for an RTG, according to various embodiments. . In some embodiments, the morphology 150 for the RTG optimized fuel structure may be formed such that bremsstrahlung emission may be reduced compared to the morphology 100 for the historical fuel structure. . For example, an optimized fuel structure configuration 150 may reduce the generation of bremsstrahlung X-rays by allowing high-energy beta rays to escape from the fuel source. The fuel source of the optimized fuel structure can be, for example, a high energy beta emitter such as Strontium-90.

図1に見られるように、過去の燃料構造物の形態100は、燃料源のベータ線の平均自由行程よりも大きい半径を有し得る。この例では、放射能源物質のベータ崩壊を介して生成された電子は、燃料源(例えば、過去の燃料構造物の燃料源)内で制動放射線(例えば、X線)に変換される。しかしながら、いくつかの実施形態では、最適化された燃料構造物の形態150は、ベータ線の平均自由行程よりも小さい半径を有してよく、それによって、ベータ線は、最初に制動放射X線に変換されることなく燃料源(例えば、最適化された燃料構造物の燃料源)から脱出することができる。燃料源(例えば、最適化された燃料構造物の燃料源)から脱出した後、ベータ線は、シールドの一部などの低密度材料内で減速されてもよく、これにより制動放射線の発生が抑制され得る。 As can be seen in FIG. 1, past fuel structure configurations 100 may have radii that are greater than the mean free path of the beta rays of the fuel source. In this example, electrons produced via beta decay of the radioactive source material are converted to bremsstrahlung radiation (eg, x-rays) within the fuel source (eg, the fuel source of past fuel structures). However, in some embodiments, the optimized fuel structure configuration 150 may have a radius that is smaller than the mean free path of beta rays, whereby the beta rays are initially bremsstrahlung x-rays. can escape from the fuel source (eg, the fuel source of the optimized fuel structure) without being converted to . After escaping from the fuel source (e.g., the fuel source of an optimized fuel structure), the beta rays may be slowed down in a low density material such as part of the shield, thereby suppressing the generation of bremsstrahlung radiation. can be

図2は、様々な実施形態による、RTGのための二相シールド220の一例を示す。いくつかの実施形態において、RTG200は、本明細書において交換可能に燃料源202とも称される燃料202、燃料容器204、及び本明細書において交換可能に二相シールド220、シールド220、および/またはシステム220とも称される二相シールドシステム220を含み得る。二相シールドシステム220は、第1シールド206及び第2シールド208を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第1シールド206は、本明細書において交換可能に一次シールド206と称されることがあり、第2シールド208は、本明細書において交換可能に二次シールド208と称されることがある。 FIG. 2 shows an example of a two-phase shield 220 for RTG, according to various embodiments. In some embodiments, the RTG 200 includes a fuel 202, also referred to interchangeably herein as a fuel source 202, a fuel container 204, and interchangeably herein a two-phase shield 220, shield 220, and/or A two-phase shield system 220, also referred to as system 220, may be included. Two-phase shield system 220 may include first shield 206 and second shield 208 . In some embodiments, the first shield 206 may be interchangeably referred to herein as the primary shield 206 and the second shield 208 may be interchangeably referred to herein as the secondary shield 208. may be

いくつかの実施形態では、二相シールド220は、制動放射線の発生を低減し、RTG200からの線の漏出を防止し、またRTG200の構造的安定性を提供するように設計されてもよい。いくつかの実施形態では、第1シールド206は、低い有効原子番号を有する材料で形成されてもよい。第1シールド206は、燃料202及び燃料容器204から漏出する制動放射線の少なくとも一部を減衰させるように構成されてもよい(例えば、図1の形態150に見られるように)。いくつかの実施形態では、第2シールド208は、高い有効原子番号を有する材料で形成されてもよい。第2シールド208は、第1シールド206から漏出するおよび/または第1シールド206内で発生する制動放射線を吸収するように構成されてもよい。第2シールド208はまた、二相シールド220に構造的安定性と堅牢性を提供し、したがってRTG200にも安定性と堅牢性を提供するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、RTG200は約700℃で、またはそれ以上で動作するように構成されてもよい。 In some embodiments, the dual-phase shield 220 may be designed to reduce bremsstrahlung radiation generation, prevent line leakage from the RTG 200, and provide structural stability for the RTG 200. In some embodiments, first shield 206 may be formed of a material having a low effective atomic number. First shield 206 may be configured to attenuate at least a portion of bremsstrahlung radiation leaking from fuel 202 and fuel container 204 (eg, as seen in configuration 150 of FIG. 1). In some embodiments, second shield 208 may be formed of a material having a high effective atomic number. The second shield 208 may be configured to absorb bremsstrahlung radiation that escapes from and/or originates within the first shield 206 . The second shield 208 may also be configured to provide structural stability and robustness to the two-phase shield 220 and thus to the RTG 200 as well. In some embodiments, the RTG 200 may be configured to operate at approximately 700° C. or higher.

いくつかの実施形態では、第1シールド206は、燃料202及び燃料容器204から漏出した制動放射線の可能な限り多くを減衰させる役割を果たすことがある。さらに、第1シールド206は、発生する制動放射線が最小量となるように設計されてもよい。いくつかの実施形態では、第1シールド206は、熱源とヒートシンクとの間で熱を伝達するための熱伝達媒体として機能するように構成されてもよい。例えば、RTG200において、燃料粒子(例えば、チタン酸ストロンチウム粒子)、燃料容器204、及び/又は第1シールド206は、燃料粒子が燃料202、燃料容器204、及び/又は第1シールド206内で減速するため、熱源として機能し得る。チタン酸ストロンチウム粒子が媒体中で減速する作用によって熱が発生するため、減速が起こる場所ではその媒体が熱源となり得る。RTG200のヒートシンクは、例えば、第2シールド208の外面であってもよい。第2シールド208の外面は、それに作動的に結合された1つ以上の熱電変換器のホットサイドとして機能することができる。いくつかの実施形態では、第1シールド206及び第2シールド208を形成するために使用される物質は、良好な熱伝導体であり、それによって熱電変換器への熱輸送効率を向上し、熱分解の原因となり得るホットスポットを低減する。第1シールド206は、1つ以上の材料で形成されてもよい。例えば、第1シールド206は、グラファイト、水素化リチウム、水素系オイル又は樹脂、溶融塩などで形成されてもよい。第1シールド206を形成するために使用される1つ以上の材料は、低密度、低原子番号、高熱伝導率、及び/又は高材料分解温度を有する材料を含んでよく、追加的又は代替的に、使用する放射線源(例えば、ストロンチウム90)を含む材料(例えば、チタン酸ストロンチウム)と適合する材料であってよい。 In some embodiments, the first shield 206 may serve to attenuate as much of the bremsstrahlung radiation escaping from the fuel 202 and fuel container 204 as possible. Additionally, the first shield 206 may be designed to generate a minimal amount of bremsstrahlung radiation. In some embodiments, first shield 206 may be configured to act as a heat transfer medium to transfer heat between a heat source and a heat sink. For example, in RTG 200 , fuel particles (eg, strontium titanate particles), fuel reservoir 204 , and/or first shield 206 are configured such that the fuel particles decelerate within fuel 202 , fuel reservoir 204 , and/or first shield 206 . Therefore, it can function as a heat source. Since heat is generated by the slowing action of the strontium titanate particles in the medium, the medium can be the heat source where the slowing occurs. A heat sink for the RTG 200 may be, for example, the outer surface of the second shield 208 . The outer surface of the second shield 208 can serve as a hot side for one or more thermoelectric converters operatively coupled thereto. In some embodiments, the materials used to form the first shield 206 and the second shield 208 are good thermal conductors, thereby improving heat transfer efficiency to the thermoelectric converter and Reduce hot spots that can cause decomposition. First shield 206 may be formed of one or more materials. For example, the first shield 206 may be made of graphite, lithium hydride, hydrogen-based oil or resin, molten salt, or the like. The one or more materials used to form the first shield 206 may additionally or alternatively include materials with low density, low atomic number, high thermal conductivity, and/or high material decomposition temperature. Additionally, it may be a material that is compatible with the material (eg, strontium titanate) containing the radiation source (eg, strontium-90) used.

いくつかの実施形態では、グラファイトは、良好な熱伝導率及び低い有効原子番号6を有するので、第1シールド206に使用する材料として選択され得る。さらに、グラファイトは他の材料と高い適合性を有し、以前のRTG設計において材料適合性バッファとして使用されてきた。グラファイトの融点は、チタン酸ストロンチウムの融点(例えば、2,080℃)より高く(例えば、3,600℃)、熱的に安定である。グラファイトはまた、毒性がなく、比較的安価であり、多くの既存の原子力用途に使用されている。 In some embodiments, graphite may be selected as the material to use for the first shield 206 as it has good thermal conductivity and a low effective atomic number of 6. Additionally, graphite is highly compatible with other materials and has been used as a material compatibility buffer in previous RTG designs. The melting point of graphite is higher (eg, 3,600° C.) than that of strontium titanate (eg, 2,080° C.) and is thermally stable. Graphite is also non-toxic, relatively inexpensive, and is used in many existing nuclear applications.

いくつかの実施形態では、リチウム水素化物または水素系オイルが、それらの低密度、許容可能な熱伝導率、および低い有効原子番号のために、第1シールド206に使用される材料として選択され得る。例えば、水素化リチウムは1.5の有効原子番号を有し、一方、水素系オイルは一般的により高く、使用される特定のオイルに依存することになる。どちらの物質も燃料構造物の他の材料と適合し得るが、水素化リチウムは毒性があるため、製造コストが上昇し、格納容器が失われた場合のリスクも高まる可能性がある。水素系オイルは比較的安価であるが、水素化リチウムは安価ではない。水素化リチウムと水素系オイルの両方が分解または沸騰する前の最高温度により、燃料構造物の動作温度はRTG200の望ましい動作温度である700℃未満に制限される。 In some embodiments, lithium hydride or hydrogen-based oils may be selected as materials used for first shield 206 due to their low density, acceptable thermal conductivity, and low effective atomic number. . For example, lithium hydride has an effective atomic number of 1.5, while hydrogen-based oils are generally higher and will depend on the particular oil used. Both materials are compatible with other materials in fuel structures, but lithium hydride's toxicity can increase manufacturing costs and the risk of containment loss. Hydrogen-based oils are relatively inexpensive, but lithium hydride is not. The maximum temperature before decomposition or boiling of both lithium hydride and hydrogen-based oil limits the operating temperature of the fuel structure to less than 700° C., which is the desired operating temperature for the RTG 200.

いくつかの実施形態では、FLiBe(Li2BeF4)などの溶融塩オプションが、第1シールド206に使用される材料として選択され得る。溶融塩オプションの有効原子番号は3.3であり、これは約87%の制動放射強度の減少を表す。溶融塩オプションの密度は、約1.9g/cm3である。溶融塩オプションは許容可能な熱伝導率を有し、比較的安価に製造することができる。さらに、溶融塩オプションと燃料構造物の他の材料との材料適合性は問題ないと考えられ、溶融塩オプションは既に多くの原子力用途で使用されている。 In some embodiments, molten salt options such as FLiBe (Li2BeF4) may be selected as the material used for first shield 206. FIG. The molten salt option has an effective atomic number of 3.3, which represents a reduction in bremsstrahlung intensity of approximately 87%. The molten salt option has a density of about 1.9 g/cm 3 . The molten salt option has acceptable thermal conductivity and is relatively inexpensive to manufacture. Furthermore, the material compatibility of the molten salt option with other materials of fuel structures is believed to be satisfactory, and the molten salt option is already used in many nuclear applications.

いくつかの実施形態では、第2シールド208は、第1シールド206から脱出した残りのベータ線がRTG200から出るのを止める機能を有し得る。第2シールド208は、燃料202、燃料容器204、及び/又は一次シールド206によって生成され、かつ燃料容器204又は第1シールド206によって減衰しなかった任意の少量の制動放射線を遮断又は吸収するように構成されてもよい。第2シールド208は、第1シールド206の1つ又は複数の材料と異なり得る1つ又は複数の材料で形成されてもよい。例えば、第2シールド208を形成するために使用される1つ以上の材料は、高密度、高有効原子番号、高熱伝導率、高材料分解温度を有し、なおかつRTG200内の他の材料と適合する材料を含んでもよい。一例として、第2シールド208は、タングステン、鉛、劣化ウラン、それらの組み合わせ、又は他の材料で形成されてもよい。いくつかの実施形態では、タングステン、鉛、及び/又は劣化ウランの組み合わせは、熱伝達を制御するために使用されてもよい。 In some embodiments, the second shield 208 may function to stop remaining beta rays escaping from the first shield 206 from exiting the RTG 200 . Secondary shield 208 is designed to block or absorb any small amount of bremsstrahlung radiation produced by fuel 202, fuel container 204, and/or primary shield 206 and not attenuated by fuel container 204 or primary shield 206. may be configured. Second shield 208 may be formed of one or more materials that may be different than the one or more materials of first shield 206 . For example, the one or more materials used to form the second shield 208 have a high density, high effective atomic number, high thermal conductivity, high material decomposition temperature, and are compatible with other materials in the RTG 200. may contain materials that By way of example, second shield 208 may be formed of tungsten, lead, depleted uranium, combinations thereof, or other materials. In some embodiments, a combination of tungsten, lead, and/or depleted uranium may be used to control heat transfer.

いくつかの実施形態では、燃料202内の放射性物質(例えば、ストロンチウム90)の放射性崩壊(例えば、ベータ崩壊)の結果として生成された電子210は、燃料202を脱出し、燃料容器204内で減衰され得る。例えば、燃料202の半径は、電子210の平均自由行程よりも小さくてもよく、それによって電子210が制動放射線に変換されることなく燃料202を脱出することが可能になる。いくつかの実施形態では、燃料202内の放射性物質(例えば、ストロンチウム90)の放射性崩壊(例えば、ベータ崩壊)の結果として生成された電子212は、燃料202を脱出し、燃料容器204を通過し、第1シールド206内で減衰され得る。いくつかの実施形態では、燃料202内の放射性物質(例えば、ストロンチウム90)の放射性崩壊(例えば、ベータ崩壊)の結果として生成された電子214は、燃料202を脱出せず、制動放射線(例えば、X線)216に変換され得る。制動放射線216は、燃料202から漏出し、燃料容器204及び第1シールド206を通過して、第2シールド208によって減衰され得る。いくつかの実施形態では、燃料202内の放射性物質(例えば、ストロンチウム90)の放射性崩壊(例えば、ベータ崩壊)の結果として生成される電子218は、燃料202を脱出し、燃料容器204及び第1シールド206を通過し、第2シールド208によって減衰され得る。あるいは、燃料202内の放射性物質(例えば、ストロンチウム90)の放射性崩壊(例えば、ベータ崩壊)の結果として生成された電子は、燃料202を脱出し、燃料容器204、第1シールド206、または第2シールド208内で制動放射線に変換され得る。制動放射線が燃料容器204、第1シールド206、または第2シールド208のいずれで生成されたかに関係なく、制動放射線は、RTG200から漏出しないように、第2シールド208に到達する前に、またはそれによって減衰され得る。 In some embodiments, electrons 210 produced as a result of radioactive decay (eg, beta decay) of radioactive material (eg, strontium-90) within fuel 202 escape fuel 202 and decay within fuel container 204. can be For example, the radius of fuel 202 may be smaller than the mean free path of electrons 210, thereby allowing electrons 210 to escape fuel 202 without being converted to bremsstrahlung radiation. In some embodiments, electrons 212 produced as a result of radioactive decay (eg, beta decay) of radioactive material (eg, strontium-90) within fuel 202 escape fuel 202 and pass through fuel container 204. , can be attenuated in the first shield 206 . In some embodiments, electrons 214 produced as a result of radioactive decay (eg, beta decay) of radioactive material (eg, strontium-90) within fuel 202 do not escape fuel 202, and bremsstrahlung (eg, bremsstrahlung) x-rays) 216. Bremsstrahlung radiation 216 may escape from fuel 202 , pass through fuel container 204 and first shield 206 and be attenuated by second shield 208 . In some embodiments, electrons 218 produced as a result of radioactive decay (e.g., beta decay) of radioactive material (e.g., strontium-90) within fuel 202 escape fuel 202 and enter fuel container 204 and first It can pass through shield 206 and be attenuated by a second shield 208 . Alternatively, electrons produced as a result of radioactive decay (e.g., beta decay) of radioactive material (e.g., strontium-90) within fuel 202 escape fuel 202 and exit fuel container 204, first shield 206, or second shield 206. It can be converted into bremsstrahlung within the shield 208 . Regardless of whether the bremsstrahlung radiation is generated in the fuel container 204, the first shield 206, or the second shield 208, the bremsstrahlung radiation is prevented from escaping from the RTG 200 before reaching the second shield 208 or there. can be attenuated by

ほとんどの核燃料構造物は、固有の安全要素として、複数レベルの格納容器構造に格納され得る。しかし、ストロンチウム90燃料カプセルのためのいくつかの過去の設計は、単層の格納容器を含んでいた。いくつかの実施形態は、シールドに穴を開けられたり、格納容器が何らかの他の方法で失われたりした場合に、放射線被曝及び燃料格納容器の損失を低減することによって、燃料構造物の安全性を高めるための段階的格納容器構造を含む。さらに、段階的格納容器構造は、発生するあらゆる制動放射線に対して軽量な減衰方式を提供することができる。いくつかの実施形態において、段階的シールドは、自己遮蔽を利用する形態上の組み合わせ、燃料を別々の区画に区分けすること、シールドが衝撃を受けた場合に燃料の拡散が制限されるように燃料を収容すること、及び通常外の状況下で放射線曝露を低減する形態的設計を含んでもよい。いくつかの実施形態では、通常外の稼動状況とは、RTGの「通常」運転以外の事象を指し得る。例えば、燃料容器204に穴があるとき、通常外の稼動状況が存在し得る。別の例として、第1シールド206及び/又は第2シールド208に熱分解がある場合に、通常外の稼動状況が存在し得る。 Most nuclear fuel structures can be housed in multi-level containment structures as an inherent safety element. However, some past designs for Strontium 90 fuel capsules have included a single layer containment vessel. Some embodiments improve fuel structure safety by reducing radiation exposure and fuel containment loss if the shield is punctured or the containment is lost in some other way. including a graduated containment structure to increase Additionally, the graduated containment structure can provide a lightweight attenuation scheme for any generated bremsstrahlung radiation. In some embodiments, the graduated shield uses a morphological combination that utilizes self-shielding, compartmentalizing the fuel into separate compartments, and dispersing the fuel so that spread of the fuel is limited if the shield is impacted. and morphological designs that reduce radiation exposure under unusual circumstances. In some embodiments, abnormal operating conditions may refer to events other than "normal" operation of the RTG. For example, an unusual operating condition may exist when the fuel container 204 has a hole. As another example, abnormal operating conditions may exist when there is thermal decomposition in the first shield 206 and/or the second shield 208 .

いくつかの実施形態では、ストロンチウム90のような高エネルギーベータ線放出体のための燃料構造物が本明細書に記載されている。一例として、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)中の電子の飛程(例えば、平均自由行程)は、約2mmであり得る。したがって、チタン酸ストロンチウム源内で生成された電子は、約2mmのチタン酸ストロンチウム源材料内で停止することになる。 In some embodiments, fuel structures for high-energy beta-emitters such as strontium-90 are described herein. As an example, the range (eg, mean free path) of electrons in strontium titanate (SrTiO3) can be about 2 mm. Therefore, electrons generated within the strontium titanate source will stop within about 2 mm of the strontium titanate source material.

図3は、様々な実施形態による、RTGのための分散燃料構造物300の一例を示す。いくつかの実施形態では、燃料構造物300は、高エネルギーベータ線放出体で形成された分散した球状構造体を含んでもよい。球状構造体は、(i)実質的に同じ大きさを有し、(ii)実質的に球状であり得る。例えば、各球体の体積Vは、4/3πr3に等しくてもよく、ここで、「r」は、所与の球状構造体の半径に対応する。各球状構造体の体積は、所定の公差レベル内であり得る。例えば、各球状構造体は、平均的な球状構造体の体積のN標準偏差σ以内にある体積Vを有していてもよい。V+Nσより大きい、又はV-Nσより小さい体積を有する球状構造体は、燃料構造物300から除外されてもよい。さらに、各球状構造体は、その体積全体にわたって実質的に一定である半径rを有してもよい。 FIG. 3 illustrates an example distributed fuel structure 300 for RTG, according to various embodiments. In some embodiments, fuel structure 300 may include dispersed spherical structures formed of high-energy beta-emitters. The spherical structures may (i) have substantially the same size and (ii) be substantially spherical. For example, the volume V of each sphere may be equal to 4/3πr 3 , where “r” corresponds to the radius of a given spherical structure. The volume of each spherical structure may be within a predetermined tolerance level. For example, each spherical structure may have a volume V that is within N standard deviations σ of the volume of the average spherical structure. Spherical structures with volumes greater than V+Nσ or less than V−Nσ may be excluded from fuel structure 300 . Additionally, each spherical structure may have a radius r that is substantially constant throughout its volume.

いくつかの実施形態では、各球状構造体は、ストロンチウム90のベータ崩壊によって生成される電子の飛程に対応する、2mm以下の半径を有してもよい。いくつかの実施形態では、各球状構造体は、チタン酸ストロンチウムで形成されてもよく、グラファイトで被覆されてもよい。いくつかの実施形態では、球状構造体は、一次シールド(例えば、第1シールド206)中に分散してもよく、また、焼結または加熱プレスされて、二次シールド(例えば、第2シールド208)中に包まれてもよい。 In some embodiments, each spherical structure may have a radius of 2 mm or less, corresponding to the range of electrons produced by beta decay of strontium-90. In some embodiments, each spherical structure may be formed of strontium titanate and coated with graphite. In some embodiments, the spherical structures may be dispersed in a primary shield (eg, first shield 206) and sintered or hot pressed to form a secondary shield (eg, second shield 208). ).

図4は、様々な実施形態による、RTGのための同心燃料構造物400の一例を示す。いくつかの実施形態では、同心燃料構造物400は、高エネルギーベータ線放出体の平均自由行程より小さい厚さを有する高エネルギーベータ線放出体の同心シリンダを含んでもよい。例えば、同心燃料構造物400は、2mmの厚さを有するチタン酸ストロンチウムの同心シリンダを含んでもよい。いくつかの実施形態では、同心燃料構造物400は、グラファイトなどの第1のシールド材料の同心シリンダをさらに含んでもよい。例えば、同心燃料構造物400は、2mm以下の半径(例えば、チタン酸ストロンチウムによって放出される電子の平均自由行程)を有するチタン酸ストロンチウムの第1シリンダを含み、これが7mm以下の厚さを有するグラファイトのシリンダによって包まれ、チタン酸ストロンチウムの別のシリンダによって包まれ、別のグラファイトのシリンダによって包まれ、以下同様であり得る。いくつかの実施形態では、チタン酸ストロンチウムの各シリンダの最大径方向厚さは2mmである。放出された放射線は、チタン酸ストロンチウムのエネルギー分布内に含まれるエネルギーを有するため、所与の光子の特定のエネルギーは一定ではなく、代わりに、光子のエネルギーがエネルギー分布から得られる値になる可能性が高い。放射能源物質のシリンダの数および第1のシールド材料のシリンダの数は、変更されてもよく、所与の燃料構造物が生成すべき出力に依存し得る。例えば、シリンダの数は、6以上(例えば、チタン酸ストロンチウムの3つのシリンダとグラファイトの3つのシリンダ)、10以上(例えば、チタン酸ストロンチウムの5つのシリンダとグラファイトの5つのシリンダ)等であってよい。いくつかの実施形態では、高エネルギーベータ線放出体(例えば、チタン酸ストロンチウム)及び第1のシールド材料(例えば、グラファイト)の同心シリンダは、タングステンなどの第2のシールド材料で包まれてもよい。第1のシールド材料の厚さは、0.1~1mm、0.5~1.5mm、1.0~2.0mm、1.5~2.5mm、2.0~3.0mmなどであってよい。第2のシールド材料の厚さは、1~5cm、1~10cm、5~10cm、5~15cmなどであってよい。この厚さは、RTGからの放射線被曝量が放射線被曝量の閾値未満となるように選択される。例えば、第2のシールド材料の厚さは、1mの距離で放射線被曝量が10mrem/hr未満となるように選択されてもよい。 FIG. 4 illustrates an example concentric fuel structure 400 for RTG, according to various embodiments. In some embodiments, the concentric fuel structure 400 may include concentric cylinders of high energy beta emitters having a thickness less than the mean free path of the high energy beta emitters. For example, the concentric fuel structure 400 may include concentric cylinders of strontium titanate having a thickness of 2 mm. In some embodiments, the concentric fuel structure 400 may further include concentric cylinders of a first shield material such as graphite. For example, the concentric fuel structure 400 includes a first cylinder of strontium titanate having a radius (e.g., mean free path of electrons emitted by strontium titanate) of 2 mm or less, which is graphite with a thickness of 7 mm or less. may be wrapped by a cylinder of strontium titanate, wrapped by another cylinder of graphite, and so on. In some embodiments, the maximum radial thickness of each cylinder of strontium titanate is 2 mm. Since the emitted radiation has an energy that is contained within the energy distribution of strontium titanate, the specific energy of a given photon is not constant, instead the energy of the photon can be a value obtained from the energy distribution. highly sexual. The number of cylinders of radioactive source material and the number of cylinders of first shield material may vary and may depend on the power a given fuel structure is to produce. For example, the number of cylinders is 6 or more (for example, 3 cylinders of strontium titanate and 3 cylinders of graphite), 10 or more (for example, 5 cylinders of strontium titanate and 5 cylinders of graphite), etc. good. In some embodiments, concentric cylinders of a high energy beta emitter (eg, strontium titanate) and a first shield material (eg, graphite) may be wrapped with a second shield material such as tungsten. . The thickness of the first shield material may be 0.1-1 mm, 0.5-1.5 mm, 1.0-2.0 mm, 1.5-2.5 mm, 2.0-3.0 mm, etc. you can The thickness of the second shield material may be 1-5 cm, 1-10 cm, 5-10 cm, 5-15 cm, and so on. This thickness is selected such that the radiation dose from the RTG is below the radiation dose threshold. For example, the thickness of the second shield material may be selected such that the radiation dose is less than 10 mrem/hr at a distance of 1 m.

図5は、様々な実施形態による、RTGのための同心燃料構造物500の他の例を示す。いくつかの実施形態では、同心燃料構造物500は、図4の同心燃料構造物400と類似してよく、前述の説明が適用されてもよい。同心燃料構造物500は、ストロンチウム90などの高エネルギーベータ線放出体の第1同心シリンダ502を複数含んでもよい。例えば、第1同心シリンダ502は、チタン酸ストロンチウムで形成されてもよい。第1同心シリンダ502の間には、第2同心シリンダ504を複数介在させてもよい。第2同心シリンダ504は、いくつかの実施形態において、第1シールド、すなわち一次シールドを形成してよい。例えば、第2同心シリンダ504は、図2の第1シールド206と類似してよい。いくつかの実施形態では、第2同心シリンダ504は、低密度、低原子番号、高熱伝導率、高材料分解温度を有するとともに、使用する放射線源(例えば、ストロンチウム90)に適合する1つ以上の材料で形成されてもよい。例えば、第2同心シリンダ504は、グラファイトで形成されてもよい。 FIG. 5 shows another example of a concentric fuel structure 500 for RTG, according to various embodiments. In some embodiments, concentric fuel structure 500 may be similar to concentric fuel structure 400 of FIG. 4, and the foregoing description may apply. The concentric fuel structure 500 may include a plurality of first concentric cylinders 502 of high energy beta emitter such as Strontium-90. For example, first concentric cylinder 502 may be formed of strontium titanate. A plurality of second concentric cylinders 504 may be interposed between the first concentric cylinders 502 . A second concentric cylinder 504 may form a first or primary shield in some embodiments. For example, second concentric cylinder 504 may be similar to first shield 206 of FIG. In some embodiments, the second concentric cylinder 504 has a low density, low atomic number, high thermal conductivity, high material decomposition temperature, and is compatible with the radiation source used (eg, Strontium 90). It may be made of any material. For example, the second concentric cylinder 504 may be made of graphite.

いくつかの実施形態において、第1同心シリンダ502のうちの中心シリンダは、第2同心シリンダ504の第1のインスタンスによって囲まれてもよい。第2同心シリンダ504の第1のインスタンスは、第1同心シリンダ502の第1のインスタンスに挟まれてもよい。この第1同心シリンダ502と第2同心シリンダ504の交互のパターンは、RTGの電力要件に応じて何回か繰り返されてもよい。しかしながら、燃料構造物500の外側シリンダは、第2同心シリンダ504で形成されることになる。いくつかの実施形態では、同心シリンダ502及び504の各々の厚さは、実質的に類似してよい。例えば、同心シリンダ502及び504は共に、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mmなどに等しいかそれ未満の厚さを有していてもよい。別の例として、同心シリンダ502及び504は、1~10mmの範囲内の同じ厚さを有していてもよい。いくつかの実施形態では、各同心シリンダ502の厚さは互いに実質的に類似してもよく、各同心シリンダ504の厚さは互いに実質的に類似しているが、同心シリンダ502の厚さとは異なっていてもよい。例えば、同心シリンダ502及び504はそれぞれ、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm等のうちの1つに等しいか又はそれ未満の厚さを有していてもよい。別の例として、同心シリンダ502及び504はそれぞれ、1~10mmの範囲内の厚さを有していてもよい。いくつかの実施形態では、各同心シリンダ502及び各同心シリンダ504の半径は、シリンダの数が増加するにつれて増加してもよい(例えば、内側シリンダは外側シリンダよりも小さい半径を有してよい)。例えば、1つ目の同心シリンダ502は第1の半径を有してもよく、1つ目の同心シリンダ502は、第1の半径よりも大きい第2の半径を有する1つ目の同心シリンダ504によって囲まれてもよい。1つ目の同心シリンダ504は、第2の半径よりも大きい第3の半径を有する2つ目の同心シリンダ502によって囲まれてもよい。以下同様である。半径は、例えば、2mmから徐々に大きくなってもよい。第2の半径は、2~4mm、2.5~4.5mm、2~6mm等の範囲で選択されるものであってもよく、第3の半径は、4~6mm、4.5~6.5mm、4~7mm等の範囲で選択されるものであってもよい。 In some embodiments, a central cylinder of first concentric cylinders 502 may be surrounded by a first instance of second concentric cylinders 504 . A first instance of the second concentric cylinder 504 may be sandwiched between a first instance of the first concentric cylinder 502 . This alternating pattern of first concentric cylinders 502 and second concentric cylinders 504 may be repeated several times depending on the power requirements of the RTG. However, the outer cylinder of fuel structure 500 would be formed with a second concentric cylinder 504 . In some embodiments, the thickness of each of concentric cylinders 502 and 504 may be substantially similar. For example, concentric cylinders 502 and 504 may both have thicknesses equal to or less than 1 mm, 1.5 mm, 2 mm, 2.5 mm, 3 mm, and the like. As another example, concentric cylinders 502 and 504 may have the same thickness in the range of 1-10 mm. In some embodiments, the thickness of each concentric cylinder 502 may be substantially similar to each other, and the thickness of each concentric cylinder 504 may be substantially similar to each other, although the thickness of the concentric cylinders 502 may be substantially similar to each other. can be different. For example, concentric cylinders 502 and 504 may each have a thickness equal to or less than one of 1 mm, 1.5 mm, 2 mm, 2.5 mm, 3 mm, and so on. As another example, concentric cylinders 502 and 504 may each have a thickness in the range of 1-10 mm. In some embodiments, the radius of each concentric cylinder 502 and each concentric cylinder 504 may increase as the number of cylinders increases (eg, inner cylinders may have smaller radii than outer cylinders). . For example, a first concentric cylinder 502 may have a first radius, and a first concentric cylinder 502 may have a second radius larger than the first concentric cylinder 504. may be surrounded by A first concentric cylinder 504 may be surrounded by a second concentric cylinder 502 having a third radius greater than the second radius. The same applies hereinafter. The radius may be, for example, 2 mm and gradually increase. The second radius may be selected in the range of 2-4 mm, 2.5-4.5 mm, 2-6 mm, etc., and the third radius may be selected in the range of 4-6 mm, 4.5-6 mm, etc. .5 mm, 4 to 7 mm, etc., may be selected.

いくつかの実施形態では、第3シリンダ506が、同心シリンダ502及び504を取り囲んでいてもよい。第3シリンダ506は、図2の第2シールド208と実質的に類似していてもよく、前述の説明が適用されてもよい。いくつかの実施形態では、第3シリンダ506は、高密度、高有効原子番号、高熱伝導率、高材料分解温度を有するとともに、RTG内の他の材料と適合性のある1つ以上の材料で形成されてもよい。例えば、第3シリンダ506は、タングステンで形成されてもよい。いくつかの実施形態では、第3シリンダ506の厚さは、RTGの設計要件(例えば、電力要件、第1シールドのインスタンスの数、材料組成など)に依存してもよい。いくつかの実施形態では、第3シリンダ506は、空気の層508によって包含されてもよく、または自然環境にさらされてもよい。 In some embodiments, a third cylinder 506 may surround concentric cylinders 502 and 504 . The third cylinder 506 may be substantially similar to the second shield 208 of FIG. 2 and the discussion above may apply. In some embodiments, third cylinder 506 is made of one or more materials that have high density, high effective atomic number, high thermal conductivity, high material decomposition temperature, and are compatible with other materials in the RTG. may be formed. For example, third cylinder 506 may be formed of tungsten. In some embodiments, the thickness of the third cylinder 506 may depend on RTG design requirements (eg, power requirements, number of instances of the first shield, material composition, etc.). In some embodiments, the third cylinder 506 may be enclosed by a layer of air 508 or exposed to the natural environment.

図6は、様々な実施形態による、RTGのための分散燃料構造物の他の例を示す図である。RTG600は、高エネルギーベータ線放出体で形成された分散した球状構造体を含んでもよい。球状構造体は、(i)実質的に同じ大きさを有し、(ii)実質的に球状であり得る。例えば、球状構造体は、図3を参照して上述した球状構造体と同じ又は類似であってよい。いくつかの実施形態では、各球状構造体は、ストロンチウム90のベータ崩壊によって生成される電子の飛程に対応する、2mm以下の半径を有してもよい。いくつかの実施形態では、各球状構造体は、チタン酸ストロンチウムで形成されてもよく、グラファイトで被覆されてもよい。いくつかの実施形態では、球状構造体は、第1シールド604内で分散してもよい。例えば、第1シールド604は、低密度、低原子番号、高熱伝導率、及び/又は高材料分解温度を有する1つ以上の材料で形成されてもよく、追加的又は代替的に、使用する放射線源(例えば、チタン酸ストロンチウム)を含む材料(例えば、ストロンチウム90)と適合する材料であってよい。一例として、第1シールド604は、グラファイトで形成されてもよい。いくつかの実施形態では、第1シールド604は、球状構造体602を含む部分と、第2シールド606及び608との間に緩衝層を含んでもよい。 FIG. 6 is a diagram illustrating another example distributed fuel structure for RTG, according to various embodiments. RTG 600 may include dispersed spherical structures formed of high-energy beta-emitters. The spherical structures may (i) have substantially the same size and (ii) be substantially spherical. For example, the spherical structures may be the same or similar to the spherical structures described above with reference to FIG. In some embodiments, each spherical structure may have a radius of 2 mm or less, corresponding to the range of electrons produced by beta decay of strontium-90. In some embodiments, each spherical structure may be formed of strontium titanate and coated with graphite. In some embodiments, spherical structures may be dispersed within the first shield 604 . For example, first shield 604 may be formed of one or more materials having low density, low atomic number, high thermal conductivity, and/or high material decomposition temperature, and additionally or alternatively, the radiation used may It may be a material that is compatible with the material (eg, strontium-90) containing the source (eg, strontium titanate). As an example, first shield 604 may be formed of graphite. In some embodiments, first shield 604 may include a buffer layer between the portion containing spherical structure 602 and second shields 606 and 608 .

第2シールド606及び608はそれぞれ、高密度、高有効原子番号、高熱伝導率、高材料分解温度を有するとともに、RTG200内の他の材料と適合する材料である1つ以上の材料から形成されてもよい。一例として、第2シールド606及び608は、タングステンで形成されてもよい。いくつかの実施形態において、第2シールド606は第1の厚さを有してよく、第2シールド608は第2の厚さを有してよい。例えば、第2シールド606の厚さは5mmであってもよく、第2シールド608の厚さは10mmであってもよい。第2シールド606及び608の各々は、1~5cm、1~10cm、5~10cm、5~15cmなどを含む厚さの範囲内から選択された厚さを有していてもよい。この厚さは、RTGからの放射線被曝量が放射線被曝量の閾値未満となるように選択される。例えば、第2シールドの厚さは、1mの距離で放射線被曝量が10mrem/hr未満となるように選択されてもよい。いくつかの実施形態では、第2シールド606は、厚さが実質的に一定であってよい。例えば、第2シールド606は、実質的に一定の厚さ(例えば、5~10cmの範囲内の値に選択される)を有するRTG600の側壁であってもよい。いくつかの実施形態では、第2シールド608は、厚さが一定でなくてもよく、それによって、RTG600の周囲に近接する厚さは、RTG600の中心軸に沿った厚さ(例えば、5~10cmの範囲内の値に選択される)よりも小さい。 Second shields 606 and 608 are each formed from one or more materials that have high density, high effective atomic number, high thermal conductivity, high material decomposition temperature, and are compatible with other materials in RTG 200 . good too. As an example, the second shields 606 and 608 may be made of tungsten. In some embodiments, second shield 606 may have a first thickness and second shield 608 may have a second thickness. For example, the thickness of the second shield 606 may be 5 mm and the thickness of the second shield 608 may be 10 mm. Each of the second shields 606 and 608 may have a thickness selected from within a thickness range including 1-5 cm, 1-10 cm, 5-10 cm, 5-15 cm, and the like. This thickness is selected such that the radiation dose from the RTG is below the radiation dose threshold. For example, the thickness of the second shield may be selected such that at a distance of 1 m the radiation dose is less than 10 mrem/hr. In some embodiments, the second shield 606 may have a substantially constant thickness. For example, the second shield 606 may be a sidewall of the RTG 600 having a substantially constant thickness (eg, selected at a value within the range of 5-10 cm). In some embodiments, the second shield 608 may vary in thickness, such that the thickness proximate the perimeter of the RTG 600 is the same as the thickness along the central axis of the RTG 600 (eg, between 5 and 500). (selected values within the range of 10 cm).

図7は、様々な実施形態による、図6のRTGのための分散燃料構造物の斜視図である。図7から分かるように、上記の図6で詳細に説明したRTG600が示されている。図7では、RTG600の斜視図が描かれている。 7 is a perspective view of a distributed fuel structure for the RTG of FIG. 6, according to various embodiments; FIG. As can be seen from FIG. 7, the RTG 600 described in detail in FIG. 6 above is shown. In FIG. 7, a perspective view of RTG 600 is depicted.

いくつかの実施形態では、本明細書に記載された燃料構造物は、宇宙環境用のヒーターユニット、寒冷環境用のヒーターユニット、エネルギー変換用の熱電源、医療用放射性同位元素貯蔵シールド、使用済み核燃料輸送シールド、医療用放射性同位元素輸送シールド、使用済み核燃料シールド、緊急放射線格納、宇宙環境用の生物放射線防護、および緊急放射線環境用の生物放射線防護を含む多様な用途に使用され得るが、それらに限定されない。 In some embodiments, the fuel structures described herein are used as space environment heater units, cold environment heater units, thermal power sources for energy conversion, medical radioisotope storage shields, spent It can be used in a variety of applications, including nuclear fuel transport shields, medical radioisotope transport shields, spent nuclear fuel shields, emergency radiation containment, bioradiation protection for space environments, and bioradiation protection for emergency radiation environments. is not limited to

読者は、本願がいくつかの個別に有用な技術を説明していることを理解すべきである。出願人はこれらの技術を複数の独立した特許出願に分けるのではなく、1つの文書にまとめているが、これはそれらの技術の主題が関連しているために、出願プロセスの経済性につながるからである。しかし、このような技術の別個の利点や態様を混同してはならない。場合によっては、実施形態は本明細書で指摘した欠陥のすべてに対処しているが、技術は独立して有用であり、いくつかの実施形態はそのような問題の部分集合のみに対処しているか、または本開示を閲覧している当業者には明らかであろう他の言及されていない利点を提供していることを理解すべきである。コストの制約のため、本明細書に開示されているいくつかの技術は、現在は所有権を請求されていない可能性があり、継続出願などの後の出願で、または現在の請求項を補正することで所有権を請求される可能性もある。同様に、紙面の都合上、本願の「要約」や「発明の概要」のセクションは、そのような技術のすべて、またはそのような技術のすべての態様を包括的に記載しているものとみなすべきではない。 The reader should understand that this application describes several separately useful techniques. Applicants have grouped these technologies into one document rather than separating them into multiple independent patent applications, which leads to economy of the filing process because the subject matter of the technologies is related. It is from. However, separate advantages and aspects of such technology should not be confused. In some cases, although the embodiments address all of the deficiencies noted herein, the techniques are useful independently and some embodiments address only a subset of such problems. or provide other unmentioned advantages that would be apparent to one of ordinary skill in the art reading this disclosure. Due to cost constraints, some of the technology disclosed in this specification may not currently be claimed and may be filed in a later application, such as a continuation application, or amending the present claims. Doing so may result in a claim for ownership. Similarly, for the sake of space, the "Abstract" and "Summary of the Invention" sections of this application are deemed to be a comprehensive description of all such techniques or all aspects of such techniques. shouldn't.

詳細な説明および図面は、開示された特定の形態に本技術を限定することを意図したものではなく、逆に、添付の請求項によって定義される本技術の趣旨および範囲内に入るすべての修正、均等物、および代替物を網羅することを意図したものであることを理解すべきである。本技術の様々な態様のさらなる修正および代替の実施形態は、この説明を読めば当業者には明らかであろう。したがって、この説明および図面は、例示としてのみ解釈され、本技術を実施する一般的な方法を当業者に教えることを目的としている。ここに図示および説明されている本技術の形態は、実施形態の例として見なすべきものであることを理解されたい。各種要素および材料を、本明細書に図示および説明されているものに代えて使用してもよく、部品およびプロセスは逆にしてもよいし、省略してもよく、本技術の特定の特徴は独立して利用してもよいが、これらはすべて、本技術に関するこの説明の恩恵を受けた後に当業者に明らかになるであろう。以下の特許請求の範囲に記載された本技術の趣旨と範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された要素に変更を加えることができる。本明細書で使用されている見出しは、整理を目的としたものであり、説明の範囲を限定するために使用することを意図していない。 The detailed description and drawings are not intended to limit the technology to the particular forms disclosed, but rather all modifications that come within the spirit and scope of the technology as defined by the appended claims. , equivalents, and alternatives are intended to be covered. Further modifications and alternative embodiments of various aspects of the technology will be apparent to those skilled in the art upon reading this description. Accordingly, the description and drawings are to be construed as illustrative only and are intended to teach those skilled in the art the general manner of practicing the technology. It is to be understood that the forms of the technology shown and described herein are to be considered as example embodiments. Various elements and materials may be substituted for those shown and described herein, parts and processes may be reversed or omitted, and certain features of the technology may be Although they may be utilized independently, all of these will become apparent to those skilled in the art after having the benefit of this description of the technology. Changes may be made in the elements described herein without departing from the spirit and scope of the technology as described in the following claims. The headings used herein are for organizational purposes and are not intended to be used to limit the scope of the description.

本特許出願を通して使用されているように、「may」という言葉は、必須の意味(すなわち、必ずしなければならないという意味)ではなく、許容的な意味(すなわち、する可能性があるという意味)で使用されている。「含む(include)」、「含む(including)」、「含む(includes)」などの言葉は、含むがそれに限定されないことを意味する。本願では、単数形の「a」、「an」、「the」は、内容が明示的に別の意味を示していない限り、複数のものを含む。したがって、例えば、「構成要素(an element)」または「構成要素(a element)」への言及は、「一又は複数の(one or more)」のような1つまたは複数の構成要素に対する他の用語およびフレーズの使用にかかわらず、2つ以上の構成要素の組み合わせを含む。「または」という用語は、別の意味が明記されていない限り非排他的であり、すなわち、「および」と「または」の両方を包含する。条件関係を表す用語、例えば、「X,Yに応答して(in response to X, Y)」、「X,Yすると(on X, Y)」、「X,Yならば(if X, Y)」、「X,Yのとき(when X, Y)」などは、先行詞が必要因果条件である場合、先行詞が十分因果条件である場合、先行詞が結果の有力な因果条件である場合などの因果関係を包含する。例えば、「条件Yが得られると状態Xが発生する」は「XはYのときのみ発生する」と「XはYおよびZのときに発生する」に対して包括的である。このような条件関係は、先行条件が得られると即座に結果が出るものに限らず、結果が遅れるものもある。また、条件文では先行条件と結果が結びついており、例えば、先行条件が結果の発生の可能性に関係している。複数の属性または機能が複数のオブジェクト(例えば、ステップA、B、C、Dを実行する1つ以上のプロセッサ)にマッピングされる記述は、別途指示がない限り、それらの属性または機能のすべてがそれらのオブジェクトのすべてにマッピングされることと、それらの属性または機能のサブセットがそれらの属性または機能のサブセットにマッピングされることの両方を包含する(例えば、すべてのプロセッサがそれぞれステップA~Dを実行する場合と、プロセッサ1がステップAを実行し、プロセッサ2がステップBとステップCの一部を実行し、プロセッサ3がステップCの一部とステップDを実行する場合の両方)。さらに、ある値または行為が別の条件または値に「基づく」という記述は、別段の指示がない限り、その条件または値が唯一の要因である場合と、その条件または値が複数の要因の中の1つの要因である場合の両方を包含する。あるコレクションの「各」インスタンスが何らかの特性を持つという記述は、別段の指示がない限り、より大きなコレクションの他の特性において同一または類似のメンバーがその特性を持たない場合を除外するように読まれるべきではない。すなわち、「各」は必ずしもすべてを意味するわけではない。例えば、「Xを実行した後、Yを実行する」のように明示的に指定されていない限り、記載されている工程の順序に関する制限を請求項に読み取るべきではない。これに対して、「アイテムにXを実行し、XされたアイテムにYを実行する」のように順序の制限を暗示していると不適切に主張される可能性がある記述は、順序を指定するのではなく、請求項を読みやすくする目的で使用される。また、「A、B、およびCのうち少なくともZ個」などの記述(「A、B、またはCのうち少なくともZ個」など)は、列挙された各カテゴリー(A、B、およびC)のうち少なくともZ個を指すものであり、各カテゴリーに少なくともZ個の単位を必要とするものではない。議論から明らかなように、本明細書では、「処理」、「コンピューティング」、「計算」、「決定」などの用語を利用した議論は、特に明記しない限り、特別目的のコンピュータまたは同様の特別目的の電子処理/計算装置などの特定の装置の動作またはプロセスに言及していると理解される。「平行」、「垂直/直交」、「正方形」、「円筒形」などの幾何学的構造物に言及して記述された特徴は、その幾何学的構造物の特性を実質的に具現化するアイテムを包含すると解釈されるべきであり、例えば、「平行」な表面に言及すると、実質的に平行な表面が包含されることになる。これらの幾何学的構造物のプラトン的観念からの逸脱の許容範囲は、明細書中の範囲を参照して決定されるべきであり、そのような範囲が記載されていない場合には、使用分野における業界の規範を参照すべきであり、そのような範囲が定義されていない場合には、指定された特徴の製造分野における業界の規範を参照すべきであり、そのような範囲が定義されていない場合には、幾何学的構造物を実質的に具現化する特徴は、その幾何学的構造物の定義属性の15%以内の特徴を含むと解釈されるべきである。特許請求の範囲で使用されている「第1」、「第2」、「第3」、「所定の」などの用語は、区別するため、あるいは識別するために使用されており、連続的または数値的な限定を示すものではない。 As used throughout this patent application, the word "may" is used in a permissive (i.e., likely to) sense rather than in a mandatory (i.e., must) sense. used in The words "include," "including," "includes," and the like mean including but not limited to. In this application, the singular forms "a," "an," and "the" include plural referents unless the content clearly dictates otherwise. Thus, for example, reference to "an element" or "a element" may be used to refer to one or more elements, such as "one or more". Regardless of the use of terms and phrases, they include combinations of two or more elements. The term "or" is non-exclusive, ie, includes both "and" and "or," unless specified otherwise. Conditional terms such as "in response to X, Y", "on X, Y", "if X, Y )”, “when X, Y (when X, Y)”, etc., if the antecedent is a necessary causal condition, if the antecedent is a sufficient causal condition, the antecedent is the dominant causal condition of the result. It includes causal relationships such as cases. For example, "state X occurs when condition Y is obtained" is generic to "X occurs only when Y" and "X occurs when Y and Z". Such a conditional relationship is not limited to those in which results are obtained immediately after the preceding conditions are obtained, but there are also cases in which results are delayed. A conditional statement also associates an antecedent with an outcome, eg, the antecedent relates to the likelihood of the outcome occurring. Descriptions in which multiple attributes or functions are mapped to multiple objects (e.g., one or more processors performing steps A, B, C, and D) will not be described unless otherwise indicated. It includes both mapping to all of those objects and having a subset of their attributes or functions mapped to a subset of those attributes or functions (e.g. all processors performing steps A-D respectively). processor 1 performs step A, processor 2 performs step B and part of step C, and processor 3 performs part of step C and step D). Further, a statement that a value or action is “based on” another term or value, unless otherwise indicated, includes both when that term or value is the sole factor and when that term or value is among more than one factor. is one factor of . A statement that "each" instance of a collection has a property is read to exclude instances where the same or similar members in other properties of a larger collection do not have that property, unless otherwise indicated. shouldn't. That is, "each" does not necessarily mean all. No limitation as to the order of the recited steps should be read into the claims unless explicitly specified, for example, "do X and then do Y." In contrast, a statement that could be inappropriately claimed to imply an order constraint, such as "do X on item, do Y on item X", does not imply order. It is used for the purpose of making the claim easier to read, rather than specifying it. Also, statements such as "at least Z of A, B, and C" (such as "at least Z of A, B, or C") refer to each category listed (A, B, and C). It refers to at least Z of which, and does not require at least Z units in each category. It should be clear from the discussion that, in this specification, discussions using terms such as "processing", "computing", "computing", "determining", etc., do not refer to a special purpose computer or similar special purpose computer, unless otherwise specified. It is understood to refer to the operation or process of a particular device, such as an electronic processing/computing device of interest. Features described with reference to geometric structures such as "parallel", "perpendicular/perpendicular", "square", "cylindrical" substantially embody the properties of that geometry It should be construed to include items, for example, reference to "parallel" surfaces would include substantially parallel surfaces. Allowable deviations from the Platonic notion of these geometrical structures should be determined with reference to the ranges in the specification and, if no such range is stated, the field of use. Reference should be made to industry norms in the field of manufacture of the specified features, and if no such range is defined, reference should be made to industry norms in the field of manufacture of the specified features, and if such a range is defined. If not, features that substantially embody a geometrical structure should be construed to include features that are within 15% of the defining attributes of that geometrical structure. Terms such as “first,” “second,” “third,” “predetermined,” etc., used in the claims are used to distinguish or identify, and may be used consecutively or It does not imply numerical limitations.

本発明の技術は、以下に列挙する実施形態を参照することにより、よりよく理解されるであろう。
[実施形態1]
燃料構造物であって、高エネルギーベータ線放出体を含む放射能源物質を備え、ベータ崩壊プロセスの結果として前記放射能源物質によって放出される電子が、停止することなく前記燃料構造物を通過することによって、制動放射線が前記燃料構造物内で生成されることを防ぐように、前記放射能源物質によって放出される電子の平均自由行程以下の厚さを有するように構成される、燃料構造物。
[実施形態2]
前記放射能源物質はチタン酸ストロンチウムを含む、実施形態1に記載の燃料構造物。
[実施形態3]
前記高エネルギーベータ線放出体はストロンチウム90を含む、実施形態1から2のいずれかに記載の燃料構造物。
[実施形態4]
前記放射能エネルギー源によって放出される電子の平均自由行程は2ミリメートル(mm)であり、前記燃料構造物の厚さは2mm以下である、実施形態1から3のいずれかに記載の燃料構造物。
[実施形態5]
前記ベータ崩壊プロセスの結果として前記放射能源物質によって放出される電子のエネルギーは2MeVである、実施形態1から4のいずれかに記載の燃料構造物。
[実施形態6]
前記放射能源物質は100キュリー(Ci)以上の崩壊放射能を有する、実施形態1から5のいずれかに記載の燃料構造物。
[実施形態7]
前記放射能源物質は前記厚さを有する球状構造体で形成され、当該球状構造体は第1の材料内に分散している、実施形態1から6のいずれかに記載の燃料構造物。
[実施形態8]
前記第1の材料は、低密度、低原子番号、高熱伝導率、高材料分解温度を有し、前記放射能源物質と適合する、実施形態7に記載の燃料構造物。
[実施形態9]
前記第1の材料はグラファイトを含む、実施形態7から8のいずれかに記載の燃料構造物。
[実施形態10]
前記第1の材料は水素化リチウム、水素系オイルもしくは樹脂、または溶融塩を含む、実施形態7から9のいずれかに記載の燃料構造物。
[実施形態11]
前記放射能源物質で形成された前記球状構造体が分散した前記第1の材料は、さらに第2の材料に包まれている、実施形態7から10のいずれかに記載の燃料構造物。
[実施形態12]
前記第2の材料は、高密度、高有効原子番号、高熱伝導率、高材料分解温度を有し、前記燃料構造物に関連付けられた他の材料と適合する、実施形態11に記載の燃料構造物。
[実施形態13]
前記第2の材料はタングステンを含む、実施形態11から12のいずれかに記載の燃料構造物。
[実施形態14]
前記第2の材料は鉛または劣化ウランを含む、実施形態11から12のいずれかに記載の燃料構造物。
[実施形態15]
前記放射能源物質は第1の複数のシリンダで形成される、実施形態1から14のいずれかに記載の燃料構造物。
[実施形態16]
第1の材料で形成された第2の複数のシリンダをさらに備え、前記第1の複数のシリンダと前記第2の複数のシリンダとは同心シリンダである、実施形態15に記載の燃料構造物。
[実施形態17]
前記第1の材料はグラファイト、水素化リチウム、水素系オイルもしくは樹脂、または溶融塩を含む、実施形態15から16のいずれかに記載の燃料構造物。
[実施形態18]
第2の材料で形成され、前記第1の複数のシリンダと前記第2の複数のシリンダとを包むように構成された第3のシリンダをさらに含む、実施形態15から17のいずれかに記載の燃料構造物。
[実施形態19]
前記第2の材料はタングステン、鉛、または劣化ウランを含む、実施形態18に記載の燃料構造物。
[実施形態20]
前記第1の複数のシリンダの各々は前記厚さを有し、前記厚さは2mm以下であり、前記第2の複数のシリンダの各々は7mm以下の追加的な厚さを有する、実施形態18から19のいずれかに記載の燃料構造物。
[実施形態21]
前記第1の複数のシリンダの各々は前記厚さを有し、前記厚さは、0.1~1mm、0.5~1.5mm、1.0~2.0mm、1.5~2.5mm、2.0~3.0mm、または2.5~3.5の範囲のうちの1つから選択され、前記第2の複数のシリンダの各々は、4~6mm、4.5~6.5mm、または4~7mmの範囲のうちの1つから選択される追加的な厚さを有する、実施形態18から19のいずれかに記載の燃料構造物。
[実施形態22]
前記第3のシリンダは、1~5cm、1~10cm、5~10cm、または5~15cmの範囲のうちの1つから選択される厚さを有する、実施形態18から21のいずれかに記載の燃料構造物。
[実施形態23]
放射能源物質を遮蔽するためのシステムであって、第1の材料で形成された第1シールドであって、前記放射能源物質から放出される電子の平均自由行程を超える厚さを有することによって前記電子が前記第1シールドを通過することを防ぐ、第1シールドと、第2の材料で形成された第2シールドであって、前記電子によって生成された制動放射線が前記第2シールドを通過することを防ぐように構成された、第2シールドとを備えたシステム。
[実施形態24]
前記第1の材料は、低密度、低原子番号、高熱伝導率、高材料分解温度を有し、前記放射能源物質と適合し、前記第2の材料は、高密度、高有効原子番号、高熱伝導率、高材料分解温度を有し、前記システムに関連付けられた他の材料と適合する、実施形態23に記載のシステム。
[実施形態25]
前記第1の材料はグラファイト、水素化リチウム、水素系オイルもしくは樹脂、または溶融塩を含み、前記第2の材料はタングステン、鉛、または劣化ウランを含む、実施形態23から24のいずれかに記載のシステム。
[実施形態26]
前記放射能源物質から放出される電子の平均自由行程は2ミリメートル(2mm)であり、前記第1の材料の厚さは2mm以下であり、前記第2の材料の厚さは約7mm以下である、実施形態23から24のいずれかに記載のシステム。
[実施形態27]
前記放射能源物質から放出される電子は約2MeVのエネルギーを有し、前記厚さは前記電子が前記第1シールドを通過することを防ぐように選択される、実施形態23から26のいずれかに記載のシステム。
[実施形態28]
前記放射能源物質を含む燃料源と、前記燃料源を収容するように構成された燃料容器であって、前記第1シールドは前記燃料容器を包むように構成され、前記第2シールドは前記第1シールドを包むように構成される、燃料容器とをさらに備える、実施形態23から28のいずれかに記載のシステム。
[実施形態29]
前記燃料源はチタン酸ストロンチウムを含み、前記放射能源物質はストロンチウム90を含む、実施形態28に記載のシステム。
[実施形態30]
前記放射能源物質は高エネルギーベータ線放出体を含む、実施形態28から29のいずれかに記載のシステム。
[実施形態31]
前記電子によって生成される制動放射線は前記第1シールド内で生成され、前記第1シールド内で生成される制動放射線は前記第1シールドまたは前記第2シールド内で減衰される、実施形態23から30のいずれかに記載のシステム。
[実施形態32]
前記電子によって生成される制動放射線は、前記放射能源物質を含む燃料源を収容するように構成された燃料容器内で生成され、前記燃料容器内で生成される制動放射線は前記第1シールドまたは前記第2シールド内で減衰される、実施形態23から31のいずれかに記載のシステム。
[実施形態33]
高エネルギーベータ線放出体を含む放射能源物質を備えた燃料構造物をさらに備え、前記燃料構造物は前記平均自由行程以下の厚さを有するように構成され、ベータ崩壊プロセスの結果として前記放射能源物質によって放出される電子が、停止することなく前記燃料構造物を通過することによって、制動放射線が前記燃料構造物内で生成されることを防ぐことができる、実施形態23から32のいずれかに記載のシステム。
[実施形態34]
前記放射能源物質はチタン酸ストロンチウムを含み、前記高エネルギーベータ線放出体はストロンチウム90を含み、前記放射能エネルギー源によって放出される電子の平均自由行程は2ミリメートル(mm)であり、前記燃料構造物の厚さは2mm以下であり、前記第1シールドの厚さは2mmより大きい、実施形態23から33のいずれかに記載のシステム。
[実施形態35]
前記放射能源物質は前記厚さを有する球状構造体で形成され、当該球状構造体は前記第1シールド内に分散しており、前記第2シールドは前記球状構造体が分散した前記第1シールドを包むように構成される、実施形態23から34のいずれかに記載のシステム。
[実施形態36]
前記燃料構造物は第1の複数のシリンダを含み、前記第1シールドは第2の複数のシリンダを含み、前記第1の複数のシリンダと前記第2の複数のシリンダとは同心である、実施形態23から35のいずれかに記載のシステム。
[実施形態37]
前記第2シールドは、前記第1の複数のシリンダと前記第2の複数のシリンダとを包むように構成されたシリンダを含む、実施形態36に記載のシステム。
[実施形態38]
前記第1の複数のシリンダの各々は前記厚さを有し、前記厚さは2mm以下であり、前記第2の複数のシリンダの各々は7mm以下の追加的な厚さを有する、実施形態36から37のいずれかに記載のシステム。
[実施形態39]
前記第1の複数のシリンダの各々は前記厚さを有し、前記厚さは、0.1~1mm、0.5~1.5mm、1.0~2.0mm、1.5~2.5mm、2.0~3.0mm、または2.5~3.5の範囲のうちの1つから選択され、前記第2の複数のシリンダの各々は、4~6mm、4.5~6.5mm、または4~7mmの範囲のうちの1つから選択される追加的な厚さを有する、実施形態36から37のいずれかに記載のシステム。
[実施形態40]
前記シリンダは、1~5cm、1~10cm、5~10cm、または5~15cmの範囲のうちの1つから選択される厚さを有する、実施形態37から39のいずれかに記載のシステム。
[実施形態41]
実施形態1から22のいずれかに記載の燃料構造物を形成する方法であって、使用する放射能源物質を選択する工程と、所定量のエネルギーを産出するために、所定量の前記放射能源物質を取得する工程と、前記放射能源物質によって放出された電子の平均自由行程の厚さに基づいて前記燃料構造物を形成する工程とを備え、前記ベータ崩壊プロセスによって放出された電子が、停止することなく前記燃料構造物を通過することを可能にすることによって、制動放射線が前記燃料構造物内で生成されることを防ぐように、前記燃料構造物は前記厚さを有する、方法。
[実施形態42]
実施形態23から40のいずれかに記載のシステムを形成する方法であって、使用する放射能源物質を選択する工程と、所定量のエネルギーを産出するために、所定量の前記放射能源物質を取得する工程と、前記放射能源物質を遮蔽するための第1シールドを形成するために使用する第1の材料を選択する工程であって、前記第1の材料の厚さは前記放射能源物質から放出される電子の平均自由行程に基づいて決定され、前記厚さは電子の平均自由行程を超えることによって前記電子が前記第1シールドを通過することを防ぐ、工程と、前記放射能源物質を遮蔽するための第2シールドを形成するために使用する第2の材料を選択する工程であって、前記第2シールドは、前記電子によって生成された制動放射線が前記第2シールドを通過することを防ぐように構成される、工程と、前記第1シールドと前記第2シールドとを含む放射能源に対する2相シールドを形成する工程であって、前記放射能源物質は前記第1シールドの第1の材料内で分散するか、または前記第1シールドと同心のシリンダ内で形成され、前記第2シールドは前記第1シールドを包む、工程とを備える方法。
The technology of the present invention may be better understood with reference to the embodiments enumerated below.
[Embodiment 1]
A fuel structure comprising a radioactive source material comprising a high-energy beta-emitter, wherein electrons emitted by said radioactive source material as a result of a beta decay process pass through said fuel structure without stopping. to have a thickness less than or equal to the mean free path of electrons emitted by said radioactive source material, so as to prevent bremsstrahlung radiation from being generated within said fuel structure.
[Embodiment 2]
3. The fuel structure of embodiment 1, wherein the radioactive source material comprises strontium titanate.
[Embodiment 3]
3. The fuel structure of any of embodiments 1-2, wherein the high energy beta emitter comprises Strontium-90.
[Embodiment 4]
4. The fuel structure of any of embodiments 1-3, wherein the mean free path of electrons emitted by the radioactive energy source is 2 millimeters (mm) and the thickness of the fuel structure is 2 mm or less. .
[Embodiment 5]
5. The fuel structure of any of embodiments 1-4, wherein the energy of electrons emitted by the radioactive source material as a result of the beta decay process is 2 MeV.
[Embodiment 6]
6. The fuel structure of any of embodiments 1-5, wherein the radioactive source material has a decay activity of 100 Curies (Ci) or greater.
[Embodiment 7]
7. The fuel structure of any of embodiments 1-6, wherein the radioactive source material is formed of spherical structures having the thickness, the spherical structures dispersed within a first material.
[Embodiment 8]
8. A fuel structure as recited in embodiment 7, wherein said first material has a low density, low atomic number, high thermal conductivity, high material decomposition temperature, and is compatible with said radioactive source material.
[Embodiment 9]
9. The fuel structure of any of embodiments 7-8, wherein the first material comprises graphite.
[Embodiment 10]
10. The fuel structure of any of embodiments 7-9, wherein the first material comprises lithium hydride, hydrogen-based oil or resin, or molten salt.
[Embodiment 11]
11. The fuel structure of any of embodiments 7-10, wherein the first material in which the spherical structures formed of the radioactive source material are dispersed is further encased in a second material.
[Embodiment 12]
12. A fuel structure as recited in embodiment 11, wherein said second material has a high density, high effective atomic number, high thermal conductivity, high material decomposition temperature, and is compatible with other materials associated with said fuel structure. thing.
[Embodiment 13]
13. The fuel structure of any of embodiments 11-12, wherein the second material comprises tungsten.
[Embodiment 14]
13. The fuel structure of any of embodiments 11-12, wherein the second material comprises lead or depleted uranium.
[Embodiment 15]
15. The fuel structure of any of embodiments 1-14, wherein the radioactive source material is formed from a first plurality of cylinders.
[Embodiment 16]
16. The fuel structure of embodiment 15, further comprising a second plurality of cylinders formed of a first material, wherein the first plurality of cylinders and the second plurality of cylinders are concentric cylinders.
[Embodiment 17]
17. The fuel structure of any of embodiments 15-16, wherein the first material comprises graphite, lithium hydride, hydrogen-based oil or resin, or molten salt.
[Embodiment 18]
18. The fuel of any of embodiments 15-17, further comprising a third cylinder formed of a second material and configured to enclose the first plurality of cylinders and the second plurality of cylinders. Structure.
[Embodiment 19]
19. The fuel structure of embodiment 18, wherein the second material comprises tungsten, lead, or depleted uranium.
[Embodiment 20]
Embodiment 18 wherein each of said first plurality of cylinders has said thickness, wherein said thickness is 2 mm or less, and each of said second plurality of cylinders has an additional thickness of 7 mm or less. 20. The fuel structure according to any one of 19 to 19.
[Embodiment 21]
Each of said first plurality of cylinders has said thickness, said thickness being 0.1-1 mm, 0.5-1.5 mm, 1.0-2.0 mm, 1.5-2. 5 mm; 20. A fuel structure according to any of embodiments 18-19, having an additional thickness selected from 5 mm, or one of the range of 4-7 mm.
[Embodiment 22]
22. Any of embodiments 18-21, wherein the third cylinder has a thickness selected from one of the ranges 1-5 cm, 1-10 cm, 5-10 cm, or 5-15 cm. fuel structure.
[Embodiment 23]
A system for shielding a radioactive source material, comprising: a first shield formed of a first material, having a thickness exceeding the mean free path of electrons emitted from the radioactive source material; a first shield that prevents electrons from passing through the first shield, and a second shield formed of a second material, wherein bremsstrahlung radiation generated by the electrons passes through the second shield. and a second shield configured to prevent
[Embodiment 24]
The first material has a low density, low atomic number, high thermal conductivity, high material decomposition temperature and is compatible with the radioactive source material, and the second material has a high density, high effective atomic number, high thermal 24. The system of embodiment 23, having conductivity, high material decomposition temperature, and being compatible with other materials associated with said system.
[Embodiment 25]
25. Any of embodiments 23-24, wherein the first material comprises graphite, lithium hydride, hydrogen-based oil or resin, or molten salt, and the second material comprises tungsten, lead, or depleted uranium. system.
[Embodiment 26]
The mean free path of electrons emitted from the radioactive source material is 2 millimeters (2 mm), the thickness of the first material is 2 mm or less, and the thickness of the second material is about 7 mm or less. 25. The system of any of embodiments 23-24.
[Embodiment 27]
27. Any of embodiments 23-26, wherein electrons emitted from the radioactive source material have an energy of about 2 MeV and the thickness is selected to prevent the electrons from passing through the first shield. System as described.
[Embodiment 28]
a fuel source containing the radioactive source material; and a fuel container configured to contain the fuel source, wherein the first shield is configured to enclose the fuel container, and the second shield is configured to enclose the first shield. 29. The system of any of embodiments 23-28, further comprising a fuel container configured to enclose a fuel container.
[Embodiment 29]
29. The system of embodiment 28, wherein the fuel source comprises strontium titanate and the radioactive source material comprises strontium-90.
[Embodiment 30]
30. The system of any of embodiments 28-29, wherein the radioactive source material comprises a high energy beta emitter.
[Embodiment 31]
Embodiments 23-30, wherein bremsstrahlung radiation produced by said electrons is produced within said first shield, and bremsstrahlung radiation produced within said first shield is attenuated within said first shield or said second shield A system according to any of the preceding claims.
[Embodiment 32]
The bremsstrahlung radiation generated by the electrons is generated within a fuel container configured to contain a fuel source containing the radioactive source material, and the bremsstrahlung radiation generated within the fuel container is generated by the first shield or the 32. The system of any of embodiments 23-31, wherein the system is attenuated within the second shield.
[Embodiment 33]
further comprising a fuel structure comprising a radioactive source material comprising high energy beta emitters, said fuel structure configured to have a thickness less than or equal to said mean free path, said radioactive source as a result of a beta decay process; 33. Any of embodiments 23-32, wherein electrons emitted by matter are able to pass through the fuel structure without stopping, thereby preventing bremsstrahlung radiation from being generated within the fuel structure. System as described.
[Embodiment 34]
said radioactive source material comprising strontium titanate, said high energy beta emitter comprising strontium 90, said electrons emitted by said radioactive energy source having a mean free path of 2 millimeters (mm), said fuel structure 34. The system of any of embodiments 23-33, wherein the thickness of the object is 2 mm or less and the thickness of the first shield is greater than 2 mm.
[Embodiment 35]
The radioactive source material is formed of spherical structures having the thickness, the spherical structures are dispersed within the first shield, and the second shield covers the first shield in which the spherical structures are dispersed. 35. The system of any of embodiments 23-34, configured to wrap.
[Embodiment 36]
Implementation wherein the fuel structure includes a first plurality of cylinders, the first shield includes a second plurality of cylinders, the first plurality of cylinders and the second plurality of cylinders are concentric. 36. The system of any of aspects 23-35.
[Embodiment 37]
37. The system of embodiment 36, wherein the second shield includes cylinders configured to enclose the first plurality of cylinders and the second plurality of cylinders.
[Embodiment 38]
Embodiment 36, wherein each of said first plurality of cylinders has said thickness, wherein said thickness is 2 mm or less, and each of said second plurality of cylinders has an additional thickness of 7 mm or less 38. The system according to any of 37.
[Embodiment 39]
Each of said first plurality of cylinders has said thickness, said thickness being 0.1-1 mm, 0.5-1.5 mm, 1.0-2.0 mm, 1.5-2. 5 mm; 38. The system of any of embodiments 36-37, having an additional thickness selected from 5 mm, or one of the range of 4-7 mm.
[Embodiment 40]
40. The system of any of embodiments 37-39, wherein the cylinder has a thickness selected from one of the ranges 1-5 cm, 1-10 cm, 5-10 cm, or 5-15 cm.
[Embodiment 41]
23. A method of forming a fuel structure according to any of embodiments 1-22, comprising the steps of selecting a radioactive source material for use; and forming the fuel structure based on the mean free path thickness of electrons emitted by the radioactive source material, wherein the electrons emitted by the beta decay process stop wherein said fuel structure has said thickness to prevent bremsstrahlung radiation from being generated within said fuel structure by allowing it to pass through said fuel structure without interference.
[Embodiment 42]
41. A method of forming a system according to any of embodiments 23-40, comprising the steps of selecting a radioactive source material for use and obtaining a predetermined amount of said radioactive source material to produce a predetermined amount of energy. and selecting a first material for use in forming a first shield for shielding the radioactive source material, wherein the thickness of the first material is the thickness of the radiation emitted from the radioactive source material. shielding the radioactive source material, wherein the thickness prevents the electrons from passing through the first shield by exceeding the electron mean free path; selecting a second material for use in forming a second shield for the second shield, said second shield preventing bremsstrahlung radiation generated by said electrons from passing through said second shield; and forming a two-phase shield against a radioactive source comprising said first shield and said second shield, wherein said radioactive source material is within a first material of said first shield said second shield being dispersed or formed within a cylinder concentric with said first shield, said second shield enveloping said first shield.

Claims (36)

燃料構造物(fuel design)であって、
高エネルギーベータ線放出体を含む放射能源物質を備え、
ベータ崩壊プロセスの結果として前記放射能源物質によって放出される電子が、停止することなく前記燃料構造物を通過することによって、制動放射線が前記燃料構造物内で生成されることを防ぐように、前記放射能源物質によって放出される電子の平均自由行程以下の厚さを有するように構成される、燃料構造物。
A fuel design,
comprising a radioactive source material comprising high-energy beta-emitters;
to prevent electrons emitted by the radioactive source material as a result of a beta decay process from passing through the fuel structure without stopping, thereby generating bremsstrahlung radiation within the fuel structure; A fuel structure configured to have a thickness less than or equal to the mean free path of electrons emitted by the radioactive source material.
前記放射能源物質はチタン酸ストロンチウムを含む、請求項1に記載の燃料構造物。 3. The fuel structure of claim 1, wherein said radioactive source material comprises strontium titanate. 前記高エネルギーベータ線放出体はストロンチウム90を含む、請求項1に記載の燃料構造物。 2. The fuel structure of claim 1, wherein said high energy beta emitter comprises Strontium-90. 前記放射能エネルギー源によって放出される電子の平均自由行程は2ミリメートル(mm)であり、
前記燃料構造物の厚さは2mm以下である、請求項1に記載の燃料構造物。
the mean free path of electrons emitted by the radioactive energy source is 2 millimeters (mm);
2. The fuel structure of claim 1, wherein the fuel structure has a thickness of 2 mm or less.
前記ベータ崩壊プロセスの結果として前記放射能源物質によって放出される電子のエネルギーは2MeVである、請求項1に記載の燃料構造物。 2. The fuel structure of claim 1, wherein the energy of electrons emitted by said radioactive source material as a result of said beta decay process is 2 MeV. 前記放射能源物質は100キュリー(Ci)以上の崩壊放射能を有する、請求項1に記載の燃料構造物。 2. The fuel structure of claim 1, wherein said radioactive source material has a decay activity of 100 Curies (Ci) or greater. 前記放射能源物質は前記厚さを有する球状構造体で形成され、当該球状構造体は第1の材料内に分散している、請求項1に記載の燃料構造物。 2. The fuel structure of claim 1, wherein said radioactive source material is formed of spherical structures having said thickness, said spherical structures dispersed within a first material. 前記第1の材料は、低密度、低原子番号、高熱伝導率、高材料分解温度を有し、前記放射能源物質と適合する、請求項7に記載の燃料構造物。 8. The fuel structure of claim 7, wherein said first material has a low density, low atomic number, high thermal conductivity, high material decomposition temperature, and is compatible with said radioactive source material. 前記第1の材料はグラファイトを含む、請求項7に記載の燃料構造物。 8. The fuel structure of claim 7, wherein said first material comprises graphite. 前記第1の材料は水素化リチウム、水素系オイルもしくは樹脂、または溶融塩を含む、請求項7に記載の燃料構造物。 8. The fuel structure of claim 7, wherein said first material comprises lithium hydride, hydrogen-based oil or resin, or molten salt. 前記放射能源物質で形成された前記球状構造体が分散した前記第1の材料は、さらに第2の材料に包まれている、請求項7に記載の燃料構造物。 8. The fuel structure of claim 7, wherein said first material in which said spherical structures formed of said radioactive source material are dispersed is further encased in a second material. 前記第2の材料は、高密度、高有効原子番号、高熱伝導率、高材料分解温度を有し、前記燃料構造物に関連付けられた他の材料と適合する、請求項11に記載の燃料構造物。 12. The fuel structure of claim 11, wherein said second material has a high density, high effective atomic number, high thermal conductivity, high material decomposition temperature, and is compatible with other materials associated with said fuel structure. thing. 前記第2の材料はタングステンを含む、請求項11に記載の燃料構造物。 12. The fuel structure of claim 11, wherein said second material comprises tungsten. 前記第2の材料は鉛または劣化ウランを含む、請求項11に記載の燃料構造物。 12. The fuel structure of claim 11, wherein said second material comprises lead or depleted uranium. 前記放射能源物質は第1の複数のシリンダで形成される、請求項1に記載の燃料構造物。 2. The fuel structure of claim 1, wherein said radioactive source material is formed from a first plurality of cylinders. 第1の材料で形成された第2の複数のシリンダをさらに備え、前記第1の複数のシリンダと前記第2の複数のシリンダとは同心シリンダである、請求項15に記載の燃料構造物。 16. The fuel structure of claim 15, further comprising a second plurality of cylinders formed of a first material, wherein said first plurality of cylinders and said second plurality of cylinders are concentric cylinders. 前記第1の材料はグラファイト、水素化リチウム、水素系オイルもしくは樹脂、または溶融塩を含む、請求項16に記載の燃料構造物。 17. The fuel structure of claim 16, wherein said first material comprises graphite, lithium hydride, hydrogen-based oil or resin, or molten salt. 第2の材料で形成され、前記第1の複数のシリンダと前記第2の複数のシリンダとを包むように構成された第3のシリンダをさらに含む、請求項15に記載の燃料構造物。 16. The fuel structure of claim 15, further comprising a third cylinder formed of a second material and configured to enclose the first plurality of cylinders and the second plurality of cylinders. 前記第2の材料はタングステン、鉛、または劣化ウランを含む、請求項18に記載の燃料構造物。 19. The fuel structure of claim 18, wherein said second material comprises tungsten, lead, or depleted uranium. 前記第1の複数のシリンダの各々は前記厚さを有し、前記厚さは2mm以下であり、前記第2の複数のシリンダの各々は7mm以下の追加的な厚さを有する、請求項18に記載の燃料構造物。 19. Each of said first plurality of cylinders has said thickness, wherein said thickness is 2 mm or less, and wherein each of said second plurality of cylinders has an additional thickness of 7 mm or less. A fuel structure as described in . 放射能源物質を遮蔽するためのシステムであって、
第1の材料で形成された第1シールドであって、前記放射能源物質から放出される電子の平均自由行程を超える厚さを有することによって前記電子が前記第1シールドを通過することを防ぐ、第1シールドと、
第2の材料で形成された第2シールドであって、前記電子によって生成された制動放射線が前記第2シールドを通過することを防ぐように構成された、第2シールドと
を備えたシステム。
A system for shielding radioactive source material, comprising:
a first shield formed of a first material having a thickness exceeding the mean free path of electrons emitted from the radioactive source material to prevent the electrons from passing through the first shield; a first shield;
a second shield formed of a second material and configured to prevent bremsstrahlung radiation generated by the electrons from passing through the second shield.
前記第1の材料は、低密度、低原子番号、高熱伝導率、高材料分解温度を有し、前記放射能源物質と適合し、
前記第2の材料は、高密度、高有効原子番号、高熱伝導率、高材料分解温度を有し、前記システムに関連付けられた他の材料と適合する、請求項21に記載のシステム。
the first material has a low density, a low atomic number, a high thermal conductivity, a high material decomposition temperature, and is compatible with the radioactive source material;
22. The system of claim 21, wherein said second material has a high density, high effective atomic number, high thermal conductivity, high material decomposition temperature, and is compatible with other materials associated with said system.
前記第1の材料はグラファイト、水素化リチウム、水素系オイルもしくは樹脂、または溶融塩を含み、
前記第2の材料はタングステン、鉛、または劣化ウランを含む、請求項22に記載のシステム。
the first material comprises graphite, lithium hydride, hydrogen-based oil or resin, or molten salt;
23. The system of claim 22, wherein said second material comprises tungsten, lead, or depleted uranium.
前記放射能源物質から放出される電子の平均自由行程は2ミリメートル(2mm)であり、前記第1の材料の厚さは2mm以下であり、
前記第2の材料の厚さは7mm以下である、請求項21に記載のシステム。
The mean free path of electrons emitted from the radioactive source material is 2 millimeters (2 mm), the thickness of the first material is 2 mm or less,
22. The system of claim 21, wherein the thickness of said second material is 7 mm or less.
前記放射能源物質から放出される電子は約2MeVのエネルギーを有し、前記厚さは前記電子が前記第1シールドを通過することを防ぐように選択される、請求項21に記載のシステム。 22. The system of claim 21, wherein electrons emitted from said radioactive source material have an energy of about 2 MeV and said thickness is selected to prevent said electrons from passing through said first shield. 前記放射能源物質を含む燃料源と、
前記燃料源を収容するように構成された燃料容器であって、前記第1シールドは前記燃料容器を包むように構成され、前記第2シールドは前記第1シールドを包むように構成される、燃料容器と
をさらに備える、請求項21に記載のシステム。
a fuel source containing the radioactive source material;
a fuel container configured to contain the fuel source, wherein the first shield is configured to enclose the fuel container and the second shield is configured to enclose the first shield; and 22. The system of claim 21, further comprising:
前記燃料源はチタン酸ストロンチウムを含み、
前記放射能源物質はストロンチウム90を含む、請求項26に記載のシステム。
the fuel source comprises strontium titanate;
27. The system of claim 26, wherein the radioactive source material comprises Strontium-90.
前記放射能源物質は高エネルギーベータ線放出体を含む、請求項26に記載のシステム。 27. The system of claim 26, wherein said radioactive source material comprises a high energy beta emitter. 前記電子によって生成される制動放射線は前記第1シールド内で生成され、前記第1シールド内で生成される制動放射線は前記第1シールドまたは前記第2シールド内で減衰される、請求項21に記載のシステム。 22. The claim of claim 21, wherein bremsstrahlung radiation produced by said electrons is produced within said first shield and bremsstrahlung radiation produced within said first shield is attenuated within said first shield or said second shield. system. 前記電子によって生成される制動放射線は、前記放射能源物質を含む燃料源を収容するように構成された燃料容器内で生成され、前記燃料容器内で生成される制動放射線は前記第1シールドまたは前記第2シールド内で減衰される、請求項21に記載のシステム。 The bremsstrahlung radiation generated by the electrons is generated within a fuel container configured to contain a fuel source containing the radioactive source material, and the bremsstrahlung radiation generated within the fuel container is generated by the first shield or the 22. The system of claim 21, attenuated within the second shield. 高エネルギーベータ線放出体を含む放射能源物質を備えた燃料構造物をさらに備え、
前記燃料構造物は前記平均自由行程以下の厚さを有するように構成され、
ベータ崩壊プロセスの結果として前記放射能源物質によって放出される電子が、停止することなく前記燃料構造物を通過することによって、制動放射線が前記燃料構造物内で生成されることを防ぐことができる、請求項21に記載のシステム。
further comprising a fuel structure with a radioactive source material including high energy beta emitters;
wherein the fuel structure is configured to have a thickness less than or equal to the mean free path;
Electrons emitted by the radioactive source material as a result of beta decay processes can pass through the fuel structure without stopping, thereby preventing bremsstrahlung radiation from being generated within the fuel structure. 22. The system of claim 21.
前記放射能源物質はチタン酸ストロンチウムを含み、
前記高エネルギーベータ線放出体はストロンチウム90を含み、
前記放射能エネルギー源によって放出される電子の平均自由行程は2ミリメートル(mm)であり、
前記燃料構造物の厚さは2mm以下であり、
前記第1シールドの厚さは2mmより大きい、請求項31に記載のシステム。
the radioactive source material comprises strontium titanate;
the high-energy beta-emitter comprises strontium-90;
the mean free path of electrons emitted by the radioactive energy source is 2 millimeters (mm);
The fuel structure has a thickness of 2 mm or less,
32. The system of claim 31, wherein the thickness of said first shield is greater than 2 mm.
前記放射能源物質は前記厚さを有する球状構造体で形成され、当該球状構造体は前記第1シールド内に分散しており、前記第2シールドは前記球状構造体が分散した前記第1シールドを包むように構成される、請求項31に記載のシステム。 The radioactive source material is formed of spherical structures having the thickness, the spherical structures are dispersed within the first shield, and the second shield covers the first shield in which the spherical structures are dispersed. 32. The system of claim 31, configured to wrap. 前記燃料構造物は第1の複数のシリンダを含み、前記第1シールドは第2の複数のシリンダを含み、前記第1の複数のシリンダと前記第2の複数のシリンダとは同心である、請求項31に記載のシステム。 The fuel structure includes a first plurality of cylinders, the first shield includes a second plurality of cylinders, the first plurality of cylinders and the second plurality of cylinders being concentric. 32. The system of Clause 31. 前記第2シールドは、前記第1の複数のシリンダと前記第2の複数のシリンダとを包むように構成されたシリンダを含む、請求項34に記載のシステム。 35. The system of claim 34, wherein the second shield includes cylinders configured to enclose the first plurality of cylinders and the second plurality of cylinders. 前記第1の複数のシリンダの各々は前記厚さを有し、前記厚さは2mmであり、前記第2の複数のシリンダの各々は少なくとも7mmの追加的な厚さを有する、請求項34に記載のシステム。 35. The cylinder of claim 34, wherein each of said first plurality of cylinders has said thickness, said thickness is 2 mm, and each of said second plurality of cylinders has an additional thickness of at least 7 mm. System as described.
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