JP3238830U

JP3238830U - 電離放射線を電力に変換するタンデム型ダイヤモンド半導体薄膜変換層を設けた安全性の金属製容器装置

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Publication number: JP3238830U
Application number: JP2022002215U
Authority: JP
Inventors: 五郎五十嵐
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-06-16
Filing date: 2022-06-16
Publication date: 2022-08-25
Anticipated expiration: 2032-06-16

Abstract

【課題】本考案は、原子力発電所から発生する放射性廃棄物を安全性の金属製容器に封入し、放射性物質から出る電離放射線をタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層を設けて電力に変換し、電離放射線を重複遮蔽する安全性の金属製容器装置を提供する。【解決手段】電離放射線入射面にＣＶＤダイヤモンド薄膜層５を設け、グラファイトシート電極６・１２を表裏対称に設けたタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層４を、放射線遮断ガラス３および鉛またはタリウム２を設けた金属製容器１に設けて、電離放射線を重複遮蔽するドラム缶またはキャニスタと呼ばれる金属製容器１に再生エネルギーの放射性廃棄物を封入し、電離放射線を安定した電力に変換するタンデム型ダイヤモンド半導体薄膜層を設けた安全性の金属製容器装置。【選択図】図１

Description

本考案は、原子力発電所から発生する放射性廃棄物を金属製容器に封入し、放射性物質から出る荷電粒子線「α線、β線」電磁波「γ線、Ｘ線」などによる電離放射線の入射面に、ＣＶＤダイヤモンド薄膜層を設けたタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層を、放射線遮断ガラスおよび鉛またはタリウムを設けたドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器に設けて重複遮蔽する安全性の金属製容器装置に関する。

原子力発電所から発生する放射性廃棄物は、高レベル放射性廃棄物、低レベル放射性廃棄物、クリアランスレベル以下の放射性廃棄物に分類される。原子力発電所の放射性廃棄物は、ドラム缶またはキャニスターの金属製容器に入れ、セメントを充填して固化し、固化したドラム缶またはキャニスターを積み重ね固化体の隙間にモルタルを充填し、青森県六ケ所村大石平地区の低レベル放射性廃棄物埋設センターに、１９９２年から埋設されている。返還廃棄物貯蔵容量ガラス固化体は、青森県六ヶ所村弥栄平地区の高レベル放射性廃棄物貯蔵センターに、１９９５年から貯蔵されている。２０１１年３月１１日に発生した東日本大震災は、福島県にある東京電力福島第一原子力発電所の事故による放射性廃棄物の処理および処分が問題となっているが、日本政府は再生エネルギーの放射性廃棄物をどう最終処理するのかについては態度を明確にしていない。

特願２０２０－１３６０２６号特願２０２０－１１２１１５号

実用新案文献１

実用新案登録第３２３３２１４号

実用新案文献２

実願２０２２－０００７５６号

実用新案文献３

実願２０２２－０００９０５号

非特許文献

引用非特許文献１

編集兼発行者下中邦彦、「世界大百科事典」５ガラス（Ｇｌａｓｓ）ｐ７５～８１、１９７０年版、株式会社平凡社。

引用非特許文献２

編集「原子力のすべて」編集委員会編、原子力のすべて資料編２．放射線の人間との関わり ▲２▼放射線とはどのようなものかｐ３０６、（６）放射性廃棄物 ▲１▼放射性廃棄物とはどのようなものかｐ３４１、 ▲３▼高レベル放射性廃棄物、低レベル放射性廃棄物の発生量・管理量・処分量ｐ３４３、（７）その他 ▲１▼青森県六ヶ所村の核燃料サイクル施設の概要ｐ３４７、原子力関係用語集アルファ線（α線）ｐ４２４、ガンマ線（γ線）ｐ４２７、ベータ線（β線）ｐ４３７、放射性廃棄物、放射線ｐ４３７、放射能ｐ４３８、平成１５年版、独立行政法人国立印刷局。

引用非特許文献３

監修者藤森直治，鹿田真一、ダイヤモンドエレクトロニクスの最前線《普及版》第４章ナノ結晶ダイヤモンド薄膜ｐ３６～４４、第６章半導体特性ｐ６３～７１、第７章ｐ型ホモエピタキシャルダイヤモンド薄膜の半導体特性ｐ７５～８４、第８章ｎ型ドーピングと半導体特性ｐ８６～９８、２０１４年版、株式会社シーエムシー出版。

引用非特許文献４

著者稲垣道夫、「カーボン」古くて新しい材料第１章身近なカーボン４・キーボードの中のグラファイトフィルム（グラファイトのトピックス）●フレキシンブルグラファイトシートの著しい異方性ｐ７１～７２、２００９年版、株式会社工業調査会。

２０１１年３月１１日に発生した東日本大震災は、東北地方を中心に甚大な被害をもたらした。福島県にある東京電力福島第一原子力発電所の事故による放射性廃棄物の処理及び処分が課題となっている。放射性廃棄物を再生エネルギーとして、放射性物質から出る電離放射線の荷電粒子線「α線、β線」電磁波「γ線、Ｘ線」を電力に変換するｐｎ型またはｐｉｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層を設けて、１００年以上電力に変換して活用する貯蔵または埋設や地層処分方法はなかった。
したがって、鉛またはタリウムおよびＣＶＤダイヤモンド薄膜層を設けたドラム缶またはキャニスターなどの金属製容器に、放射性廃棄物を封入し、放射性物質から出る電離放射線を遮蔽する金属製容器（特願２０２０－１１２１１５号）に至り、電離放射線を遮蔽する金属製容器に、ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層接合のｐｎ型またはｐｉｎ型電離放射線変換層を設けて電力に変換する装置（特願２０２０－１３６０２６号）に至った。金属製容器の内側に、鉛またはタリウムおよびＣＶＤダイヤモンド薄膜層を設け、ｐｎ型またはｐｉｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層を設けて電力に変換し、電離放射線を遮蔽する安全性の半導体薄膜発電装置（実用新案登録第３２３３２１４号）に至った。しかし、電離放射線を電力に変換するＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層の変換効率向上および耐久性に課題があった。放射線に強いドープを設けた耐久性を設けたｎｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層をタンデム型に設けて、高効率のＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層（実願２０２２－０００７５６号）に至り、タンデム型ＣＶＤダイヤモンド薄膜電離放射線変換層の電力を、水電解法によるグリーン水素製造に用いたタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電池装置（実願２０２２－０００９０５号）に至った。しかし、ＣＶＤダイヤモンド薄膜層の使用量を減らし、ＣＶＤダイヤモンド薄膜層に変わる安価な絶縁性および遮蔽材料が課題となった。
本考案では、金属製容器の内側に、鉛またはタリウムおよび放射線遮断ガラスを設けて重複遮蔽する金属製容器に、タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層を設けて再生エネルギーの放射性廃棄物を封入する安全性の金属製容器装置を考案した。

原子力発電所から発生する放射性廃棄物を金属製容器１に封入し、放射性物質から出る荷電粒子線「α線、β線」電磁波「γ線、Ｘ線」などによる電離放射線の入射面に、ＣＶＤダイヤモンド薄膜層５を設けたタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層４を、放射線遮断ガラス３および鉛またはタリウム２を設けたドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器１に設けて重複遮蔽する安全性の金属製容器装置において、
ヒ素（Ａｓ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層７およびガリウム（Ｇａ）ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層８接合のｎｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層７・８接合部に、ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層９を伴うヘテロ接合の、リン（Ｐ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層１０およびインジウム（Ｉｎ）ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層１１接合のｎｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層１０・１１を設けたタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層４を、放射線遮断ガラス３および鉛またはタリウム２を設けたドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器１に設けて重複遮蔽する安全性の金属製容器１に、再生エネルギーの放射性廃棄物を封入し、電離放射線を電力に変換するタンデム型ダイヤモンド半導体薄膜変換層を設けた安全性の金属製容器装置。

鉛またはタリウム２を設けたドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器１に、絶縁性の放射線遮断ガラス３を設けて重複遮蔽する安全性の金属製容器１に、再生エネルギーの放射性廃棄物を封入し、電離放射線を電力に変換するタンデム型ダイヤモンド半導体薄膜変換層を設けた安全性の金属製容器装置。

再生エネルギーの放射性廃棄物を金属製容器に封入し、電離放射線を電力に変換するタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層を、重複遮蔽する安全性の金属製容器に設けて電離放射線を１００年以上安定した電力に変換し、活用する金属製容器装置である。

本考案に係る、鉛またはタリウム２および放射線遮断ガラス３設けて電離放射線を重複遮蔽する安全性の金属製容器１に、電離放射線入射面にＣＶＤダイヤモンド薄膜層５を設けたタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層４を設けた参考側面及び断面図。本考案に係る、鉛またはタリウム２および放射線遮断ガラス３を設けて電離放射線を重複遮蔽する安全性の金属製容器１に、電離放射線入射面にＣＶＤダイヤモンド薄膜層５を設けたｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層９を伴うヘテロ接合のｎｐ型タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層４を設けた参考断面図。

荷電粒子線「α線、β線」電磁波「γ線、Ｘ線」などによる電離放射線は、鉛またはタリウムを設けて遮蔽することができる。天然の放射性核種の崩壊系列は、「トリウム系列」、「ウラン系列」、「アクチニウム系列」であり、鉛を設けて電離放射線を遮蔽することができる。人工放射性元素の崩壊系列の「ネプツニウム系列」は、タリウムを設けて遮蔽することができる。すでに、鉛またはタリウムおよびＣＶＤダイヤモンド薄膜層を設け、ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層を設けた金属製容器に放射性廃棄物を封入し、放射性物質から出る荷電粒子線「α線、β線」電磁波「γ線、Ｘ線」などによる電離放射線を電力に変換する金属製容器は、実用新案登録第３２３３２１４号に記載されている。また、変換効率を高効率にしたタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層を設けて電力に変換するタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電池装置は、実願２０２２－０００７５６号に記載され、変換された電力を、水電解法によるグリーン水素製造に用いたタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電池装置は、実願２０２２－０００９０５号に記載されている。

ガラスには、乳白ガラス、紫外線透過ガラス、紫外線遮断ガラス、Ｘ線遮断ガラス、放射線遮断ガラス、電導性ガラスなどがあり、用途により選択することができる。ガラスの性質としては、石英ガラス、バイコールガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛アルカリガラス、アルミナホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラスなどがある。
本考案では、電離放射線を重複遮蔽する鉛またはタリウム２および放射線遮断ガラス３を設けた金属製容器１の電離放射線入射面に、ＣＶＤダイヤモンド薄膜層５設けたタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層４を設けて安定した電力に変換する再生エネルギーの放射性廃棄物を封入し、重複遮蔽する安全性の金属製容器装置。

ＣＶＤダイヤモンド半導体は、シリコン（Ｓｉ）と同じ１４族元素に属している。ｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層へのドープは、第１５族元素の窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）をドープすることができる。ｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層へのドープは、１３族元素のホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）をドープすることができる。
ＣＶＤダイヤモンドのバンドギャップは、５．４８ｅＶの半導体としての特性を有している。ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層は、高出力型マイクロ波プラズマＣＶＤ法、またはマイクロ波プラズマＣＶＤ法、表面波プラズマＣＶＤ法によるナノ結晶ダイヤモンド薄膜が用いられる。ＣＶＤダイヤモンドは、耐放射線性、耐熱性、絶縁性、絶縁破壊、耐化学薬品性など物質中で最高もしくは準最高値を有する材料とされる。
タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層にドープする、放射線に強いとされるヒ素ガリウム（ＡｓＧａ）のバンドギャップは１．４３ｅＶであり、リンインジウム（ＰＩｎ）のバンドギャップは１．３５ｅＶとされる。

図１の参考側面及び断面図に示す。ドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器１の内側に、鉛またはタリウム２および放射線遮断ガラス３を設け、タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層４の電離放射線入射面にＣＶＤダイヤモンド薄膜層５を設けた構成である。電離放射線を重複遮蔽する安全性の金属製容器１に、再生エネルギーの放射性廃棄物を封入し、放射性物質から出る荷電粒子線「α線、β線」電磁波「γ線、Ｘ線」などによる電離放射線を、タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層４を設けて電力に変換する。鉛またはタリウム２および放射線遮断ガラス３を設けた金属製容器１は、電離放射線を重複遮蔽するドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器１に再生エネルギーとなる放射性廃棄物を封入し、電離放射線をタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層４を設けて安定した電力に変換する安全性の金属製容器装置。

図２の参考断面図に示す。原子力発電所から発生する放射性廃棄物をドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器１に封入し、放射性物質から出る荷電粒子線「α線、β線」電磁波「γ線、Ｘ線」などによる電離放射線の入射面に、ＣＶＤダイヤモンド薄膜層５を設け、グラファイトシート電極６・１２を表裏対称に設けたタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層４を、放射線遮断ガラス３および鉛またはタリウム２を設けたドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器に設けて重複遮蔽する安全性の金属製容器装置において、
ヒ素（Ａｓ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層７およびガリウム（Ｇａ）ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層８接合のｎｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層接合部に、ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層９を伴うヘテロ接合に、リン（Ｐ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜１０およびインジウム（Ｉｎ）ドープｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層１１接合のｎｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層を設けたタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層４にグラファイトシート電極６・１２を表裏対称に設け、電離放射線の入射面にＣＶＤダイヤモンド薄膜層５設けたタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層４を、放射線遮断ガラス３および鉛またはタリウム２設けたドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器１に設けて重複遮蔽する安全性の金属製容器１に、再生エネルギーとなる放射性廃棄物を封入し、電離放射線をタンデム型ダイヤモンド半導体薄膜変換層を設けて安定した電力に変換する安全性の金属製容器装置。

ドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器１に放射性廃棄物を封入する放射性物質から出る電離放射線の種類は、粒子線の荷電粒子線「α線、β線など」および非荷電粒子線「中性子線など」電磁波「γ線、Ｘ線」に分類され、様々な放射線を出し崩壊する。荷電粒子線の「α線」は紙を設けて遮蔽することができ、「β線」はアルミニウムなどの薄い金属板を設けて遮蔽することができる。電磁波の「γ線、Ｘ線」は鉛を設けて遮蔽することができる。人工放射性元素の崩壊系列はタリウムを設けて遮蔽することができる。「中性子線」は水を設けて遮蔽することができるが、中性子照射などによりトリチウムが生成される。天然の炭素には炭素－１２、炭素－１３、炭素－１４の３種類がある。β線を出す炭素－１４やニッケル６３の半減期は、炭素－１４は５７３０年、ニッケル６３は約１００年とされる。ｎｐ型ダイヤモンド半導体を設けた変換効率は、素子レベルで約２８％とされるが出力がマイクロワットレベルと小さいのが課題とされる。したがって、ドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器１に放射性廃棄物を封入することにより大きな出力となる。放射性廃棄物を金属製容器１に封入し、放射性物質から出る電離放射線の荷電粒子線「α線、β線」電磁波「γ線、Ｘ線」などによる電離放射線を、鉛またはタリウム２を設けて遮蔽することができ、鉛またはタリウム２に絶縁性の放射線遮断ガラス３を設けて重複遮蔽することにより安全性の金属製容器１となる。例えば、β線を出す炭素－１４は半減期が５７３０年とされ、５７３０年以上安定した電力に変換するタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層４を設けた重複遮蔽する安全性の金属製容器装置である。再生エネルギーの放射性廃棄物を金属製容器１に封入し、放射性物質から出る電離放射線をタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層４を設けて、１００年以上安定した電力に変換する安全性の金属製容器装置。

１金属製容器
２鉛またはタリウム
３放射線遮断ガラス
４タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層
５ＣＶＤダイヤモンド薄膜層
６グラファイトシート電極
７ヒ素（Ａｓ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層
８ガリウム（Ｇａ）ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層
９ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層
１０リン（Ｐ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層
１１インジウム（Ｉｎ）ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層
１２グラファイトシート電極

Claims

原子力発電所から発生する放射性廃棄物を金属製容器に封入し、放射性物質から出る荷電粒子線「α線、β線」電磁波「γ線、Ｘ線」などによる電離放射線の入射面に、ＣＶＤダイヤモンド薄膜層を設けたタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層を、放射線遮断ガラスおよび鉛またはタリウムを設けたドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器に設けて重複遮蔽する安全性の金属製容器装置において、
ヒ素（Ａｓ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層およびガリウム（Ｇａ）ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層接合のｎｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層接合部に、ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層を伴うヘテロ接合の、リン（Ｐ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層およびインジウム（Ｉｎ）ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層接合のｎｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層を設けたタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層を、放射線遮断ガラスおよび鉛またはタリウムを設けたドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器に設けて重複遮蔽する安全性の金属製容器に、再生エネルギーの放射性廃棄物を封入し、電離放射線を電力に変換するタンデム型ダイヤモンド半導体薄膜変換層を設けた安全性の金属製容器装置。
鉛またはタリウムを設けたドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器に、絶縁性の放射線遮断ガラスを設けて重複遮蔽する安全性の金属製容器に、再生エネルギーの放射性廃棄物を封入する請求項１に記載の、電離放射線を電力に変換するタンデム型ダイヤモンド半導体薄膜変換層を設けた安全性の金属製容器装置。