JP3243275U

JP3243275U - タンデム型ｃｖｄダイヤモンド半導体原子力電池を設けた安全性の金属製容器装置。

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Publication number: JP3243275U
Application number: JP2023002199U
Authority: JP
Inventors: 五郎五十嵐
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-06-06
Filing date: 2023-06-06
Publication date: 2023-08-17
Anticipated expiration: 2033-06-06

Abstract

【課題】ヘリカル型核融合装置「ＬＨＤ」からの放射性廃棄物を金属製容器に封入し、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を設けた永年変換発電の電力の活用、および電離放射線を遮蔽する安全性の金属製容器装置を提供する。【解決手段】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電離放射線の入射面に、耐放射線性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層３を用いたタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層４に絶縁性の前記薄膜層３を設け、電離放射線を遮蔽する鉛またはタリウム２、もしくは鉛ガラス２を設けた安全性の前記金属製容器１の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、金属製容器１に設けた前記変換層４の安定した永年変換発電の電力を活用する、または蓄電池を設けて活用する、タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体原子力電池を設けた安全性の金属製容器装置。【選択図】図１

Description

ヘリカル型核融合装置「ＬＨＤ」を使った水素のプラズマ（電離気体）にホウ素の粉末を添加した後、軽水素をホウ素に高速照射することによって生じた高エネルギーを発電に用い、反応後にはヘリウムが生じ、非荷電粒子線の中性子が発生しない低レベル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電離放射線（荷電粒子線のα線・β線、電磁波のγ線・Ｘ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た変換発電、および電離放射線の遮蔽を設けた安全性のドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、金属製容器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の安定した永年変換発電の電力を活用する、脱炭素の再生可能エネルギーとなる放射性廃棄物を活用した、タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体原子力電池を設けた安全性の金属製容器装置に関する。

核融合は複数の方式があり、燃料である水素のプラズマ（電離気体）を磁場で閉じ込める「磁場方式」と、レーザーなどの作用で閉じ込める「慣性方式」に大別される。核融合装置の方式には、トカマク型、ヘリカル型、ミラー型、逆磁場ピンチ方式、完成閉じ込め型の方式がある。「地上の太陽」と呼ばれる核融合の燃料は、重水素とトリチウム（三重水素）を使い、２つをバラバラにしてヘリウムに変わる過程で発生するエネルギーを発電などに利用する。国際熱核融合実験炉「ＩＴＥＲ」または原型炉「ＣＦＥＴＲ」の運転終了または廃炉として出る放射性廃棄物の中にある放射性物質には、炭素１４、コバルト６０、ニッケル６３、ニオブ９４またはヘリウムなどがある。ＩＴＥＲまたはＣＦＥＴＲの放射性廃棄物は、低レベル放射性廃棄物で、時間の経過とともにその量は減少し、放射性廃棄物としての管理が必要無いもの（クリアランスレベル以下）が増えるが、中には長寿命の放射性廃棄物も含まれ、適切な処理処分が必要とされる。
核融合科学研究所は米核融合スタートアップのＴＡＥテクノロジーズと共同で、軽水素とホウ素という新たな燃料の組み合わせによる核融合実験に成功した。研究チームは、核融合科学研究所の実験装置・大型ヘリカル装置「ＬＨＤ」を使い、強力な磁場でドーナツ状に閉じ込めた水素のプラズマ（電離気体）にホウ素の粉末を上方から添加した後、側面から軽水素を時速１５００万キロメートルを超える速度の照射をホウ素にぶつけた核融合によって生じた高エネルギーを発電などに利用する。ＬＨＤの放射性廃棄物は、中性子が発生しない低レベル放射性廃棄物であるが、ＩＴＥＲまたはＣＦＥＴＲの放射性廃棄物の処理処分に準じる。
放射性廃棄物の処分シナリオでは、現在の技術で取扱い可能で、その方針は、原子力委員会「ＲＩ・研究所等廃棄物処理処分の考え方」等に基くと考えられる、とされる。

特願２０２０－１３６０２６号特願２０２０－１１２１１５号特願２０２０－０７７７６１号

実用新案登録文献１

実願２０２３－００１１２８号

実用新案登録文献２

登録第３２３９４２３号

実用新案登録文献３

登録第３２３８８３０号

実用新案登録文献４

登録第３２３８３６５号

実用新案登録文献５

登録第３２３８２７０号

実用新案登録文献６

登録第３２３３２１４号

実用新案登録文献７

登録第３２２５４３８号

非特許文献

引用非特許文献１

編集「原子力のすべて」編集委員会、原子力のすべて１０．「地上の太陽」を人類の手に ▲１▼現在開発中の主な核融合装置の方式ｐ４１０、▲４▼核融合炉から出る放射性廃棄物とその処分放射性廃棄物の処分シナリオｐ４１４、平成１５年版、独立行政法人国立印刷局。

引用非特許文献２

監修藤森直治，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３

編集兼発行者下中邦彦、「世界大百科事典１７」鉛ガラスｐ４８、「世界大百科事典２０」放射性元素第２表人工放射性元素ｐ３４６～３６１、硼素化学（水素化ホウ素とその誘導体）ｐ４１２、ボランＢｏｒａｎｅｐ６２６、１９６７年版、株式会社平凡社。

引用非特許文献４

著作稲垣道夫、カーボン「古くて新しい材料」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。

引用非特許文献５

日本経済新聞、核融合発電で日本連合（１面）、核融合発電少ない燃料で膨大な熱量（総合２）、各国実用化へ競争激化核融合発電目標「３０年代」も（ビジネス２）、２０２３年５月１７日発行１２版、日本経済新聞社。

引用非特許文献６

日本経済新聞、水素・ホウ素核融合成功核融合科研と米新興、２０２３年３月２１日発行１２版（ビジネス・テック）、日本経済新聞社。

引用非特許文献７

日本経済新聞、発電実証も中国先行へ核融合・国際実験超える能力日本・問われる本気度、２０２３年２月２３日発行１２版（総合１）、日本経済新聞社。

引用非特許文献８

日本経済新聞、「地上の太陽」実用化へ一歩米・核融合でエネルギー純増脱炭素発電に期待、２０２２年１２月１５日発行１２版（総合２）、日本経済新聞社。

ヘリカル型核融合装置「ＬＨＤ」や、核融合炉「ＩＴＥＲ」または原型炉「ＣＦＥＴＲ」等の運転終了または事故や廃炉等で生じる低レベル放射性廃棄物の処理処分が課題だ。
原型炉「ＣＦＥＴＲ」を中国は２０３０年代の運転開始を目指している。ヘリカル型核融合装置「ＬＨＤ」もスタートアップの中には２０３０年代の実用化を目標に掲げている。核融合装置の方式は、トカマク型、ヘリカル型、ミラー型、逆磁場ピンチ方式、慣性閉じ込め型の装置からの低レベル放射性廃棄物の放射性物質から出る電離放射線（荷電粒子線α線・β線、電磁波のγ線・Ｘ線）の処理および処分が２０３０年以降に、大きな課題となる。核融合の放射性廃棄物の処分シナリオでは、ＩＴＥＲまたはＣＦＥＴＲ等の放射性廃棄物の処分は、現在の技術で取扱い可能で、その方針は、原子力委員会「ＩＲ・研究所等廃棄物処理処分の考え方」等に基くと考えられる。
核分裂反応装置である原子力発電所の「ＰＷＲ」や「ＢＷＲ」等の事故や廃炉で生じる高レベル放射性廃棄物または低レベル放射性廃棄物の処理および処分が課題である。青森県六ヶ所村の再処理工場または再処理施設の運営も未完成であり、使用済み核燃料の再処理時に出る高レベル放射性廃棄物の廃液をガラスで固化する技術にも課題が残る。高速増殖原型炉「もんじゅ」は廃炉が決まっているが、処理および処分が課題で、未定である。
本考案は、核融合装置または核分裂反応装置、次世代原発炉、浮体式原発炉による放射性廃棄物の放射性物質から出る電離放射線（荷電粒子線のα線・β線、電磁波のγ線・Ｘ線）は再生可能エネルギーであり、ｎｐ型またはｐｎ型、または、ｎｉｐ型またはｐｉｎ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たＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層を、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た永年変換発電の電力を活用（実願２０２３－００１１２８号）する。現在の放射性廃棄物の処理および処分は、ドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器にセメントを用いた放射性廃棄物の封入、または固化して埋設または地層処分をしている。

ヘリカル型核融合装置「ＬＨＤ」を使った水素のプラズマ（電離気体）にホウ素の粉末を添加した後、軽水素をホウ素に高速照射することによって生じた高エネルギーを発電に用い、反応後にはヘリウムが生じ、非荷電粒子線の中性子が発生しない低レベル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電離放射線（荷電粒子線のα線・β線、電磁波のγ線・Ｘ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た変換発電、および電離放射線の遮蔽を設けた安全性のドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、金属製容器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の安定した永年変換発電の電力を活用する、脱炭素の再生可能エネルギーとなる放射性廃棄物を活用した、タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体原子力電池を設けた安全性の金属製容器装置において、
金属製容器に封入した低レベル放射性廃棄物の放射性物質から出る電離放射線の入射面に、耐放射線性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層およびグラファイトシート電極を設け、トップセル層に、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型またはｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層に、ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層を伴うヘテロ接合を設け、ボトムセル層に、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型またはｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層を接合したタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層にグラファイトシート電極および絶縁性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層を設け、鉛またはタリウム、もしくは鉛ガラスを設けて電離放射線を遮蔽する安全性のドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、金属製容器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の安定した永年変換発電の電力を活用する、または蓄電池を設けて活用する、タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体原子力電池を設けた安全性の金属製容器装置。

電離放射線の入射面に、耐放射線性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層およびグラファイトシート電極を設け、トップセル層に、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型またはｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層を設け、ボトムセル層に、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型またはｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層を接合したタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層にグラファイトシート電極および絶縁性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層を設け、鉛またはタリウム、もしくは鉛ガラスを設けて電離放射線を遮蔽する安全性のドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、金属製容器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の安定した永年変換発電の電力を活用する、または蓄電池を設けて活用する、タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体原子力電池を設けた安全性の金属製容器装置。

ヘリカル型核融合装置「ＬＨＤ」、または核融合装置の低レベル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た金属製容器の処理処分後も、１００年以上安定した永年変換発電の電力を活用する。脱炭素の再生可能エネルギーとなる放射性廃棄物を活用した、タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体原子力電池を設けた安全性の金属製容器装置である。

本考案に係る、ドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器１の内側に鉛またはタリウム２、もしくは鉛ガラス２を設けて、絶縁性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層３およびタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層４を設け、耐放射線性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層３を設けた金属製容器１に、放射性廃棄物を封入した参考側面及び断面図。金属製容器１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入射面に、耐放射線性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層３およびグラファイトシート電極５を設け、ｎｐ接合タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層６・７・８・９・１０に、グラファイトシート電極１１および絶縁性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層３を設け、鉛またはタリウム２、もしくは鉛ガラス２を設けた金属製容器１の参考断面図。金属製容器１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入射面に、耐放射線性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層３およびグラファイトシート電極５を設け、ｎｐ接合タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層６・７・９・１０に、グラファイトシート電極１１および絶縁性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層を設け、鉛またはタリウム２、もしくは鉛ガラス２を設けた金属製容器１の参考断面図。

核融合科学研究所（岐阜県土岐市）は米核融合スタートアップのＴＡＥテクノロジーズと共同で、軽水素とホウ素の新たな燃料の組み合わせによる核融合実験装置・大型ヘリカル装置「ＬＨＤ」を使って成功した。核融合炉「ＩＴＥＲ」または原型炉「ＣＦＥＴＲ」は、燃料に重水素とトリチウムを使う場合、反応で生じる非荷電粒子線の中性子が核融合炉の外壁を傷めるということがある。水素・ホウ素の核融合装置「ＬＨＤ」では、反応後にはヘリウムが生じ、非荷電粒子線の中性子は発生しないため、クリーンな核融合発電が可能である。しかし、核融合炉「ＩＴＥＲ」や原型炉「ＣＦＥＴＲ」またはヘリカル核融合装置「ＬＨＤ」の低レベル放射性廃棄物の処理および処分方法が、２０３０年以降に大きな課題とされる。放射性廃棄物のシナリオには、ＩＴＥＲの放射性廃棄物の処分は、現在の技術で取扱い可能で、その方針は、原子力委員会「ＩＲ・研究所等廃棄物処理処分の考え方」等に基くと考えられる、とされる。

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などが用いられる。ＣＶＤダイヤモンドは、熱伝導率、弾性定数、透光性、耐熱性、耐化学薬品性、耐放射線性、絶縁性、絶縁破壊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。本考案のタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層のトップセル層には、バンドギャップ１．４３ｅＶのヒ素・ガリウム（ＡｓＧａ）をドーピングしたｎｐ型またはｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層接合を設け、ボトムセル層には、バンドギャップ１．３５ｅＶのリン・インジウム（ＰＩｎ）をドーピングしたｎｐ型またはｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層接合をタンデム型に設けた構成である。また、ｎｉｐ型またはｐｉｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層接合をタンデム型に設けた構成も同様である。
［引用非特許文献２］に記載のナノ結晶ダイヤモンド薄膜は、（独）産業技術総合研究所ナノチューブ応用研究センター。半導体特性、（独）産業技術総合研究所ダイヤモンド研究センター。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、（独）物質・材料研究機構センサ材料センター。ｎ型ドーピングと半導体特性、（独）産業技術総合研究所ナノテクノロジー研究部門・（独）物質・材料機構センサ材料センター。の記載された文献を参考にした。

ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜は、炭素（Ｃ）と同じ第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ピングは、第１５族元素の窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などをドーピングすることができる。ｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層へのドーピングは、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などをドーピングすることができる。

グラファイトシート面に平行方向は、垂直方向に比べて１００倍以上も電気を通しやすく、熱伝導率も平行方向で４０倍である。シート面に平行方向に電気および熱が圧倒的に流れやすく、熱伝導率は銅あるいはアルミニウムなどの金属にほぼ匹敵する。特に、グラファイトが３，０００℃以上の温度に耐える。本考案のタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層に用いる電極には、グラファイトシート電極を設けた構成。

鉛ガラスは、電磁波のγ線・Ｘ線の吸収が大きく、遮蔽に用いられる。したがって、本考案は電離放射線の遮蔽に鉛またはタリウム、もしくは鉛ガラスを金属製容器に設けた構成。

水素とホウ素との化合物はボランともいわれ、特異な化合結合を有し、分解や燃焼の際に高エネルギーを発生することなどのためロケット燃料として注目された。１９４２年ころからアメリカでは軍事目的から盛んに研究され、工業的生産が増したが１９５９年９月、アメリカ政府は突然その特命を解除している。しかしこのため、この種の化合物の研究が大いに進歩した。
ボラン（Ｂｏｒａｎｅ）ホウ素化水素ともいわれる。Ｂ_ｎＨ_ｎ＋４かＢ_ｎＨ_ｎ＋６であらわされるもので、ジボランＢ_２Ｈ_６、テトラボランＢ_４Ｈ_１０、ペンタボラン（９水素）Ｂ_５Ｈ_９、ペンタボラン（１１水素）Ｂ_５Ｈ_１１、ヘキサボランＢ_６Ｈ_１０、デカボランＢ_１０Ｈ_１４などがある。ロケットの高エネルギー燃料として、舶来燃料（Ｅｘｏｔｉｃｆｕｅｌ）、ハイカル燃料（Ｈｙｃａｌｆｕｅｌ）、ジップ燃料（Ｚｉｐｆｕｉｌ）、という商品名で取り扱われたものはペンタボラン（沸点４８℃）やデカボラン（融点９９．７℃）などを主成分とされる。

本考案の図１の参考側面及び断面図に示す。ヘリカル核融合装置「ＬＨＤ」の低レベル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電離放射線（荷電粒子線のα・β線、電磁波のγ線・Ｘ線）の入射面に、耐放射線性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層３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、絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層３を設け、電離放射線を遮蔽する鉛またはタリウム２、もしくは鉛ガラス２を設けた安全性のドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器１の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、金属製容器１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の安定した１００年以上の永年変換発電の電力を活用する、または蓄電池を設けて活用する、脱炭素の再生可能エネルギー活用のタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体原子力電池を設けた安全性の金属製容器装置。

本考案の図２の参考断面図に示す。ドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器１に低レベル放射性廃棄物を封入し、放射性物質から出る電離放射線入射面に、耐放射線性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層３およびグラファイトシート電極５を設け、トップセル層に、ヒ素（Ａｓ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層６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７接合のｎｐ型またはｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層６・７または７・６に、ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層８を伴うヘテロ接合を設け、ボトムセル層に、リン（Ｐ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層９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１０接合のｎｐ型またはｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層９・１０または１０・９を接合したタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層６・７・８・９・１０または７・６・８・１０・９に、グラファイトシート電極１１および絶縁性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層３を設け、鉛またはタリウム２、もしくは鉛ガラス２を設けて電離放射線を遮蔽する安全性のドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器１の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、金属製容器１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の安定した永年変換発電の電力を活用する、または蓄電池を設けて活用する、タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体原子力電池を設けた安全性の金属製容器装置。

本考案の図３の参考断面図に示す。ドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器１に低レベル放射性廃棄物を封入し、放射性物質から出る電離放射線入射面に、耐放射線性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層３およびグラファイトシート電極５を設け、トップセル層に、ヒ素（Ａｓ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層６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７接合のｎｐ型またはｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層６・７または７・６を設け、ボトムセル層に、リン（Ｐ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層９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１０接合のｎｐ型またはｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層９・１０または１０・９接合したタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層６・７・９・１０または７・６・１０・９に、グラファイトシート電極１１および絶縁性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層を設け、鉛またはタリウム２、もしくは鉛ガラス２を設けて電離放射線を遮蔽する安全性のドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器１の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、金属製容器１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の安定した永年変換発電の電力を活用する、または蓄電池を設けて活用する、タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体原子力電池を設けた安全性の金属製容器装置。

水素のプラズマ（電離気体）にホウ素の粉末を添加した後、水素をホウ素に高速照射によって生じた高エネルギーを発電に用いたヘリカル型核融合装置「ＬＨＤ」の反応後に、ヘリウムが生じて非荷電粒子線の中性子が発生しないとされる低レベル放射性廃棄物、または、トカマク型、ミラー型、逆磁場ピンチ方式、完成閉じ込め型、などの核融合炉から出る低レベル放射性廃棄物を、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を設けた変換発電、および電離放射線（荷電粒子線α線・β線、電磁波のγ線・Ｘ線）の遮蔽２、または非荷電粒子線の中性子線の吸収層（実願２０２３－００１１２８号）を設けた安全性のドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器１の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、金属製容器１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の安定した１００年以上の永年変換発電の電力を活用する、または蓄電池を設けて活用する、脱炭素の再生可能エネルギーとなる放射性廃棄物を活用した、タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体原子力電池を設けた安全性の金属製容器装置。

２０３０年代前半の核融合炉「ＩＴＥＲ」または原型炉「ＣＦＥＴＲ」、ヘリカル型核融合装置「ＬＨＤ」などの低レベル放射性廃棄物の処理処分が最重要であり、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）および電磁波（γ線・Ｘ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を設けた変換発電、および電離放射線の遮蔽や中性子線の吸収層を設けた金属製容器の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、金属製容器１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の安定した１００年以上の永年変換発電の電力を活用する、または蓄電池を設けて活用する、脱炭素の再生可能エネルギーとなる放射性廃棄物を活用した、タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体原子力電池を設けた安全性の金属製容器装置。

原子力発電に伴う放射性廃棄物の最終処分に向けて、
スウェーデンでは、エスポ岩盤研究所と呼ばれる地下研究所と、銅を用いた金属製容器のキャニスター封入施設が建設され、処分実施主体・スウェーデン核燃料・廃棄物管理会社（ＳＫＢ）が「オスカーシャムとエストハンマル」の二つの自治体と連携しながら、今後、処分事業を進めていく。
フィンランドでは、オルキルオトの岩盤の詳細調査を行うために、「オンカロ」と呼ばれる調査施設が２００４年から建設され、将来的には処分施設の一部として利用される。そのオンカロの中心部、地下約４５０メートルまで潜り、岩盤に孔を掘り、模擬廃棄物を設置するデモンストレーションを行い、周囲の岩盤への影響をモニタリングする調査を行い、デモンストレーションを実施した後に、操業許可申請を政府に提出し、２０２０年代には操業を開始する予定をしている。銅を用いた金属製容器のキャニスタに放射性廃棄物を封入し、行われている。
経済産業省は、原子力発電の蒸気発生器、給水加熱器、使用済み核燃料を貯蔵する容器の３つについて再利用を条件に例外的に輸出を認めるとされるが、米国やスウェーデンではこうした金属の除染や溶融などの処理をし、再利用するビジネスが確立されている。

ヘリカル型核融合装置「ＬＨＤ」の燃料は、軽水素（^１Ｈ）とホウ素（Ｂ）とされる。核融合炉「ＩＴＥＲ」または原型炉「ＣＦＥＴＲ」等の燃料は、重水素（Ｄ_２Ｏ、ＤＨＯ）とトリチウム三重水素^３Ｈ（Ｔ）とされ、海水から採取できるとされる。重水は、水素原子が重水素原子（Ｄ）に置き換わったもので、Ｄ_２Ｏ、ＤＨＯの２種類がある。トリチウム（Ｔ）は、軽水や重水の中性子照射などにより生成された^３Ｈ（Ｄ）の三重水素トリチウムとされる。
２０１１年３月１１日に発生した東日本大震災による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り、汚染水を浄化する多核種除去設備（ＡＬＰＳ）による放射性物質トリチウム三重水素^３Ｈ（Ｔ）を含む処理水を海水で薄めた希釈設備を設けて海洋放出される。放射性物質を唯一取り除くのが難しいとされる処理水のトリチウム（Ｔ）を分離し、核融合炉ＩＴＥＲまたは原型炉ＣＦＥＴＲ等の核融合装置の燃料とするトリチウム三重水素^３Ｈ（Ｔ）を大量に確保（特願２０２０－０７７７６１号・放射性物質トリチウムを低減する処理装置）可能と思われる。
超純水Ｈ_２Ｏおよび重水Ｄ_２Ｏは、信州大学審査学位論文（ナノ細孔性カーボンの水同位体吸着特性および吸脱着法を用いた水同位体分離）２０１８年３月，小野勇次，著作権法第４２条第２項第１号の規定による文献。トリチウム水タスクフォース「トリチウム水タスクフォース報告書」，経済産業省資源エネルギー庁電力・ガス事業部原子力政策課原子力発電所事故収束対応室，２０１６年６月の資料。

核融合装置（トカマク型、ヘリカル型、ミラー型、逆磁場ピンチ方式、慣性閉じ込め型）、核分裂反応装置（加圧水型軽水炉、沸騰水型軽水炉、重水炉、ガス冷却炉）、次世代原発炉（革新軽水炉、小型モジュール炉、高温ガス炉、高速炉）、浮体式原発炉（小型モジュール炉ＳＭＲの一種、溶融塩高速炉ＭＣＦＲ）、等からの高レベル放射性廃棄物、または低レベル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電離放射線（荷電粒子線α線・β線、電磁波のγ線・Ｘ線）を、金属製容器１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の永年変換発電の電力を活用する。荷電粒子線（α線・β線）電磁波（γ線・Ｘ線）は、鉛またはタリウム２、もしくは鉛ガラス２を金属製容器１設けて遮蔽し、非荷電粒子線の中性子線は、ホウ素、カドミウム、カーボン等の混合層を金属製容器１に設けて吸収する（実願２０２３－００１１２８号）。本考案のヘリカル型核融合装置「ＬＨＤ」は中性子が発生しないとされ、中性子線を吸収する混合層は金属製容器１に設けない構成とした、タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体原子力電池を設けた安全性の金属製容器装置。

核融合装置、次世代原発炉、浮体式原発炉は、２０２５年以降から２０３０年代前半の実用化または商用化が計画されている。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電離放射線を、金属製容器１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の永年変換発電の電力を活用する。電離放射線は鉛またはタリウム２もしくは鉛ガラス２を金属製容器１に設けて遮蔽する金属製容器装置であり、中性子線の吸収はホウ素、カドミウム、カーボン等の混合層を金属製容器１に設けて吸収する（実願２０２３－００１１２８号）金属製容器装置。

１金属製容器（ドラム缶またはキャニスター）
２鉛またはタリウム、もしくは鉛ガラス
３ＣＶＤダイヤモンド薄膜層
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
５グラファイトシート電極
６ヒ素（Ａｓ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層
７ガリウム（Ｇａ）ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層
８ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層
９リン（Ｐ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層
１０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グラファイトシート電極

Claims

ヘリカル型核融合装置「ＬＨＤ」を使った水素のプラズマ（電離気体）にホウ素の粉末を添加した後、軽水素をホウ素に高速照射することによって生じた高エネルギーを発電に用い、反応後にはヘリウムが生じ、非荷電粒子線の中性子が発生しない低レベル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電離放射線（荷電粒子線のα線・β線、電磁波のγ線・Ｘ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た変換発電、および電離放射線の遮蔽を設けた安全性のドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、金属製容器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の安定した永年変換発電の電力を活用する、脱炭素の再生可能エネルギーとなる放射性廃棄物を活用した、タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体原子力電池を設けた安全性の金属製容器装置において、
金属製容器に封入した低レベル放射性廃棄物の放射性物質から出る電離放射線の入射面に、耐放射線性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層およびグラファイトシート電極を設け、トップセル層に、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型またはｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層に、ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層を伴うヘテロ接合を設け、ボトムセル層に、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型またはｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層を接合したタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層にグラファイトシート電極および絶縁性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層を設け、鉛またはタリウム、もしくは鉛ガラスを設けて電離放射線を遮蔽する安全性のドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、金属製容器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の安定した永年変換発電の電力を活用する、または蓄電池を設けて活用する、タンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体原子力電池を設けた安全性の金属製容器装置。
電離放射線の入射面に、耐放射線性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層およびグラファイトシート電極を設け、トップセル層に、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型またはｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層を設け、ボトムセル層に、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型またはｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層を接合したタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層にグラファイトシート電極および絶縁性のＣＶＤダイヤモンド薄膜層を設け、鉛またはタリウム、もしくは鉛ガラスを設けて電離放射線を遮蔽する安全性のドラム缶またはキャニスターと呼ばれる金属製容器の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、金属製容器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の安定した永年変換発電の電力を活用する、または蓄電池を設けて活用する、請求項１に記載のタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体原子力電池を設けた安全性の金属製容器装置。