JP3245038U - 電離放射線を変換発電する安全性の金属製容器装置の原子力電池。 - Google Patents
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Abstract
【課題】崩壊系列核種の放射性物質を金属製容器に封入し、永年変換発電の電力を活用して電離放射線を遮蔽する金属製容器装置の原子力電池を提供する。【解決手段】電離放射線入射面に、耐放射線性・絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層７、１５およびフレキシンブルグラファイトシート電極８、１４を設けたトップセル層と、ヒ素９またはガリウム１０ドープのｎｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層にｉ型ＣＶＤダイヤモンド薄膜層１１を伴うヘテロ接合を設けたボトムセル層を備え、リンまたはインジウムドープのｎｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層１２、１３接合のタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層の発熱を循環水を用いた冷却層４による放熱または中性子線を止める冷却金属容器３に鉛またはタリウム層２を設けて電離放射線を遮蔽する。【選択図】図２
Description
本考案は、金属製容器に封入した放射性元素の崩壊系列核種の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の放熱を設けた永年変換発電の電力を活用して電離放射線を遮蔽する、電離放射線を変換発電する安全性の金属製容器装置の原子力電池に関する。
従来の原子力発電は、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）は、放射性元素の核分裂反応による熱エネルギーを電気エネルギーに変換した電力を活用する装置であり、高レベル放射性廃棄物または低レベル放射性廃棄物やクリアランスレベル以下の廃棄物に区分されている。現在の放射性廃棄物は、青森県六ヶ所村弥栄平地区に高レベル放射性廃棄物貯蔵管理センターに貯蔵され、六ヶ所村大石平地区に低レベル放射性廃棄物埋設センターに埋設されている核燃料サイクル施設が知られている。中間貯蔵施設にはプールに貯蔵する「湿式」と金属製容器に格納する「乾式」があり、青森県むつ市の中間貯蔵施設は乾式を採用している。また、山口県上関町が中間貯蔵施設建設に向けた調査の受け入れを発表した。長崎県対馬市は高レベル放射性廃棄物の文献調査を承認したが、２０２３年 ９月２７日、文献調査は受け入れられないと表明した。北海道寿都町と神恵内村が文献調査を受け入れている。２０２４年以降から２０３０年代には、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）、の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処分が課題とされ、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、原型炉型）の低レベル放射性廃棄物の処理処分が今後、課題とされる。また、ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜の変換発電は無かった。
実願２０２３－００３０７３号
登録第３２４３２７５号
登録第３２４２２９７号
登録第３２３９４２３号
登録第３２３８８３０号
登録第３２３８３６５号
登録第３２３８２７０号
登録第３２３３２１４号
登録第３２２５４３８号
編集「原子力のすべて」編集委員会、 原子力のすべて １－３ いろいろな原子炉（１）原子炉の種類 ｐ８～１０、 資料編 ▲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、 ▲４▼原子力発電所の廃棄物処理方法 ▲５▼放射性廃棄物の処理・処分の基本的な考え方 ｐ３４４、 （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、 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 ｐ４１４、 平成１５年版、 独立行政法人 国立印刷局。
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。
監修者 山本喜一、 最新図鑑 「元素のすべてがわかる本」 原子核の壊れていく道筋―崩壊系列 ｐ２４２～２４３、 ２０１３年版、 株式会社ナツメ社。
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。
編集兼発行者 下中邦彦、 「世界大百科事典２０」 第１表 自然放射性元素 ｐ３４５、 第２表 人工放射性元素 ｐ３４６～３６１、 １９６７年版、 株式会社 平凡社。
日本経済新聞、 日英、次世代原発で覚書 高温ガス炉実証炉の建設視野 １面、 ２０２３年 ９月 ２日発行、 日本経済新聞社。
日本経済新聞、 「中間貯蔵施設調査受け入れ」「核燃料、再処理まで一時保管」３面（総合２）、 ２０２３年 ８月１９日発行、 日本経済新聞社。
日本経済新聞、 「対馬市議会特別委」核のごみ処分場 文献調査を承認、５面（経済・政策）、 ２０２３年 ８月１７日発行、 日本経済新聞社。
日本経済新聞、 核燃料回らぬサイクル 再利用政策行き詰まり、２面（総合１）、 ２０２３年 ７月２０日発行、 日本経済新聞社。
使用済み核燃料を日本原燃は１９９３年４月に青森県六ヶ所村で着工した。１９９７年に竣工予定だったが２６回も延期を繰り返し、着工から３０年たっても完成は見通せなく、２０２４年上期の完成を予定しているが課題がのこる。また、中間貯蔵施設として唯一建設が進む青森県むつ市の施設は２０１４年に審査を申請し、いまだ規制委員会の審査が続いている。高レベル放射性廃棄物（核のごみ）の最終処分場選定へ向けた「文献調査」の受け入れを促す請願を承認した長崎県対馬市は、２０２３年 ９月２７日に文献調査は受け入れられないと表明した。北海道寿都町と神恵内村が「文献調査」を受け入れている。
「文献調査」を受け入れた自治体には最大で２０億円が国から交付される。中間貯蔵施設を受け入れた自治体には交付金だけでなく、中間貯蔵や保管、埋設や地層処分設置の自治体には、放射性廃棄物の安全性を設けた永年変換発電の電力を売電し、自治体に収益をもたらすことが重要な課題とされる。
原子力委員会は、日本原子力研究開発機構の高速実験炉「常陽」を、２０２４年度末の再稼働を目指している。経済産業省は、次世代型原発の「高温ガス炉」または「高速炉」について、三菱重工業を選定し、実証炉の基本設計や将来的な製造および建設を担うとされる。東芝は「革新軽水炉・ｉＢＲ」を、２０３０年代半ばの稼働を目指している。米国では、次世代小型原発「小型モジュール原子炉・ＳＭＲの一種」を２０２６年～２０２７年に稼働させる計画とされる。日本原子力研究開発機構と英国国立原子力研究所は次世代原発「高温ガス炉」の実証炉の開発を進めている。英国は２０３０年代初頭にも稼働する予定をしている。日本は２０３０年代後半の実証炉の運転開始を掲げている。中国は２０２１年から実証炉の開発を進めている。世界各国、原子炉の開発や稼働計画が進められている。原子力発電所から出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・処分の開発が進まないのが課題である。
本考案は、放射性元素の崩壊系列核種の放射性物質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α線・β線、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を設けた永年変換発電の電力を活用し、電離放射線を遮蔽する金属製容器の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、永年変換発電の電力を活用して電離放射線を遮蔽する安全性の金属製容器装置の原子力電池の考案である。
「文献調査」を受け入れた自治体には最大で２０億円が国から交付される。中間貯蔵施設を受け入れた自治体には交付金だけでなく、中間貯蔵や保管、埋設や地層処分設置の自治体には、放射性廃棄物の安全性を設けた永年変換発電の電力を売電し、自治体に収益をもたらすことが重要な課題とされる。
原子力委員会は、日本原子力研究開発機構の高速実験炉「常陽」を、２０２４年度末の再稼働を目指している。経済産業省は、次世代型原発の「高温ガス炉」または「高速炉」について、三菱重工業を選定し、実証炉の基本設計や将来的な製造および建設を担うとされる。東芝は「革新軽水炉・ｉＢＲ」を、２０３０年代半ばの稼働を目指している。米国では、次世代小型原発「小型モジュール原子炉・ＳＭＲの一種」を２０２６年～２０２７年に稼働させる計画とされる。日本原子力研究開発機構と英国国立原子力研究所は次世代原発「高温ガス炉」の実証炉の開発を進めている。英国は２０３０年代初頭にも稼働する予定をしている。日本は２０３０年代後半の実証炉の運転開始を掲げている。中国は２０２１年から実証炉の開発を進めている。世界各国、原子炉の開発や稼働計画が進められている。原子力発電所から出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・処分の開発が進まないのが課題である。
本考案は、放射性元素の崩壊系列核種の放射性物質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α線・β線、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を設けた永年変換発電の電力を活用し、電離放射線を遮蔽する金属製容器の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、永年変換発電の電力を活用して電離放射線を遮蔽する安全性の金属製容器装置の原子力電池の考案である。
自然放射性元素の崩壊系列「トリウム系列」「ウラン系列」「アクチニウム系列」、プルトニウム２４１（２４１Ｐｕ）を起点とする人工放射性元素の崩壊系列「ネプツニウム系列」の４つに分類された崩壊系列核種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γ線・Ｘ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の放熱を設けた永年変換発電の電力を活用して電離放射線を遮蔽する、電離放射線を変換発電する安全性の金属製容器装置の原子力電池において、
崩壊系列核種の放射性物質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α線・β線、電磁波のγ線・Ｘ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の永年変換発電の電力を活用し、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発熱を循環水を用いた冷却層による放熱または中性子線を止めて鉛またはタリウム層を設けて電離放射線を遮蔽する安全性の金属製容器の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、金属製容器のＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層の放熱を設けた永年変換発電の電力を活用して電離放射線を遮蔽することを特徴とした、電離放射線を変換発電する安全性の金属製容器装置の原子力電池。
崩壊系列核種の放射性物質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α線・β線、電磁波のγ線・Ｘ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の永年変換発電の電力を活用し、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発熱を循環水を用いた冷却層による放熱または中性子線を止めて鉛またはタリウム層を設けて電離放射線を遮蔽する安全性の金属製容器の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、金属製容器のＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層の放熱を設けた永年変換発電の電力を活用して電離放射線を遮蔽することを特徴とした、電離放射線を変換発電する安全性の金属製容器装置の原子力電池。
金属製容器に封入した崩壊系列核種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・絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層およびフレキシンブルグラファイトシート電極を設けたトップセル層に、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たボトムセル層に、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接合のタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層にフレキシンブルグラファイトシート電極および耐放射線性・絶縁性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の永年変換発電の電力を活用し、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発熱を循環水を用いた冷却層による放熱または中性子線を止めて鉛またはタリウム層を設けて電離放射線を遮蔽する安全性の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放熱を設けた永年変換発電の電力を活用して電離放射線を遮蔽する、電離放射線を変換発電する安全性の金属製容器装置の原子力電池。
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劣化には、新設の金属製容器に崩壊系列核種の放射性物質を入れ替えをし、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放熱を設けた永年変換発電の電力を継続活用および電離放射線を遮蔽する、電離放射線を変換発電する安全性の金属製容器装置の原子力電池。
本考案は、崩壊系列核種の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の放熱を設けた永年変換発電の電力を活用し、金属製容器の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、放熱を設けた永年変換発電の電力を活用し、金属製容器装置の劣化には、新設の金属製容器に入れ替えをした継続活用および電離放射線を遮蔽する、電離放射線を変換発電する安全性の金属製容器装置の原子力電池。
自然放射性元素の崩壊系列「トリウム系列」トリウム２３２（２３２Ｔｈ）・半減期１．３９×１０１０年・崩壊型α崩壊，γ線放出にはじまり、鉛２０８（２０８Ｐｂ）で安定する。［ウラン系列」ウラン２３８（２３８Ｕ）・半減期４．５１×１０９年・崩壊型α崩壊，γ線放出ｅ－内部転換による電子放出にはじまり、鉛２０６（２０６Ｐｂ）で安定する。「アクチニウム系列」ウラン２３５（２３５Ｕ）・半減期７．１５×１０８年・崩壊型α崩壊，γ線放出にはじまり、鉛２０７（２０７Ｐｂ）で安定する。人工放射性元素の崩壊系列「ネプツニウム系列」プルトニウム２４１（２４１Ｐｕ）を起点とするネプツニウム２３７（２３７Ｎｐ）・半減期２．２×１０６年・崩壊型α崩壊，γ線放出ｅ－内部転換による電子放出にはじまり、タリウム２０５（２０５ＴＩ）で安定する（自然放射性元素または人工放射性元素の記号、半減期、崩壊型は、１９６７年度理科年表による）。鉛またはタリウムを設けた電離放射線（荷電粒子線α線・β線、電磁波のγ線・Ｘ線）を遮蔽し、（非荷電粒子線の中性子線）は水またはコンクリートを用いて止める［引用非特許文献１］放射線の種類と透過力に掲載されている。
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発熱を循環水を用いた冷却層により放熱して中性子線を止める。軽水素や重水素の中性子照射などにより三重水素のトリチウム（Ｔ）が生成される。核融合炉の燃料には重水素（Ｄ２Ｏ、ＤＨＯ）と三重水素（Ｔ）トリチウムの核融合により１億度以上に加熱される。核融合炉発電の反応を起こすには、磁場でプラズマを閉じ込める「トカマク式」と、レーザーを燃料に照射する「レーザー方式」がある。核融合炉に使う燃料の重水素や三重水素を海水から無尽蔵に調達できるとされるが、中性子照射などによる生成された三重水素（３Ｈ）のトリチウム（Ｔ）を細孔性カーボンの吸脱着法を用いた分離により調達できれば海水より大量の三重水素（３Ｈ）のトリチウム（Ｔ）が調達できるとされる。トリチウムの半減期は１２．３年である。
核融合炉「ＩＴＥＲ」または原型炉「ＣＦＥＴＲ」から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の低レベル放射性廃棄物である。
核分裂反応炉、次世代原発炉、浮体式原発炉などには高レベル放射性廃棄物または低レベル放射性廃棄物がある。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電離放射線を永年変換発電して電力に活用し、電離放射線を遮蔽する安全性の金属製容器装置は、［実用新案登録文献１～９］に登録され記載している。
核融合炉「ＩＴＥＲ」または原型炉「ＣＦＥＴＲ」から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の低レベル放射性廃棄物である。
核分裂反応炉、次世代原発炉、浮体式原発炉などには高レベル放射性廃棄物または低レベル放射性廃棄物がある。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電離放射線を永年変換発電して電力に活用し、電離放射線を遮蔽する安全性の金属製容器装置は、［実用新案登録文献１～９］に登録され記載している。
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。また熱伝導率は２２（Ｗ／ｃｍ・Ｋ）であり、銅４．０（Ｗ／ｃｍ・Ｋ）の５．５倍の放熱性または耐熱性などを有している。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、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、放射線に強いとされるバンドギャップ１．４３ｅＶのヒ素・ガリウム（ＡｓＧａ）をドープした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、放射線に強いとされるバンドギャップ１．３５ｅＶのリン・インジウム（ＰＩｎ）をドープしたｎｐ型またはｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層接合のタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層の構成である。ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層を用いたｎｉｐ型またはｐｉｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層接合のタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層も同様である。
「引用非特許文献２」記載された参考文献は、ナノ結晶ダイヤモンド薄膜、（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。
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、放射線に強いとされるバンドギャップ１．４３ｅＶのヒ素・ガリウム（ＡｓＧａ）をドープした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、放射線に強いとされるバンドギャップ１．３５ｅＶのリン・インジウム（ＰＩｎ）をドープしたｎｐ型またはｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層接合のタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層の構成である。ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層を用いたｎｉｐ型またはｐｉｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層接合のタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層も同様である。
「引用非特許文献２」記載された参考文献は、ナノ結晶ダイヤモンド薄膜、（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。
ＣＶＤダイヤモンドは、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）、ビスマス（Ｂｉ）、など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ピングは第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）、タリウム（ＴＩ）、などをドープすることができる。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、放射線に強いとされるヒ素・ガリウム（ＡｓＧａ）をドープし、ボトムセル層には、放射線に強いとされるリン・インジウム（ＰＩｎ）をドープしたタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層の構成。
フレキシンブル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約４０倍とされ、フレキシンブルグラファイト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、フレキシンブルグラファイトシートが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の電極には、電気および熱伝導率または耐熱性に優れたフレキシンブルグラファイトシート電極を設けた構成とした。
本考案の図１の参考側面および断面図に示す。金属製容器１に崩壊系列核種の放射性物質を封入し、放射性物質から出る電離放射線の入射面に、耐放射線性・絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層５、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、耐放射線性・絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層５に循環水を用いた冷却層４の冷却金属容器３に鉛またはタリウム層２を設けた金属製容器１の電離放射線を変換発電する安全性の金属製容器装置の原子力電池。
冷却水流入孔４－１や循環水放出孔４－２を設けた循環水を用いた冷却層４の冷却金属容器３に耐放射線性・絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層５、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、耐放射線性・絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層５を設けたＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層６の永年変換発電の発熱を循環水を用いた冷却層４による放熱または中性子線を止める冷却金属容器３の上部に、耐放射線性・絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層５および鉛またはタリウム層２を設けた金属製容器蓋１－１を設け、冷却金属容器３に鉛またはタリウム層２を設けて電離放射線を遮蔽する安全性の金属製容器１の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層６の放熱を設けた永年変換発電の電力を活用して電離放射線を遮蔽する、電離放射線を変換発電する安全性の金属製容器装置の原子力電池。
本考案の図２の参考断面図に示す。崩壊系列核種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γ線・Ｘ線）の入射面に、耐放射線性・絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層７およびフレキシンブルグラファイトシート電極８を設けたトップセル層に、ヒ素（Ａｓ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層９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にｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層１１を伴うヘテロ接合を設けたボトムセル層に、リン（Ｐ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層１２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１３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１２・１３または１３・１２接合のタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層９・１０・１１・１２・１３または１０・９・１１・１３・１２にフレキシンブルグラファイトシート電極１４および耐放射線性・絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層１５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６の発熱を循環水を用いた冷却層４による放熱または中性子線を止める冷却金属容器３に鉛またはタリウム層２を設けて電離放射線を遮蔽する金属製容器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６の放熱を設けた永年変換発電の電力を活用して電離放射線を遮蔽する、電離放射線を変換発電する安全性の金属製容器装置の原子力電池。
本考案の図３の参考断面図に示す。崩壊系列核種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γ線・Ｘ線）の入射面に、耐放射線性・絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層７およびフレキシンブルグラファイトシート電極８を設けたトップセル層に、ヒ素（Ａｓ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層９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を設けたボトムセル層に、リン（Ｐ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層１２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１３接合のｎｐまたはｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜変換層１２・１３または１３・１２接合のタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層９・１０．１２・１３または１０・９・１３・１２にフレキシンブルグラファイトシート電極１４および耐放射線性・絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層１５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６の発熱を循環水を用いた冷却層４による放熱または中性子線を止める冷却金属容器３に鉛またはタリウム層２を設けて電離放射線を遮蔽する金属製容器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６の放熱を設けた永年変換発電の電力を活用して電離放射線を遮蔽する、電離放射線を変換発電する安全性の金属製容器装置の原子力電池
核分裂反応装置（加圧水型軽水炉（ＰＷＲ）、沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）、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）、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）、核融合原型炉装置などの発電方式は、核分裂反応熱または核融合熱エネルギーを用いて蒸気タービンをまわして発電機で熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電方式である。
本考案は、自然放射性元素または人工放射性元素の崩壊系列核種の放射性物質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て電気エネルギーに変換する半導体変換発電方式である。
本考案は、自然放射性元素または人工放射性元素の崩壊系列核種の放射性物質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て電気エネルギーに変換する半導体変換発電方式である。
１ 金属製容器
１－１ 金属製容器蓋
２ 鉛またはタリウム層
３ 冷却金属容器
４ 冷却層
４－１ 冷却水流入孔
４－２ 循環水放出孔
５ 耐放射線性・絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層
６ 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
７ 耐放射線性・絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層
８ フレキシンブルグラファイトシート電極
９ ヒ素（Ａｓ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層
１０ ガリウム（Ｇａ）ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層
１１ ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層
１２ リン（Ｐ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層
１３ インジウム（Ｉｎ）ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層
１４ フレキシンブルグラファイトシート電極
１５ 耐放射線性・絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層
１－１ 金属製容器蓋
２ 鉛またはタリウム層
３ 冷却金属容器
４ 冷却層
４－１ 冷却水流入孔
４－２ 循環水放出孔
５ 耐放射線性・絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層
６ 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
７ 耐放射線性・絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層
８ フレキシンブルグラファイトシート電極
９ ヒ素（Ａｓ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層
１０ ガリウム（Ｇａ）ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層
１１ ｉ型真性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層
１２ リン（Ｐ）ドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層
１３ インジウム（Ｉｎ）ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜層
１４ フレキシンブルグラファイトシート電極
１５ 耐放射線性・絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層
Claims (3)
- 自然放射性元素の崩壊系列「トリウム系列」「ウラン系列」「アクチニウム系列」、プルトニウム２４１（２４１Ｐｕ）を起点とする人工放射性元素の崩壊系列「ネプツニウム系列」の４つに分類された崩壊系列核種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γ線・Ｘ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の放熱を設けた永年変換発電の電力を活用して電離放射線を遮蔽する、電離放射線を変換発電する安全性の金属製容器装置の原子力電池において、
崩壊系列核種の放射性物質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α線・β線、電磁波のγ線・Ｘ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の永年変換発電の電力を活用し、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発熱を循環水を用いた冷却層による放熱または中性子線を止めて鉛またはタリウム層を設けて電離放射線を遮蔽する安全性の金属製容器の貯蔵や保管、埋設や地層処分後も、金属製容器のＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層の放熱を設けた永年変換発電の電力を活用して電離放射線を遮蔽することを特徴とした、電離放射線を変換発電する安全性の金属製容器装置の原子力電池。 - 金属製容器に封入した崩壊系列核種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・絶縁性ＣＶＤダイヤモンド薄膜層およびフレキシンブルグラファイトシート電極を設けたトップセル層に、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たボトムセル層に、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接合のタンデム型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層にフレキシンブルグラファイトシート電極および耐放射線性・絶縁性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の永年変換発電の電力を活用し、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発熱を循環水を用いた冷却層による放熱または中性子線を止めて鉛またはタリウム層を設けて電離放射線を遮蔽する安全性の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放熱を設けた永年変換発電の電力を活用して電離放射線を遮蔽する、電離放射線を変換発電する安全性の金属製容器装置の原子力電池。
- 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劣化には、新設の金属製容器に崩壊系列核種の放射性物質を入れ替えをし、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放熱を設けた永年変換発電の電力を継続活用および電離放射線を遮蔽する、請求項１または請求項２に記載の電離放射線を変換発電する安全性の金属製容器装置の原子力電池。
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| JP2023003877U JP3245038U (ja) | 2023-10-06 | 2023-10-06 | 電離放射線を変換発電する安全性の金属製容器装置の原子力電池。 |
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