JPWO2014065284A1 - 電位差発生方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
Description
紫外光は焦電体の負極面側に照射される(非特許文献1参照)。
紫外光が含まれる太陽光を強誘電体の負極面に照射しても強誘電体には電位差が生じなかった。
検討の結果、紫外光のうちの強誘電体を透過しない波長の光のみを当該強誘電体の負極面へ照射すると強誘電体に電位差が生じ、他方、強誘電体を透過する波長の紫外光を重畳して当該強誘電体へ照射すると、当該強誘電体に電位差が生じないことを見出した。
強誘電体の負極面へ、該強誘電体を透過しない波長の紫外光を照射して該強誘電体へ電位差を発生させる電位差発生方法であって、
外部からの光の中から前記強誘電体を透過しない波長の紫外光を選択し、該選択された紫外光を前記強誘電体の負極面へ照射する、電位差発生方法。
上記において、外部からの光として太陽光を利用できる。
本発明者は、強誘電体の負極面側へ紫外光を照射したときのみ強誘電体に安定して電位差を生じさせられることを見出した。
図1にはSUS板に固定された強誘電体(LiNbO3単結晶)と該強誘電体に対する紫外レーザ光の照射方向が示されている。強誘電体においてSUS板へ接続される面が、電気双極子の分極において負極側である。照射した紫外レーザ光は波長;266nm、パルス幅10nS以下、出力:360mWの紫外パルスレーザ光である。
図1からわかるとおり、強誘電体の負極面へ紫外パルスレーザ光を照射したときのみ、強誘電体の正極面に大きな電位が生じた。なお、いずれの照射方向においても強誘電体に温度変化はみられている。
なお、本発明者の検討によれば、強誘電体の正極面へ紫外レーザ光を照射したときにも、分極方向へ垂直に照射したときと同様に、正極面にはほとんど電位は発生しなかった(同様な温度変化はみられた)。
連続光には低圧水銀ランプ光(主波長254nm)を用い、強誘電体近傍に配置したパワーメータによる計測によれば、強誘電体に照射される紫外光のパワーは20mWであった。
図2の結果から、紫外光の連続光でも、これを強誘電体の負極面へ照射することにより、そこに電位を発生させられる。かつ、連続光の照射の間、正極面の電位は安定して、実質的に一定値を示す。
更には、図1と図2の電位の値から、紫外光の連続光の方が、パルス光に比べ、そのパワーに対して効率よく正極面に電位を発生させられるものと考えられる。
図3の結果から、強誘電体の負極面に照射する紫外光は強誘電体を透過できない波長の紫外光とする。なお、図3の観察は室内で行っているため、室内の光に含まれる強誘電体を透過できる波長の微弱な紫外光及びその他の可視光、赤外光等も当該強誘電体の負極面に照射されているが、それらの影響は無視できることがわかる。
強誘電体では電気双極子が一方に揃えられている。強誘電体の焦電効果は、温度変化に伴い、結晶内部の自発分極が増減し、表面吸着電荷がその変化に追随できなくなって、電気的な中和が破られ、もって表面から電荷が放出されるためと考えられている。代表的な強誘電体としては、LiNbO3単結晶があり、この結晶体内では正電荷(Li+、Nb5+)の重心と負電荷(O2−)の重心とが一致しないため、定常状態でも分極していて、この電荷量と等量で異符号の電荷が結晶表面に吸着しているために、常時は電気的に中和されている。
強誘電体を透過しない紫外光は強誘電体における紫外光受光面の電子を励起する。
励起された電子は、電気双極子から離れることが可能になる。したがって、強誘電体において電気双極子の負極側へ紫外レーザ光を照射すると、その電子密度が小さくなる。換言すれば、その電気双極子の負電荷がプラス側に傾く。
本発明者の検討によれば、強誘電体を透過しない紫外光とこれを透過する紫外光とを同時に強誘電体の負極面に照射すると、前者の効果が相殺されることが分かった(図4参照)。
図4(左図)に示すとおり、波長;266nm、パルス幅10nS以下、出力:360mWの紫外レーザ光(パルス)を強誘電体(LiNbO3単結晶)の負極面へ照射すると、強誘電体の正極面に電位が発生している。266nmの波長光は強誘電体を透過しない。他方、強誘電体の負極面へ当該紫外パルスレーザ光とともに中心波長365nm(強誘電体を透過する)の紫外光を照射すると、強誘電体の正極面には電位が殆ど発生しなくなる(図4の右図)。
これにより、強誘電体の負極面へ照射する光は、強誘電体を透過しない波長の光のみとする。
即ち、光電変換素子としての強誘電体を通過できない波長の紫外光を太陽光からフィルタリングする。かかる強誘電体を通過できない波長の紫外光のみを強誘電体の負極面へ照射すると、強誘電体に電位差が発生し、太陽光においてその紫外光成分から電気を取り出すことが可能となる。
この場合、紫外光受光面に波長選択フィルタを対向させ、このフィルタへ太陽光その他の光源からの外部光を透過させる。これにより、外部光の中で強誘電体を通過できない波長の光が選択的に強誘電体の負極面へ照射され、他方、強誘電体を通過する波長の光が当該負極面へ照射されることが防止される。
金属片には、銅若しくは銅合金の薄板を採用することができる。勿論、照射された電子に対応してX線を放出できれば銅以外の金属、例えばアルミニウム若しくはアルミニウム合金を用いることができる。
紫外光の光源には、YAGパルスレーザ発振機、エキシマレーザ発振機、III族窒化物系化合物半導体からなる紫外光発生レーザダイオード若しくは発光ダイオード、紫外光ランプ等を用いることができる。
強誘電体の負極面へ当該強誘電体を透過できない波長の紫外光(連続波)を照射している間、強誘電体に安定した電位差が生じ(正極面がマイナス電位となる)、紫外光の照射を止めると正極面の電位差が逆転し維持される(正極面がプラス電位となる)。
再度紫外光の連続波を照射すると、強誘電体における電位差は逆転して元にもどる(正極側がマイナス電位となる)。
図5に強誘電体LiNbO3の負極面へ266nm、100nmの紫外光(連続光)を照射及び停止したときの、強誘電体の正極面に表れる電位変化を示す。
紫外光(連続光)を照射すると強誘電体の正極面の電位は徐々に低下して約−十数kvで安定する。その後、紫外レーザ光の照射を止めると、強誘電体の正極面の電位は徐々に増加して約+十数kVで安定する。
その後も紫外光(連続光)のオン、オフを繰り返すと、強誘電体の正極面の電位は同様に変化しかつ±十数kVで安定する。
なお、紫外光(パルス光)を照射したときは、十数kVまで低下した正極面の表面電位は安定せずに、徐々に増加し0ボルトに収束する。
電位差が生じている上記の強誘電体の電位差を消滅させるには、当該強誘電体の負極面へ当該強誘電体を透過する波長の紫外光(連続光、パルス光を問わず)を照射する。
(1) 強誘電体へ安定して電位を発生させる方法であって、
前記強誘電体の負極面へ、該強誘電体を透過しない波長の紫外光(連続光)を照射し、前記強誘電体の正極面に負電位を発生させる、電位発生方法。
(2) (1)に記載の電位発生方法において、前記紫外光の照射を止めて、前記強誘電体の正極面へ安定した正電位を発生させる、(1)に記載の電位発生方法。
(3) (1)又は(2)の方法で前記強誘電体に生じた電位を消滅させる方法であって、前記強誘電体の負極面へ該強誘電体を透過する紫外光を照射する、電位消滅方法。
上記の各実施形態および各実施例のそれぞれの特徴的構成を、実現可能な範囲で組み合わせても良い。
この発明のX線発生装置により発生されたX線は、人体の治療に利用することができる。例えば、食道がん、胃がん、大腸がん、肝臓がん、胆嚢がん、膵臓がん、乳がん、喉頭がん、頭頸部がん、卵巣がん、子宮頸がん、子宮内膜がん、腎細胞がん、膀胱がん、前立腺がん、精巣腫瘍、肺がん、縦隔腫瘍、骨・柔部腫瘍、皮膚がん、悪性黒色腫、脳腫瘍、白血病、悪性リンパ腫等に対する放射線治療として利用できる。
また、この発明のX線発生装置及び電子線発生装置は細型化できるので、カテーテルや内視鏡に組み込むことができる。
この発明のX線発生装置はX線の波長がそろっており、また放射角も小さいので、微細材料の表面処理に好適に利用できる。この発明の電子線発生装置も材料の表面処理に適用可能である。
この発明のX線発生装置を非破壊検査装置若しくは医療用観察装置のX線原として利用できる。
Claims (3)
- 強誘電体の負極面へ、該強誘電体を透過しない波長の紫外光を照射して該強誘電体へ電位差を発生させる電位差発生方法であって、
外部からの光の中から前記強誘電体を透過しない波長の紫外光を選択し、該選択された紫外光を前記強誘電体の負極面へ照射する、電位差発生方法。 - 前記外部からの光は太陽光である、請求項1に記載の電位差発生方法。
- 強誘電体の負極面へ、該強誘電体を透過しない波長の紫外光を照射して該強誘電体へ電位差を発生させる電位差発生装置であって、
前記強誘電体を透過しない波長の紫外光を選択的に透過する波長選択フィルタを前記強誘電体の負極面に対向して配置し、前記波長選択フィルタを介して外部からの光を前記強誘電体の負極面へ照射する、電位差発生装置。
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