(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素吸蔵能力をもつ基材に対して、５０ｋｅＶ以上のエネルギーをもつ単色でないイオンビームを照射する照射工程を具備することを特徴とする、水素吸蔵材の製造方法。
【請求項２】
前記イオンビームは、レーザー駆動型粒子線発生器によって生成されることを特徴とする請求項１に記載の、水素吸蔵材の製造方法。
【請求項３】
前記イオンビームのイオン種は、陽子、ヘリウムイオン、窒素イオン、アルゴンイオンのうちの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の、水素吸蔵材の製造方法。
【請求項４】
前記基材は、少なくともパラジウム、ミッシュメタルのいずれかを含むことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の、水素吸蔵材の製造方法。
【請求項５】
前記イオンビームのスペクトルにおける最高エネルギーを、前記基材を構成する材料の原子核の放射化エネルギーよりも低くすることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の、水素吸蔵材の製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の水素吸蔵材の製造方法によって製造されたことを特徴とする水素吸蔵材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面から水素を吸収することによって水素を内部に一時的に吸蔵することのできる水素吸蔵材の製造方法、及びこの製造方法によって製造された水素吸蔵材に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池においては、水素が燃料として使用される場合が多いため、水素を何らかの手段で貯蔵することが必要になる。一方で、水素ガスは爆発性が高い危険な材料であるため、その貯蔵方法においては安全性が重視される。水素吸蔵材を用いる方法は、この点において極めて有効である。この方法においては、金属等の結晶を構成する原子間に水素原子が入り込む、あるいは結晶を構成する原子を水素原子が置換することによって、金属等に水素原子が固溶する現象を利用する。このため、水素を固体中に貯蔵した形態として扱うことができるため、その安全性が高い。その後、温度や圧力等を変化させることにより、吸蔵された水素が放出され、燃料電池等に使用することができる。
【０００３】
水素吸蔵材の原料となるのは、水素化物を容易に形成する例えばＰｄやミッシュメタル（希土類元素材料）等の金属材料である。また、水素の吸蔵や放出を容易にするために、これらが他の金属と合金化、あるいは置換される場合もある。
【０００４】
こうした金属材料の水素吸蔵能力に対しては、その表面の影響が大きいために、この能力を高めるための各種表面処理方法が提案されている。特許文献１には、例えば６００ｅＶ程度のエネルギーの電子線を照射することによって、水素吸蔵材料表面の被膜やガス体等を除去し、水素吸蔵材料の内部に水素を取り込みやすくする技術が記載されている。
【０００５】
また、非特許文献１〜３には、これよりも高い３０ｋｅＶ〜３５０ｋｅＶのエネルギーのイオン（水素、ヘリウム等）ビームを水素吸蔵材料に照射することによって水素吸蔵能力を高める技術が記載されている。この場合には、イオンによって水素吸蔵材料の結晶中に点欠陥（空孔）を生成し、この点欠陥に水素原子が捕獲されるという現象を利用している。特にこうした高いエネルギーのイオンビームを生成するためには、例えばサイクロトロンや線形加速器といった大型の加速器が用いられる。
【０００６】
このように、電子やイオンからなる粒子線を水素吸蔵材料に照射するという技術を用いて、高い水素吸蔵能力をもつ水素吸蔵材を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−０３０４０１号公報
【０００８】
【非特許文献１】Ｈ．Ａｂｅ、Ｈ．Ｕｃｈｉｄａ、Ｙ．Ａｚｕｍａ、Ａ．Ｕｅｄｏｎｏ、Ｚ．Ｑ．Ｃｈｅｎ、  ａｎｄ  Ｈ．Ｉｔｏｈ、「Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｒａｔｅ  ｏｆ  Ｐｄ  ｂｙ  Ｉｏｎ  Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ」、Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｂ２０６（２００３）、ｐ２２４、２００３年
【非特許文献２】Ｈ．Ａｂｅ、Ｒ．Ｍｏｒｉｍｏｔｏ、Ｆ．Ｓａｔｏ、Ｙ．Ａｚｕｍａ、ａｎｄ  Ｈ．Ｕｃｈｉｄａ、「Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｉｏｎ  Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｒａｔｅ  ｏｆ  Ｐｄ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｌｌｏｙｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、４０４〜４０６（２００５）、ｐ２８８、２００５年
【非特許文献３】Ｈ．Ａｂｅ、Ｒ．Ｍｏｒｉｍｏｔｏ、Ｆ．Ｓａｔｏｈ、Ｙ．Ａｚｕｍａ、ａｎｄ  Ｈ．Ｕｃｈｉｄａ、「Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｉｏｎ  Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｏｎ  ｈｙｄｒｉｄｉｎｇ  ｒａｔｅ  ｏｆ  Ｍｍ  Ｂａｓｅｄ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ａｌｌｏｙ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｌｌｏｙｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、４０８〜４１２（２００６）、ｐ３４８、２００６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の方法によって水素吸蔵能力を高める場合、充分に高い水素吸蔵能力を得るために必要とされる粒子線の照射量（ドーズ量）を大きくすることが必要である。すなわち、これらの処理を行うためには長い時間を要した。あるいは、実用的な時間内でこれらの処理を行った場合に得られる水素吸蔵能力は不充分であった。
【００１０】
すなわち、高い製造効率で充分な水素吸蔵能力をもつ水素吸蔵材を得ることは困難であった。
【００１１】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の水素吸蔵材の製造方法は、水素吸蔵能力をもつ基材に対して、５０ｋｅＶ以上のエネルギーをもつ単色でないイオンビームを照射する照射工程を具備することを特徴とする。
本発明の水素吸蔵材の製造方法において、前記イオンビームは、レーザー駆動型粒子線発生器によって生成されることを特徴とする。
本発明の水素吸蔵材の製造方法において、前記イオンビームのイオン種は、陽子、ヘリウムイオン、窒素イオン、アルゴンイオンのうちの少なくともいずれかであることを特徴とする。
本発明の水素吸蔵材の製造方法において、前記基材は、少なくともパラジウム、ミッシュメタルのいずれかを含むことを特徴とする。
本発明の水素吸蔵材の製造方法は、前記イオンビームのスペクトルにおける最高エネルギーを、前記基材を構成する材料の原子核の放射化エネルギーよりも低くすることを特徴とする。
本発明の水素吸蔵材は、前記水素吸蔵材の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は以上のように構成されているので、高い製造効率で充分な水素吸蔵能力をもつ水素吸蔵材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態となる水素吸蔵材の製造方法における照射工程を示す構成図である。
【図２】単色のイオンビーム照射による水素吸蔵特性の変化を示す図である。
【図３】レーザー駆動型粒子線発生器によって得られる陽子線のスペクトルの一例である。
【図４】本発明の実施例と４種類の比較例における水素吸蔵量の測定結果を比較した図である。
【図５】単色の陽子線をＰｄに照射した場合に得られる空孔の深さ方向の分布を算出した結果である。
【図６】レーザー駆動型粒子線発生器によって得られる陽子線のスペクトルを模式的に示した図である。
【図７】パルス状の陽子線が水素吸蔵材料に侵入する際の状況を模式的に示した図である。
【図８】Ｐｄに対して単色のＨｅイオン、Ｎイオン、Ａｒイオンを照射した際の水素吸蔵量を未照射のＰｄと比較した結果である。
【図９】３５０ｋｅＶの単色ＨｅイオンをＰｄに照射した場合に得られる空孔の深さ方向の分布を算出した結果である。
【図１０】３５０ｋｅＶの単色ＮイオンをＰｄに照射した場合に得られる空孔の深さ方向の分布を算出した結果である。
【図１１】３５０ｋｅＶの単色ＡｒイオンをＰｄに照射した場合に得られる空孔の深さ方向の分布を算出した結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係る水素吸蔵材の製造方法について説明する。以下では、水素吸蔵特性をもつ基材としてパラジウム（Ｐｄ）を用いた場合について説明する。Ｐｄは高い水素吸蔵能力をもつことが知られているが、この製造方法によれば、この水素吸蔵能力を更に大幅に向上させることができる。
【００１６】
この水素吸蔵材の製造方法においては、Ｐｄ表面に粒子線を照射する照射工程が行われる。この場合の粒子線とは、イオンビームであり、例えば、陽子（水素イオン）、ヘリウムイオン、窒素イオン、アルゴンイオン等、照射によって材料中に空孔を高効率で形成することのできる粒子線である。その照射エネルギーは、空孔を高効率で形成することのできるように、例えば５０ｋｅＶ以上とする。
【００１７】
ここで、そのエネルギーは単色ではなく、そのエネルギースペクトルには広がりがある。この広がりとは、エネルギースペクトル中において実用的に粒子線照射の影響を得ることのできるエネルギー幅となる。実質的にこうした影響がもたらされるドーズ量は、１×１０１２／ｃｍ２程度以上である。粒子線が超短パルスレーザー光によって駆動されてパルス状に発される場合には、実用的な時間内でこうしたドーズ量が得られる粒子線強度は、例えば１回のパルスあたり１０６／ＭｅＶ／ｍｓｒ程度以上となる。これに対応して、上記の広がり（幅）は、エネルギースペクトルにおいて１０６／ＭｅＶ／ｍｓｒ程度以上の粒子線強度が得られる幅として、例えば１ＭｅＶ以上である。ただし、厳密にはこれらの値やパルスの繰り返し発振特性は、基材の材料や目標とする水素吸蔵能力に応じて適宜設定される。
【００１８】
こうした特性の粒子線（荷電粒子線）を発することのできる装置としては、レーザー駆動型粒子線発生器が特に好ましく用いられる。このため、この水素吸蔵材の製造方法においては、図１にその構成が示されるように、レーザー駆動型粒子線発生器１０から発せられたイオンビーム（粒子線）２０が、基材１００に照射される。
【００１９】
レーザー駆動型粒子線発生器は、従来の加速器として知られるサイクロトロン、線形加速器、シンクロトロン等のように、印加された電磁場を用いて荷電粒子を直接加速するのではなく、レーザー光をターゲットに照射することによって形成されたプラズマ（レーザープラズマ）中に発生した強い静電場によって荷電粒子を加速する（例えば、岡田大、桐山博光、森道昭、中井善基、下村拓也、田上学、近藤修司、金沢修平、大東出、大道博行、木村豊秋、田島俊樹、「高強度、高コントラストレーザー光の発生とレーザー駆動イオン加速研究への応用」、プラズマ・核融合学会誌第８５巻第７号、４５６頁（２００９年））。従来の加速器においては、使用する材料の絶縁耐圧によって加速電場が制限されるために、高エネルギーまで粒子線を加速する加速器を小型化することは困難であった。これに対し、レーザー駆動型粒子線発生器においては、プラズマ中に形成された強い電場を利用するために、この問題点は解消される。このため、装置全体を小型化でき、更に従来の加速器よりも高いエネルギーの粒子線が得られることも期待されている。なお、レーザー駆動型粒子線発生器においては、高強度（１０１８Ｗ／ｃｍ２）の超短パルスレーザー光をターゲットに照射することによってターゲットをプラズマ化し、粒子線の加速を行う。このため、得られる粒子線も超短パルスレーザー光と同期したパルス状となる。
【００２０】
一方、従来の加速器では、電磁場の周期性を利用して荷電粒子の加速を行うために、単色の（エネルギースペクトルにおける分布の広がりが零に近い）荷電粒子線が通常得られた。これに対し、レーザー駆動型粒子線発生器においては、高エネルギーの粒子線が得られるものの、これを単色とすることは困難である。荷電粒子線を用いた各種の処理（癌治療や各種の物理実験等）においては、粒子線の単色性が要求される場合が大半であるため、従来は、レーザー駆動型粒子線発生器における単色性を向上させる努力が行われてきた（例えば、日本原子力研究開発機構、プレスリリース（２００７年７月９日）、「高品質のレーザー駆動陽子線の繰返し生成に成功−小型粒子線がん治療器の実現へ大きく前進−」[２０１０年３月３１日検索]、インターネット（ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊａｅａ．ｇｏ．ｊｐ／０２／ｐｒｅｓｓ２００７／ｐ０７０７０９０１．ｈｔｍｌ）。
【００２１】
これに対して、この水素吸蔵材の製造方法においては、レーザー駆動型粒子線発生器における単色性が低いことを利用する。以下にその原理について説明する。
【００２２】
非特許文献１に記載されるように、水素吸蔵材料として知られるＰｄに各種のイオンを高エネルギーで照射した場合に、その水素吸蔵能力を向上させることが可能である。図２は、非特許文献１で報告された、イオン照射による水素吸蔵特性の変化を示す図である。ここでは、６Ｍ−ＫＯＨ中において、Ｐｄ（試料）を陰極、Ｐｔを陽極とし、通電（溶液中における電気分解）を所定時間行った後における試料中の水素吸蔵量を調べた。ここでは、水素吸蔵特性を調べた試料としては、イオン未照射、陽子（３０ｋｅＶ、１００ｋｅＶ）照射、Ｈｅイオン（１００ｋｅＶ、３５０ｋｅＶ）照射、の５種類である。ここで、イオン照射のドーズ量はいずれも１×１０１６ｃｍ−２としている。また、イオンビーム照射は、４００ｋＶのイオン注入器を用いて行った。このイオンビームにおけるスペクトルの広がりは、主にビーム安定性（ゆらぎ）で決まり、そのゆらぎ量は０．００１％以下と小さいために、このイオンビームは実質的には単色とみなせる。図２において、横軸は通電時間であり、縦軸は水素／Ｐｄ比率であり、通電時間と共に水素吸蔵量が増大することが確認できる。
【００２３】
この結果より、上記のエネルギーをもつ単色のイオンビーム照射によって水素吸蔵能力を高めることができることが明らかである。この原因は、イオンビーム照射によって水素吸蔵材料（Ｐｄ）中に点欠陥（空孔等）が形成され、この点欠陥が水素原子を吸着するサイトとして機能するためである。
【００２４】
これに対して、本発明の実施の形態に係る水素吸蔵材の製造方法においては、イオンビームの単色性を低下させ、そのスペクトルに広がりをもたせている。実際にレーザー駆動型粒子線発生器によって得られた陽子線のスペクトルの一例を図３に示す（Ｍ．Ｎｉｓｈｉｕｃｈｉ、Ｈ．Ｄａｉｄｏ、Ｉ．Ｄａｉｔｏ、Ｍ．Ｉｋｅｇａｍｉ、Ｍ．Ｍｏｒｉ、Ｓ．Ｏｒｉｍｏ、Ｋ．Ｏｇｕｒａ、Ａ．Ｓａｇｉｓａｋａ、Ａ．Ｙｏｇｏ、Ａ．Ｓ．Ｐｉｒｏｚｈｋｏｖ、Ｈ．Ｓｕｇｉｙａｍａ、Ｈ．Ｋｉｒｉｙａｍａ、Ｈ．Ｏｋａｄａ、Ｓ．Ｋａｎａｚａｗａ、Ｓ．Ｋｏｎｄｏ、Ｔ．Ｓｈｉｍｏｍｕｒａ、Ｍ．Ｔａｎｏｕｅ、Ｙ．Ｎａｋａｉ、Ｈ．Ｓａｓａｏ、Ｄ．Ｗａｋａｉ、Ｈ．Ｓａｋａｋｉ、Ｔ．Ｈｏｒｉ、Ｐ．Ｂｏｌｔｏｎ、Ｉ．Ｗ．Ｃｈｏｉ、Ｊ．Ｈ．Ｓｕｎｇ、Ｊ．Ｌｅｅ、Ｙ．Ｏｉｓｈｉ、Ｔ．Ｆｕｊｉｉ、Ｋ．Ｎｅｍｏｔｏ、Ｈ．Ｓｏｕｄａ、Ａ．Ｎｏｄａ、Ｙ．Ｉｓｅｋｉ、ａｎｄ  Ｔ．Ｙｏｓｈｉｙｕｋｉ、「Ｌａｓｅｒ  Ｄｒｉｖｅｎ  Ｐｒｏｔｏｎ  Ｂｅａｍ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ：Ｔｏｗａｒｄ  Ｕｌｔｒａ−Ｈｉｇｈ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ＆  Ｓｈｏｒｔ  Ｐｕｌｓｅ  Ｐｒｏｔｏｎ  Ｂｅａｍ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｌａｓｅｒ−Ｄｒｉｖｅｎ  Ｒｅｌａｔｉｖｉｓｔｉｃ  Ｐｌａｓｍａｓ  Ａｐｐｌｉｅｄ  ｔｏ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｍｅｄｉｃｅｉｎｅ、Ｔｈｅ  ２ｎｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｋｙｏｔｏ、Ｊａｐａｎ  １９−２３  Ｊａｎｕａｒｙ  ２００９、ＡＩＰ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  Ｖｏｌ．１１５３、Ｅｄｉｔｏｒｓ  Ｐ．Ｂｏｌｔｏｎ、Ｓ．Ｖ．Ｂｕｌａｎｏｖ、Ｈ．Ｄａｉｄｏ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ  ２００９、ｐ１５１〜１５８より引用）。ここで、横軸は陽子エネルギー（ＭｅＶ）、縦軸は粒子数（１／ＭｅＶ／ｍｓｒ：対数表示）である。この場合の特徴は、単色ではなく、０．５ＭｅＶから４．０ＭｅＶに至るまでの広いエネルギーをもつ陽子線が得られることである。ただし、この場合の下限の０．５ＭｅＶは測定限界であり、実際には０．５ＭｅＶ未満においても充分なビーム量が得られる。その粒子密度として１０６／ＭｅＶ／ｍｓｒ以上の値が得られる幅は１ＭｅＶ以上となっている。また、このエネルギー幅内のエネルギーをもつ粒子のドーズ量として１×１０１２／ｃｍ２以上の値を実用的な時間内で得ることが可能である。
【００２５】
実際のレーザー駆動型粒子線発生器を用いて基材に陽子線を照射し、単色性の高い前記の加速器を用いた陽子線を照射した場合との水素吸蔵特性の比較を行った。
【００２６】
ここで、本発明の実施例１としては、高強度の超短パルスレーザー（Ｊ−ＫＡＲＥＮ：日本原子力研究開発機構・関西光科学研究所）を駆動源としたレーザー駆動型粒子線発生器を用い、陽子線照射によるドーズ量を４×１０１３ｃｍ−２とした。この際の陽子線は、前記のプラズマ・核融合学会誌第８５巻第７号、４５６頁に記載されたものと同様であり、そのスペクトルは図３のとおりである。使用した超短パルスレーザー光は、３０ＴＷ（０．９６Ｊ／３２ｆｓ）のチタンサファイアレーザーであり、これを照射したターゲットは、数μｍ厚のテープ状とされたステンレス等の金属材料やポリイミド等の透明な絶縁性高分子材料である。
【００２７】
比較例１は、陽子線照射前のＰｄである。比較例２〜比較例４は、通常の単色の加速器（ＴＩＡＲＡ：日本原子力研究開発機構・高崎量子応用研究所）を用いて３５０ｋｅＶのエネルギーの量子線が照射されたＰｄである。比較例２〜比較例４ではドーズ量が異なり、比較例２では１×１０１４ｃｍ−２、比較例３では１×１０１６ｃｍ−２、比較例４では１×１０１７ｃｍ−２とした。
【００２８】
実施例１、比較例１〜比較例４の試料について、非特許文献１と同様の方法で１２０分間の通電処理を行った後の水素吸蔵量を調べた。これらを比較した結果（縦軸は水素／Ｐｄ比率）を図４に示す。
【００２９】
この結果より、実施例１においては、比較例１〜４と比べて大きな水素吸蔵量が得られることが明らかである。ここで、陽子線照射が行われなかった比較例１はもとより、より大きなドーズ量をもつ比較例２〜４と比べても、小さなドーズ量で大きな水素吸蔵量を得ている。特に、１０００倍以上大きなドーズ量である比較例４と比べても大きな水素吸蔵量が得られる。
【００３０】
この理由は、水素吸着サイトとなる空孔が深さ方向に分布して得られるためである。図５は、単色の陽子線をＰｄに照射した場合に得られる空孔の深さ方向の分布を算出した結果（非特許文献２より引用）である。ここで、陽子線のエネルギーは３０ｋｅＶ、１００ｋｅＶ、３５０ｋｅＶであり、ドーズ量は１０１６ｃｍ−２である。この結果より、空孔密度は、陽子線のエネルギーが３０ｋｅＶの場合には１００ｎｍ程度、１００ｋｅＶの場合には、４００ｎｍ程度、３５０ｋｅＶの場合には１４００ｎｍ程度にピークをもつ。すなわち、最も多く空孔が形成されるのは各エネルギーに応じたこれらの深さであり、このピーク深さ以外の深さにおいては、空孔の数は大きく減少する。この現象は、イオン注入における注入イオンの深さ分布がピークをもつことに対応している。
【００３１】
この空孔は陽子線の照射によって形成されるが、ある決まった深さにおいて空孔が形成される密度は、必ずしもこの深さにおける陽子の注入量に比例しない。結晶欠陥の一種である空孔の密度は結晶における原子密度等によって限定されるため、陽子の注入量が大きくなった場合には、形成される空孔の密度は飽和傾向を示す。単色の陽子線（粒子線）を用いた場合には、前記の通り、空孔は特定の深さに集中して形成されるため、この飽和を生じやすい。このため、単色の粒子線を用いた場合には、ある特定の深さにおける空孔の密度を高くすることは可能であるものの、この深さ以外における密度は小さくなるため、結局、深さ方向にわたって充分な量の空孔を形成することが困難である。水素吸蔵量に直接関連するのは、特定の深さの空孔の密度ではなく、その全体の空孔の総量であるため、結局、単色の陽子線を用いた場合には、充分な水素吸蔵量を得ることが困難である。
【００３２】
これに対して、レーザー駆動型粒子線発生器による陽子線を用いた場合には、陽子線のスペクトルを模式的に示すと、図６に示されるとおりとなる。このスペクトルにおいては、深い箇所に空孔を集中的に形成する高エネルギーの陽子線ａから、浅い箇所に集中的に空孔を形成する低エネルギーの陽子線ｃまで、広いエネルギー範囲の陽子線が混在している。このため、特定の深さにだけ空孔が形成されることが抑制され、前記の飽和は発生しにくくなり、充分な量の空孔を形成することができる。
【００３３】
また、前記の通り、レーザー駆動型粒子線発生器を用いた場合には、駆動に用いる超短パルスレーザー光に同期した超短パルス状の陽子線が得られる。このパルス状の陽子線が水素吸蔵材料に侵入する際の状況を模式的に示したのが図７（ａ）〜（ｃ）である。図７においては、（ａ）から（ｃ）にわたって時間が経過しており、×印は形成された空孔を示す。
【００３４】
まず、図６のスペクトル中に示されたａｂｃのうち、最もエネルギーの高い成分（陽子の速度が高い成分）ａは、最も早く水素吸蔵材料に照射され、最も深い箇所に空孔が形成される（図７（ａ））。これよりもエネルギーの低い成分ｂは、これよりも遅く照射され、これよりも浅い箇所に空孔が形成される（図７（ｂ））。最もエネルギーの低い成分ｃは、最も遅く照射され、最も浅い箇所に空孔が形成される。
【００３５】
この場合、図７（ａ）の状態においては、最もエネルギーの高い成分ａの陽子線が浅い箇所を通過する際には、この浅い箇所における結晶性は陽子線照射の影響を受けていない。このため、この陽子線は、結晶性が乱れていない領域を透過することになり、深くまで到達しやすい。陽子線がパルス状ではなく連続的であった場合には、最もエネルギーの高い成分ａが浅い領域を通過する際には、この浅い領域における結晶性は、その前の時点におけるエネルギーの低い成分ｃの陽子線の影響を受けて乱れている。この場合には、最もエネルギーの高い成分ａの陽子線は、この結晶性の乱れの影響を受けて、飛程が短くなる。このため、陽子線が超短パルス状である場合には、より深い領域において空孔を形成させることができる。その後で、図７（ｃ）の状態において、最もエネルギーの低い成分ｃの陽子線が、浅い領域に空孔を形成する。このため、深さ方向の広い範囲にわたって空孔を効率的に形成することが可能であり、充分な量の空孔を形成することができる。
【００３６】
なお、従来の加速器（シンクロトロン、サイクロトロン、線形加速器等）においては、電磁場の周期性を利用して荷電粒子の加速を行うため、得られる陽子線のスペクトルの幅は極めて狭くデルタ関数的であり、単色とみなせる。こうした従来の加速器を用いて複数のエネルギーをもつ陽子線（各々単色）を発生させ、これを水素吸蔵材料に照射すれば、同様の効果を得ることも原理的には可能である。しかしながら、この場合には、複数のエネルギーをもつ陽子線を複数の加速器を用いて生成して水素吸蔵材料に照射する、あるいは、単一の加速器を用いて複数のエネルギーの陽子線を順次生成して水素吸蔵材料に照射する、等の作業が必要になる。前者の場合には、大型の加速器が多数必要であり、後者の場合には、処理に多大な時間を要する。従って、これらの方法は実用的ではない。
【００３７】
これに対して、レーザー駆動型粒子線発生器を用いた場合には、そのスペクトルの広がりが大きいために、簡便に上記の効果を得ることができる。すなわち、水素吸蔵能力の高い水素吸蔵材を高い製造効率で得ることができる。
【００３８】
なお、上記の水素吸蔵材の製造方法においては、前記の通り、陽子線のスペクトルにおける広がりが必要である。このスペクトルにおける最低エネルギーは、水素吸蔵材料中に空孔を形成することのできるエネルギーであり、５０ｋｅＶ程度である。一方、このスペクトルにおける高エネルギー側の陽子によって、水素吸蔵材料の原子核が放射化されることがあるため、このスペクトルにおける最高エネルギーは、この放射化エネルギーよりも低くすることが好ましい。この最高エネルギーは、基材を構成する材料やドーズ量、粒子の種類等に応じて適宜設定される。この際、例えば基材がＰｄを含む合金である場合には、Ｐｄのみならず、Ｐｄ以外に含まれる元素の放射化についても考慮された値とされる。
【００３９】
上記の例においては、粒子線として陽子線を用いたが、水素吸蔵材料中に空孔、あるいは水素吸着サイトとなる結晶欠陥を形成できる限りにおいて、陽子線以外の粒子線を用いることができる。図８は、Ｐｄに対して３５０ｋｅＶ単色のヘリウム（Ｈｅ）イオン、窒素（Ｎ）イオン、アルゴン（Ａｒ）イオンをそれぞれのドーズ量が１×１０１６ｃｍ−２として照射した際の水素吸蔵量を、図４と同様に、未照射のＰｄと比較した結果である。Ｈｅ、Ｎ、Ａｒのいずれによっても、陽子と同様に水素吸蔵能力を高めることができる。
【００４０】
また、この条件におけるＰｄ中の空孔密度の深さ分布を算出した結果を、図９（Ｈｅイオン）、図１０（Ｎイオン）、図１１（Ａｒイオン）にそれぞれ示す。ピーク深さは異なるものの、どのイオンを用いた場合においても、空孔密度分布において鋭いピークが見られ、定性的傾向は、陽子の場合（図５）と同様である。以上より、少なくとも陽子（水素イオン）の代わりにＨｅイオン、Ｎイオン、Ａｒイオンを用いても、同様の効果を奏することは明らかである。
【００４１】
水素吸蔵材料（基材）についても同様であり、イオン照射によって点欠陥（空孔）が形成され、この点欠陥が水素吸着サイトとして機能する材料である限りにおいて、基材として使用することができる。例えば、水素吸蔵材料として知られるＴｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｖ、Ｃａ等や、金属間化合物（例えばＴｉＣｒ２等）に対しても同様の効果を奏することは明らかである。また、Ｌａ等の希土類元素や、希土類の各元素が分離されていない希土類元素材料（ミッシュメタル）に対しても同様である。
【００４２】
また、実際にこうした水素吸蔵能力の高い水素吸蔵材料は、水素放出能力の高い金属と合金化あるいは置換されることにより、水素の吸蔵及び放出が容易な水素吸蔵合金となった形態で用いられる場合が多い。こうした場合においても、含有される水素吸蔵材料中において空孔を表面から深さ方向に分布させることによってこの合金（基材）の水素吸蔵能力を高めるという効果が得られることは明らかである。すなわち、水素吸蔵材料が合金化された場合であっても、同様の効果を奏する。
【００４３】
上記の効果を奏する粒子線が得られる粒子線発生器としては、上記のレーザー駆動型粒子線発生器が好適である。レーザー駆動型粒子線発生器においては、上記のような広いスペクトルをもつ粒子線が容易に得られる。また、加速する粒子（イオン）も、陽子のような軽イオンから、重イオンまで、任意のイオンを用いることができる。従来、イオンビーム（あるいは電子ビーム）を利用する際には、各種の物理実験や癌治療のように、そのエネルギーが一定（単色）であることが好ましい場合が大半であった。このため、レーザー駆動型粒子線発生器における単色性を高める努力が従来なされてきた。これに対して、上記の水素吸蔵材の製造方法においては、レーザー駆動型粒子線発生器の単色性が低いことを積極的に利用している。粒子線のエネルギーについても、実施例で示されたとおり、空孔を高効率で生成できるだけのエネルギーとすることができる。
【００４４】
また、従来の大型の加速器と比較して、レーザー駆動型粒子線発生器を小型化することが可能であることも周知であり、上記の製造方法においては、その単色性を高めるための特別な機構も不要である。従って、小型化された粒子線発生器を用いて上記の製造方法を実施することが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  レーザー駆動型粒子線発生器
２０  イオンビーム（粒子線）
１００  基材（水素吸蔵材料）
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図２】
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【図５】
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