(57)【要約】      （修正有）【課題】放射性廃棄物からの放射線を遮蔽する金属製容器に設けた電離放射線を電力に変換するＣＶＤダイヤモンド発電装置を提供する。【解決手段】放射性廃棄物を封入する金属製容器１の内面に、電離放射線を遮蔽する鉛またはタリウム２およびＣＶＤダイヤモンド薄膜３を設けた金属製容器に、封入された放射性物質から出る「γ線、α線、β線」などの電離放射線を、ｐｎ型又はｐｉｎ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し、電離放射線を遮蔽して安全性を有する放射線を遮蔽する金属製容器に設けたＣＶＤダイヤモンド発電装置。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ドラム缶またはキャニスタなどの金属製容器の内面に、鉛またはタリウムおよびＣＶＤダイヤモンド薄膜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「γ線、α線、β線」などの電離放射線を鉛またはタリウムを設けて遮蔽する金属製容器に、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、安全のため電離放射線を遮蔽することを特徴とした放射線を遮蔽する金属製容器に設けたＣＶＤダイヤモンド発電装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は、電離放射線を遮蔽するドラム缶またはキャニスタなどの金属製容器に設けたＣＶＤダイヤモンド発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  放射性廃棄物の種類は、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廃棄物に分類される。東京電力福島第一原子力発電所の放射性廃棄物が処理され、ドラム缶またはキャニスタに封入された放射性物質の安定及び放射線を遮蔽することにあった。先行技術文献としては、特許文献２、３に記載されている。しかし、放射性物質からの放射線を電力に変換するＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜接合の電離放射線変換層を設けた発電装置に至った。先行技術文献としては、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願２０２０−１３６０２６号
【特許文献２】特願２０２０−１１２１１５号
【特許文献３】特願２０２０−０７７７６１号
【非特許文献】
【０００４】
【引用非特許文献１】
編集「原子力のすべて」編集委員会、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  ｐ．３０６、（６）放射性廃棄物  ▲１▼放射線とはどのようなものか  ｐ．３４１、原子力関係用語集  アルファ線（α線）ｐ．４２４、ガンマ線（γ線）ｐ．４２７、ベータ線（β線）ｐ．４３７、放射性廃棄物、放射線ｐ．４３７、放射能ｐ．４３８、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６章  半導体特性ｐ．６３〜７１、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ｐ．７５〜８４、第８章  ｎ型ドーピングと半導体特性ｐ．８６〜９８、２０１４年版、株式会社  シーエムシー出版。
【引用非特許文献３】
監修者  山本喜一、最新図解  「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ｐ．２４２〜２４３、福島第一原発事故で危険視されている放射性元素たちｐ．２９４〜２９５、２０１３年版、株式会社  ナツメ社。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】  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って飛散した放射性物質に汚染され、除染作業で生じた汚染土に含まれて危険視されている放射性物質の熱処理または洗浄処理による流体、または汚染水の浄化処理が続く処理水保管タンクの流体から、放射性物質を濾過槽または吸着槽を設けて分離し、放射性物質を吸収または吸着したカーボン及び添加物質を封入する金属製のドラム缶またはキャニスタには安全のため、放射性物質からの放射線の遮蔽が課題となる【０００６】  ダイヤモンド半導体ｐ−ｎ接合を含むように電離放射線によって、両電極間に荷電を生じさせる装置が、国際公開第２０１８／２０６９５８号（日本語ファミリーは特表２０２０−５２２６８１号公報）に公開されている。しかし、実用化には安全のため放射線の遮蔽が必要とされる。
放射性物質を含む放射線によって、ｐｎ型ダイヤモンド半導体層のボルタ電池が、国際公開第２０１５／２００２４３号に公開されている。しかし、実用化には安全のため放射線の遮蔽が必要とされる。
物質・材料研究機構ワイドギャップ半導体グループの小泉聡グループリーダーらが試作した新型電池は、電離放射線のβ線によるｐｎ接合ダイヤモンド半導体を作り、電力を発生させたダイヤモンド電池を試作した。しかし、実用化には安全のため放射線の遮蔽が必要（２０２１年  ２月２２日、日本経済新聞１１面、科学技術）だと掲載されている。【０００７】  金属製のドラム缶またはキャニスタの内面に、鉛またはタリウムおよびＣＶＤダイヤモンド薄膜を設け、放射性物質の安定および電離放射線を遮蔽する金属製容器（特願２０２０−１１２１１５号）に至り、特願２０２０−１３６０２６号では、ＣＶＤダイヤモンド半導体層接合のｐｎ型又はｐｉｎ型電離放射線光電変換層を設けた発電装置に至った。
本考案では、放射性物質から出る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接合のｐｎ型またはｐｉｎ型電離放射線変換層を設けて電離放射線を電力に変換し、安全のため電離放射線を遮蔽する金属製容器に設けたＣＶＤダイヤモンド発電装置を考案した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本考案は、ドラム缶またはキャニスタなどの金属製容器の内面に、鉛またはタリウムおよびＣＶＤダイヤモンド薄膜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「γ線、α線、β線」などの電離放射線を鉛またはタリウムを設けて遮蔽する金属製容器に、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、安全のため電離放射線を遮蔽することを特徴とした放射線を遮蔽する金属製容器に設けたＣＶＤダイヤモンド発電装置。
【考案の効果】
【０００９】  本考案は、放射線を遮蔽する金属製容器に封入した放射性物質から出る電離放射線を、ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜接合の電離放射線変換層を設けて電力に変換する発電装置である。電力に変換された電離放射線を遮蔽することにより、安全性および変換効率が向上する金属製容器に設けたＣＶＤダイヤモンド発電装置。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】  本考案に係る鉛またはタリウム２を設けた金属製容器１にＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜接合の電離放射線変換層４を設けた参考側面及び一部断面図。
【図２】  本考案に係る放射線を遮蔽する金属製容器１に設けたＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜接合ｐｎ型電離放射線変換層の参考断面図。
【図３】  本考案に係る放射線を遮蔽する金属製容器１に設けたＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜接合ｐｉｎ型電離放射線変換層の参考断面図。
【考案を実施するための形態】
【００１１】  「γ線、α線、β線」などの電離放射線は、鉛又はタリウムを金属製容器の内面に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」である。「ネプツニウム系列」はプルトニウム２４１を起点とする、人工放射性元素の崩壊系列として知られる。トリウム系列は、トリウム２３２にはじまり、鉛２０８で安定する。ウラン系列は、ウラン２３８にはじまり、鉛２０６で安定する。アクチニウム系列は、ウラン２３５にはじまり、鉛２０７で安定する。ネプツニウム系列は、ネプツニウム２３７にはじまり、タリウム２０５で安定する。したがって、電離放射線の遮蔽は、鉛が主体であるがタリウムも必要とされる。［引用非特許文献１］▲２▼放射線とはどのようなものか「放射線の種類と透過力」ｐ．３０６には、α線は紙で止める。β線はアルミニウムなどの薄い金属板で止める。γ線やＸ線は鉛や厚い鉄の板で止めるとされる。したがって、電離放射線「α線、β線、γ線」は鉛で遮蔽される。また、人工放射性元素の崩壊系列ではタリウムでも遮蔽される。
【００１２】  ＣＶＤダイヤモンド半導体はシリコンと同じ第１４族元素に属している半導体である。ｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜へのドープは、第１３族元素のホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムなどをドープすることができる。ｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜へのドープは、第１５族元素の窒素、リン、ヒ素、アンチモンなどをドープすることができる。ｐｎ型または真性ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜を伴うヘテロ接合ｐｉｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層を、絶縁性のＣＶＤダイヤモンド薄膜で覆いを設けた発電装置である。電離放射線を遮蔽する鉛またはタリウムを設けた安全を有する金属製容器に、ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層を設けた構成。
【００１３】  ＣＶＤダイヤモンド薄膜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ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜が用いられる。また、ＣＶＤダイヤモンドは、熱伝導率、弾性定数、透光性、耐熱性、耐放射線性、耐化学薬品性、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。
【００１４】  図１の参考側面及び一部断面図に示す。ドラム缶またはキャニスタなどの金属製容器１の内面に、鉛またはタリウム２およびＣＶＤダイヤモンド薄膜３を設けた金属製容器１に放射性廃棄物を封入し、放射性物質から出る「γ線、α線、β線」などの電離放射線を鉛またはタリウム２を設けて遮蔽する金属製容器１に、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４を設けて電力に変換し、安全のため電離放射線を遮蔽することを特徴とした放射線を遮蔽する金属製容器に設けたＣＶＤダイヤモンド発電装置。
【００１５】  図２の参考断面図に示す。金属製容器１の内面に、鉛またはタリウム２および絶縁性のＣＶＤダイヤモンド薄膜３を設けた金属製容器１に、ホウ素ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜４−１およびリンドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜４−３接合のｐｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層４に電極５・６および絶縁性のＣＶＤダイヤモンド薄膜３で覆いを設けた構成である。電離放射線「γ線、α線、β線」などを用いた発電装置は金属製容器１の内面に、鉛またはタリウム２を設けて電離放射線を遮蔽する金属製容器１であり、ｐｎ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放射線を遮蔽する金属製容器に設けたＣＶＤダイヤモンド発電装置。
【００１６】  図３の参考断面図に示す。金属製容器１の内面に、鉛またはタリウム２および絶縁性のＣＶＤダイヤモンド薄膜３を設けた金属製容器１に、ホウ素ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜４−１、真性ｉ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜４−２、リンドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜４−３接合のｐｉｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜電離放射線変換層４に電極５・６および絶縁性のＣＶＤダイヤモンド薄膜３で覆いを設けた構成である。電離放射線「γ線、α線、β線」などを用いた発電装置は金属製容器１の内面に、鉛またはタリウム２を設けて電離放射線を遮蔽する金属製容器１であり、ｐｉｎ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放射線を遮蔽する金属製容器に設けたＣＶＤダイヤモンド発電装置。
【００１７】  耐放射線性のＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜のドープは、放射線に強いガリウムまたはインジウムドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜およびヒ素またはリンドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜接合の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４に電極５・６および絶縁性のＣＶＤダイヤモンド薄膜３で覆い、電力に変換する放射線に強いドープの発電装置である。電離放射線「γ線、α線、β線」を鉛またはタリウム２を設けた金属製容器１は、安全のため電離放射線を遮蔽する。ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜接合のＣＶＤダイヤモンド発電装置は、１００年以上の寿命を持つ発電装置である。
【符号の説明】
【００１８】  １  金属製容器
２  鉛またはタリウム
３  ＣＶＤダイヤモンド薄膜
４  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
４−１  ホウ素ドープｐ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜
４−２  真性ｉ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜
４−３  リンドープｎ型ＣＶＤダイヤモンド半導体薄膜
５  電極
６  電極
【図１】
0003233214.tif 000003
【図２】
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【図３】
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