(57)【要約】【課題】使用済核燃料や高レベル放射性廃棄物等の放射性物質から発生するγ線やＸ線等の電磁波性の放射線を産業上有用な真空紫外光に高効率で変換する真空紫外光装置および前記放射性物質の残留放射能の利用法方法を提供する。【解決手段】電磁波性の放射線を発生する放射線発生部４と、前記放射線発生部４に近接して設けられ前記放射線を真空紫外光に変換する光変換ガスを収容する光発生部５と、前記真空紫外光が透過する光透過窓６を介して前記光発生部５に隣接して設けられ前記真空紫外光によって化学反応を生じさせるべき物質を収容する光反応部７とを備えた構成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波性の放射線を発生する放射線発生部と、前記放射線発生部に近接して設けられ前記放射線を真空紫外光に変換する光変換ガスを収容する光発生部と、前記真空紫外光が透過する光透過窓を介して前記光発生部に隣接して設けられ前記真空紫外光によって化学反応を生じさせるべき物質を収容する光反応部とを備えたことを特徴とする真空紫外光装置。
【請求項２】
前記放射線発生部は使用済核燃料または高レベル放射性廃棄物を線源とすることを特徴とする請求項１記載の真空紫外光装置。
【請求項３】
前記光変換ガスは、１種類の希ガス、２種類以上の希ガスの混合ガス、または、少なくとも１種類の希ガスと少なくとも１種類のハロゲンガスとの混合ガスであることを特徴とする請求項１記載の真空紫外光装置。
【請求項４】
前記光透過窓は、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリム、フッ化カリウム、石英、サファイヤのいずれかの材料からなることを特徴とする請求項１記載の真空紫外光装置。
【請求項５】
前記放射線発生部と前記光発生部と前記光反応部は、順次内側へ同軸をなす円筒状に配置されていることを特徴とする請求項１記載の真空紫外光装置。
【請求項６】
前記光発生部は、放射状に設けられ前記真空紫外光を反射して効率よく前記光反応部へ導く光反射板を備えていることを特徴とする請求項５記載の真空紫外光装置。
【請求項７】
放射性物質の残留放射能による電磁波性の放射線を希ガスまたは希ガスとハロゲンガスの混合ガスに照射して真空紫外光を発生させ、前記真空紫外光を所定の物質に照射して化学反応を生じさせることを特徴とする残留放射能の利用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用済核燃料や高レベル放射性廃棄物等から発生するγ線やＸ線等の電磁波性の放射線を産業的に有用な真空紫外光（極紫外線（ＸＵＶ）ともいう。）に変換しあるいは利用する真空紫外光装置および残留放射能の利用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、使用済核燃料は将来、再処理することを前提に長期間貯蔵されている。現在、使用済核燃料の数は１万本を超えており、今後も年間約２千本の使用済核燃料が排出される。使用済核燃料が再処理に回されるまでには、５〜10年間は保管するため、今後、３万本近い使用済核燃料が保管され続けることになる。そのため、使用済核燃料を積極的に活用する革新的な技術の開発が望まれる。
【０００３】
使用済核燃料から放出される放射線出力（主にγ線）は、１年経過後の燃料集合体1本あたり500W程度である。燃料集合体1万本では５MW、燃料集合体３万本では15MWという莫大な値となる。このエネルギーを有効に利用することができれば、新しい産業創出の可能性を開くとともに地域産業の創成として活用でき、使用済核燃料をエネルギー源として活用できる道を開くことになる。しかし、これまで、放射線（γ線）のエネルギーを産業上有用なエネルギー形態に変換する技術はなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、現在再処理することを前提に長期間貯蔵されている大量の使用済核燃料や高レベル放射性廃棄物のエネルギーを有効に利用する技術、具体的には、放射線（γ線やＸ線）という非常に使いにくいエネルギーを産業上有用な形態に高効率で変換する技術は強く求められているが未だ存在しない。
【０００５】
そこで本発明は、使用済核燃料や高レベル放射性廃棄物等の放射性物質から発生するγ線やＸ線等の電磁波性の放射線を産業上有用な真空紫外光に高効率で変換する真空紫外光装置および前記放射性物質の残留放射能の利用法方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電磁波性の放射線を発生する放射線発生部と、前記放射線発生部に近接して設けられ前記放射線を真空紫外光に変換する光変換ガスを収容する光発生部と、前記真空紫外光が透過する光透過窓を介して前記光発生部に隣接して設けられ前記真空紫外光によって化学反応を生じさせるべき物質を収容する光反応部とを備えた構成とする。
【０００７】
請求項２の発明は、前記放射線発生部は使用済核燃料または高レベル放射性廃棄物を線源とする構成とする。
請求項３の発明は、前記光変換ガスは、１種類の希ガス、２種類以上の希ガスの混合ガス、または、少なくとも１種類の希ガスと少なくとも１種類のハロゲンガスとの混合ガスである構成とする。
【０００８】
請求項４の発明は、前記光透過窓は、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリム、フッ化カリウム、石英、サファイヤのいずれかの材料からなる構成とする。
【０００９】
請求項５の発明は、前記放射線発生部と前記光発生部と前記光反応部は、順次内側へ同軸をなす円筒状に配置されている構成とする。
請求項６の発明は、前記光発生部は、放射状に設けられ前記真空紫外光を反射して効率よく前記光反応部へ導く光反射板を備えている構成とする。
【００１０】
請求項７の発明は、放射性物質の残留放射能による電磁波性の放射線を希ガスまたは希ガスとハロゲンガスの混合ガスに照射して真空紫外光を発生させ、前記真空紫外光を所定の物質に照射して化学反応を生じさせる構成とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態の真空紫外光装置および残留放射能の利用方法を図１〜図４を参照して説明する。本実施の形態の真空紫外光装置は、図１，図２に示すように、円筒状の外筒１の内側に同軸状に順次、中性子遮蔽２、γ線遮蔽３および放射線発生部である使用済核燃料４を設けて、この円筒状に配置した使用済核燃料４の内側にキセノンガスを満たした光発生室５を形成してある。
【００１２】
光発生室５の中心には同軸状に順次、光透過窓６と内筒８を設けて、光透過窓６と内筒８の間に光反応室７を形成してある。内筒８および光反応室７に接続された配管10が端板11から突出している。さらに、光発生室５には複数の光反射板９を軸方向に沿って放射状に設けてある。
【００１３】
光発生室５の内壁５ｂは光を反射しやすい材料またはその材料でコーティングされている。例えば、アルミニウムは、172nmの真空紫外光に対し、92％以上の反射率を有している。また、光透過窓６は、真空紫外光を透過する材料からなっており、例えば、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリム、フッ化カリウム、石英、サファイヤ等の材料からなる。
【００１４】
光発生室５に封入するガスは、キセノン、クリプトン、アルゴン、ヘリウム等の希ガス単体でもよく、また、２種類以上の希ガスの混合ガスでもよく、また、希ガスとハロゲンガス（フッ素、塩素、臭素等）の混合ガスでもよい。以下の説明では、キセノン単体ガスを使用した場合の例を使って説明するが、どのガスを使っても基本的には同じである。
【００１５】
以上のように構成した本実施の形態の真空紫外光装置の作用を次に説明する。使用済核燃料や高レベル放射性廃棄物から発生するガンマ線等の放射線を希ガスを含むガス中に入射すると、放射線とガスとの衝突で生成される高エネルギー電子が、ガスと衝突してエキシマ（励起分子）を生成する。このエキシマが解離して基底状態に戻るとき光を発生する。
【００１６】
この放射線から電子へのエネルギー変換効率は、ガス圧を上げることにより100％近い効率となる。また、電子からエキシマ生成を経由した光へのエネルギー変換効率は、60％近い効率が得られることが発明者等の最近の研究で明らかになってきた。本実施の形態の真空紫外光装置はこれらの現象を利用して、放射線から光への変換を非常に高効率で行う。
【００１７】
なお、エキシマから発生する光は紫外光、特に、希ガスのみの単体ガスや混合ガスのエキシマから発生する光は、波長200nm以下の真空紫外光となる。例えば、キセノンエキシマから発生する光は波長172nmの真空紫外光である。
【００１８】
図３に、さまざまな化学結合の結合エネルギーを光の波長に換算して表した図を示す。同時にキセノンエキシマから発生する光の波長172nmも示す。この波長よりも長いところにある化学結合は172nmの光で結合を直接切ることができるのでキセノンエキシマはほとんどの化学結合を切ることができるといえる。
【００１９】
本実施の形態の真空紫外光装置において、円筒状に配置された使用済核燃料４から発生するγ線やＸ線は、そのほぼ半分が内側の光発生室５のキセノンガス中に入射し、γ線やＸ線とキセノンガス原子との衝突で高エネルギー電子が生成される。この現象は、コンプトン効果および光電効果と呼ばれる現象である。前者は多数回の衝突を繰り返してエネルギーを電子に渡していく。また、後者は、１回の衝突ですべてのエネルギーを電子に渡す。ガンマ線のエネルギーが高いときは前者が、エネルギーが下がってくると後者の現象がメインとなる。
【００２０】
図４に使用済核燃料から放射されるγ線の主たるエネルギー成分0.6MeVに対する、キセノンガスのエネルギー変換率を計算した例を示す。ガス圧５MPa、吸収長１ｍで、90％以上の変換効率が得られることが分かる。
【００２１】
次に、γ線やＸ線とキセノンガス原子との衝突で発生した高エネルギー電子が、キセノンガス原子と衝突し、イオンまたは励起原子を生成する。その後、励起分子生成，電子−イオン再結合などの衝突反応過程を経て、エキシマが生成される。エキシマは非常に短時間で解離し基底状態に戻るがその過程で光を出す。例えば、キセノンエキシマからの発光は波長172nmの真空紫外光である。電子から真空紫外光へのエネルギー変換効率は、計算機シミュレーションによると、６０％程度の高効率が期待できる。
【００２２】
光発生室５で発生した真空紫外光は、光透過窓６を通して中央に設けられた光反応室７に導かれる。光発生室５と光反応室７は光透過窓６によって気密が保たれるようになっている。また、光発生室５の内壁５ｂをアルミニウム等の光を反射しやすい材料で構成し、またはその材料でコーティングしてあるので、発生した真空紫外光を内側の光反応室７に効率良く導くことができる。
【００２３】
なお、光反応室７には、内筒８から原料ガスを導入しその外側で反応を起こさせて配管10によって外部に回収するようになっているが、この構造については特にこのかぎりではない。また、光反応としては、水蒸気を通して、直接水を光分解して水素を製造したり、二酸化炭素を直接光分解して一酸化炭素を製造したり、フロン、ポリ塩化ビフェニル、ダイオキシン等の有害物質を光分解する等のいろいろな利用が可能である。
【００２４】
また、光反射板９は、光発生室５で発生した光を反射して効率よく光反応室に導くことができる。すなわち、光発生室５で発生した真空紫外光は、光発生室５の内壁に反射して中央に置かれた光反応室７に導かれるが、このままでは、内壁での反射を繰り返し光反応室７に到達しない光も存在する。そこで、光を反射して効率よく光反応室７に導く光反射板９を光発生室５に放射状に設けてある。光反射板９はアルミニウム等の光を反射しやすい材料またはその材料でコーティングされている。中央の光反応室７も同様である。
【００２５】
つぎに図５を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態の真空紫外光装置は、箱状の放射線源12に対向して板状のシャッター13を介して箱状の光発生室５ａが設けられており、光発生室５ａの側面に設けられた光透過窓６ａを介して光反応室７ａが設けられている。
【００２６】
光反応室７ａは外筒１ａと内筒８ａの間に形成されており、原料ガスは内筒８ａの中へ供給され、光反応したガスは外筒１ａから取り出される。このような構成によって放射線源12に収納された使用済燃料や高レベル放射性廃棄物から出るγ線をキセノンガスを封入した光発生室５ａに入射させて真空紫外光を発生させ、光透過窓６ａを通して光反応室７ａに導く。この実施の形態の作用効果は第１の実施の形態の場合と同じである。
【００２７】
その他の実施の形態として、図示しないが、使用済核燃料を多数設置する室内の任意の場所にキセノンガスを封入した光発生室を１つまたは複数個設置し、その光発生室の中央に設けた光反応室に光を導き光反応を行わせるようにしてもよい。その光発生室の内壁は光を反射しやすい材料またはその材料でコーティングし、さらに、発生した光を反射して効率よく光反応室に導く光反射板を放射状に設けてもよい。
【００２８】
以上に説明した本発明の実施の形態の真空紫外光装置および残留放射能の利用方法によれば、これまで再処理することを前提に長期間貯蔵されている大量の使用済核燃料のエネルギーを有効に利用することが可能となるとともに、使用済核燃料以外でも、強いγ線やＸ線等が放射される場で、その放射線を最大に有効利用することができる。
【００２９】
また、これらの実施の形態の真空紫外光装置および残留放射能の利用方法は、従来原子力分野で知られていた、シンチレータやチェレンコフ放射による放射線から紫外光への変換効率（0.数％〜数％）を遙かに凌駕するものであり、固体シンチレータのように寿命を懸念する必要もなく、チェレンコフ放射よりも遙かに扱い易い画期的な装置あるいは利用方法である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、使用済核燃料や高レベル放射性廃棄物等の放射性物質から発生するγ線やＸ線等の電磁波性の放射線を産業上有用な真空紫外光に高効率で変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の真空紫外光装置の軸方向断面図。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図。
【図３】各種化学結合の結合エネルギーを光の波長に換算して示し、本発明の第１の実施の形態の作用効果を説明する図。
【図４】ガンマ線から電子へのエネルギー変換効率示し、本発明の第１の実施の形態の作用効果を説明する図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の真空紫外光装置の一部破断側面図。
【符号の説明】
１，１ａ…外筒、２…中性子遮蔽、３…γ線遮蔽、４…使用済核燃料、５，５ａ…光発生室、５ｂ…光発生室の内壁、６，６ａ…光透過窓、７，７ａ…光反応室、８，８ａ…内筒、９…光反射板、10…配管、11…端板、12…放射線源、13…シャッター。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004195362.tif 000006
【図５】
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