(57)【要約】【課題】放射性物質が放射する高エネルギー粒子のエネルギーを有効なエネルギーとして取り出すに当たって、放射性物質の温度を低く保ってエネルギー取り出し効率の向上を図る。【解決手段】高エネルギー粒子を放射する高エネルギー粒子放射体に対し該高エネルギー粒子放射体より放射された高エネルギー粒子を吸収するよう別途高エネルギー粒子吸収体を配置し、高エネルギー粒子放射体より放射された高エネルギー粒子のエネルギーを高エネルギー粒子吸収体に於いて熱に変換し、該高エネルギー粒子吸収体にて発生した該熱を利用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高エネルギー粒子放射体に対し該高エネルギー粒子放射体より放射された高エネルギー粒子を吸収するよう高エネルギー粒子吸収体を配置し、前記高エネルギー粒子放射体より放射された高エネルギー粒子のエネルギーを前記高エネルギー粒子吸収体に於いて熱に変換し、該高エネルギー粒子吸収体にて発生した該熱を利用することを特徴とする高エネルギー粒子放射体利用方法。
【請求項２】
前記高エネルギー粒子放射体および前記高エネルギー粒子吸収体を板状にして互に平行に配置することを特徴とする請求項１に記載の高エネルギー粒子放射体利用方法。
【請求項３】
高エネルギー粒子放射体と、前記高エネルギー粒子放射体より放射された高エネルギー粒子を吸収するよう配置された高エネルギー粒子吸収体と、前記高エネルギー粒子吸収体に生じた熱を該高エネルギー粒子吸収体より収集する集熱手段とを有することを特徴とする高エネルギー粒子放射体利用装置。
【請求項４】
前記高エネルギー粒子放射体と前記高エネルギー粒子吸収体とは板状で互に平行に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の高エネルギー粒子放射体利用装置。
【請求項５】
前記集熱手段は、前記板状高エネルギー粒子吸収体の前記板状高エネルギー粒子放射体に対向する表面に沿って流体を流す手段を含んでいることを特徴とする請求項４に記載の高エネルギー粒子放射体利用装置。
【請求項６】
前記の流体を流す手段は、前記板状高エネルギー粒子吸収体と前記板状高エネルギー粒子放射体との間に配置されて前記板状高エネルギー粒子吸収体に沿って前記流体の流路を規制する高エネルギー粒子透過性の隔膜を含んでいることを特徴とする請求項５に記載の高エネルギー粒子放射体利用装置。
【請求項７】
前記隔膜の両面に作用する圧力の差を制限する圧力差制限手段が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の高エネルギー粒子放射体利用装置。
【請求項８】
前記圧力差制限手段は前記隔膜に開けられた孔であることを特徴とする請求項７に記載の高エネルギー粒子放射体利用装置。
【請求項９】
前記隔膜と前記板状高エネルギー粒子放射体の間の空隙に前記高エネルギー粒子放射体を冷却するための流体を流す手段が設けられていることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の高エネルギー粒子放射体利用装置。
【請求項１０】
１つの前記板状高エネルギー粒子放射体の両側に各々１つの前記板状高エネルギー粒子吸収体が配置されていることを特徴とする請求項４〜９のいずれかに記載の高エネルギー粒子放射体利用装置。
【請求項１１】
１つの前記板状高エネルギー粒子放射体の両側に各々１つの前記板状高エネルギー粒子吸収体が配置されている構造が積層されていることを特徴とする請求項１０に記載の高エネルギー粒子放射体利用装置。
【請求項１２】
前記集熱手段は、前記板状高エネルギー粒子吸収体を熱源として電力を発生する熱電対を含んでいることを特徴とする請求項４に記載の高エネルギー粒子放射体利用装置。
【請求項１３】
前記熱電対は前記板状高エネルギー粒子吸収体と大気に曝された冷却フィンの間に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の高エネルギー粒子放射体利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルファ線、ベータ線、陽子線、重陽子線、陽電子線、重イオン線等の高エネルギー粒子を放射する高エネルギー粒子放射体より有効なエネルギーを取り出して利用する方法および装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
例えばポロニウム２１０、ラジウム２２６、アメリシウム２４１、ウラニウム２３６のような放射性物質は、アルファ線を放射する。また下記の特許文献１および非特許文献１によれば、パラジウムのナノ粒子を重水素に曝すことによって、重水素がナノ粒子に吸蔵され、核反応を起こし、ヘリウムが生じるとされている。下記の非特許文献２および３には、上記非特許文献１の方法の実験に於いて、高エネルギー粒子の発生が検出されたことが報告されている。そこで、パラジウムまたはチタンなどの水素吸蔵金属のナノ粒子をジルコニアＺrＯ2等の担体のナノ粒子と共に混合したものを基板に薄く塗りつけて焼結したものを高エネルギー粒子放射体として用い、作動気体として重水素ガスを用いれば、高エネルギー粒子を発生させることが可能と考えられる。ナノ粒子以外にも、水素吸蔵金属の薄膜や積層構造によっても同様の反応を起こさせることができると考えられる。また、同様に核反応が起きていると考えられている方法として、水素吸蔵金属を陰極として重水を電気分解する方が挙げられ、電気分解槽を非常に薄い構造として基板に固定すれば、やはり高エネルギー粒子放射体として使用し得ると考えられる。
【０００３】
また放射性物質より放射される放射線より有効なエネルギーを取り出す技術として、放射性元素含有パラジウム合金を陰極とし、重水中にてこれに陽極を配し、重水を電気分解することにより放射性元素含有パラジウム合金の内部に高濃度の重水素を吸蔵させ、この吸蔵された重水素と放射性物質より放射される放射線とを相互作用させて重水素の核的反応を促進させ、高エネルギー粒子が新たに生み出されるようにして熱を発生させることが下記の特許文献２に於いて提案されている。また下記の特許文献３には、原子力発電の使用済み核燃料の廃熱を利用して水素を製造するシステムとして、廃熱が放出される核廃棄物を封入する発熱器と、廃熱が反応熱として利用されて水素を製造する水素製造器と、前記廃熱が伝達して加熱される中間熱交換器と、前記発熱器および前記中間熱交換器の間で循環して廃熱の伝達を行う一次系流体と、前記水素製造器および前記中間熱交換器の間で循環して反応熱の伝達を行う二次系流体とを有する水素製造システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−７５８８２号公報
【特許文献２】特開平７-４３４８４号公報
【特許文献３】特開２００６-２８２４１３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Y. Arata and Y. Zhang, Journal ofHigh Temperature Society 34, 85-93 (2008)
【非特許文献２】Yu TORIYABE and Jirohta KASAGI, “High Energy Charged Particle Detection during Gas PermeationExperiment Using A Newly Developed Detector System”,Proceedings of JCF9, p.36 March 28-29, 2009, Shizuoka-ken Sangyo Keizai Kaikan,Shizuoka, Japan
【非特許文献３】Yu TORIYABE and Jirohta KASAGI, “Charged Particle Detection during GasLoading/Permeation Experiment with E-E Si Counter Telescope“, Proceedings of JCF10, p.26 March 5-6, 2010,Hachioji-Tokyu-Building, Japan
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高エネルギー粒子放射物質は、アルファ線等の高エネルギー粒子を放射する物質であり、熱を直接放射する物質ではないが、高エネルギー粒子放射物質が物体をなしているときには、それ自身が放射する高エネルギー粒子がそれ自身の内部を通過することにより発熱するので、温度上昇をきたす。高エネルギー粒子放射物質より熱を取り出す従来の技術は、高エネルギー粒子放射物質を一つの物体として構成し、該物体を構成する高エネルギー粒子放射物質が放射する高エネルギー粒子が該物体内にて吸収されることにより該物体内に発生した熱を該物体より取り出すものである。
【０００７】
熱源の熱を有効なエネルギーとして取り出すには、熱源に対し排熱手段を配し、その間に温度差（熱落差）を設け、該温度差による熱の移動に基づいて熱を有効エネルギーに変換するシステムが必要である。かかるシステムが熱を有効エネルギーに変換する作動の効率は、上記の温度差の増大に応じて上昇するので、排熱手段の温度は最終的には大気温であることから、上記システムの作動効率を高めるには熱源の温度は可及的に高いことが望まれる。
【０００８】
従って、高エネルギー粒子放射物質を物体とした高エネルギー粒子放射体を熱源として、その熱を有効エネルギーとして取り出すシステムを構成する場合、システムの作動効率を高め、高エネルギー粒子放射体の有効度を高めるには、高エネルギー粒子放射体の温度が可及的に高くされることが望まれるが、放射性物質の温度を高くすることは、放射性物質の取り扱いの安全上、好ましくない。
【０００９】
また上記の非特許文献１〜３に記載の要領により高エネルギー粒子放射体を得る場合、温度が上昇すると金属から水素同位体が抜けて反応が止まってしまうため、温度を高く保つことができず、高いエネルギー変換効率が実現できない。
【００１０】
本発明は、高エネルギー粒子放射体のエネルギーを有効なエネルギーとして取り出す場合に於ける、放射性物質取り扱いの安全性の向上とエネルギー取り出し効率の向上の間の相反性や重水素による核反応により高エネルギー粒子放射体を得ようとする場合に於ける上記の問題に着目し、これらの問題を解決して高エネルギー粒子放射体より有効なエネルギーを取り出すことを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明は、高エネルギー粒子放射体に対し該高エネルギー粒子放射体より放射された高エネルギー粒子を吸収するよう高エネルギー粒子吸収体を配置し、前記高エネルギー粒子放射体より放射された高エネルギー粒子のエネルギーを前記高エネルギー粒子吸収体に於いて熱に変換し、該高エネルギー粒子吸収体にて発生した該熱を利用することを特徴とする高エネルギー粒子放射体利用方法を提案するものである。
【００１２】
上記の高エネルギー粒子放射体利用方法に於いて、前記高エネルギー粒子放射体および前記高エネルギー粒子吸収体は、板状とされて互に平行に配置されてよい。
【００１３】
また、上記の課題を解決するため、本発明は、高エネルギー粒子放射体と、前記高エネルギー粒子放射体より放射された高エネルギー粒子を吸収するよう配置された高エネルギー粒子吸収体と、前記高エネルギー粒子吸収体に生じた熱を該高エネルギー粒子吸収体より収集する集熱手段とを有することを特徴とする高エネルギー粒子放射体利用装置を提案するものである。
【００１４】
上記の高エネルギー粒子放射体利用装置に於いて、前記高エネルギー粒子放射体と前記高エネルギー粒子吸収体は、板状で互に平行に配置されてよい。
【００１５】
前記集熱手段は、前記板状高エネルギー粒子吸収体の前記板状高エネルギー粒子放射体に対向する表面に沿って流体を流す手段を含んでいてよい。
【００１６】
前記の流体を流す手段は、前記板状高エネルギー粒子吸収体と前記板状高エネルギー粒子放射体との間に配置されて前記板状高エネルギー粒子吸収体に沿って前記流体の流路を規制する高エネルギー粒子透過性の隔膜を含んでいてよい。前記隔膜の両面に作用する圧力の差を制限する圧力差制限手段が設けられていてよく、該圧力差制限手段は、前記隔膜に開けられた孔であってよい。
【００１７】
前記隔膜と前記板状高エネルギー粒子放射体の間の空隙に前記高エネルギー粒子放射体を冷却するための流体を流す手段が設けられていてよい。
【００１８】
１つの前記板状高エネルギー粒子放射体の両側に各々１つの前記板状高エネルギー粒子吸収体が配置されていてよい。
【００１９】
１つの前記板状高エネルギー粒子放射体の両側に各々１つの前記板状高エネルギー粒子吸収体が配置されている構造は、積層されてよい。
【００２０】
前記集熱手段は、前記板状高エネルギー粒子吸収体を熱源として電力を発生する熱電対を含んでいてもよい。
【００２１】
前記熱電対は前記板状高エネルギー粒子吸収体と大気に曝された冷却フィンの間に配置されていてよい。
【発明の効果】
【００２２】
高エネルギー粒子放射体が放射する高エネルギー粒子のエネルギーを利用するに当って、上記の如く、高エネルギー粒子放射体に対し該高エネルギー粒子放射体より放射された高エネルギー粒子を吸収するよう高エネルギー粒子吸収体を配置し、高エネルギー粒子放射体より放射された高エネルギー粒子のエネルギーを高エネルギー粒子吸収体に於いて熱に変換し、高エネルギー粒子吸収体にて発生した熱を利用するようにすれば、高エネルギー粒子吸収体の温度を高エネルギー粒子放射体の温度より高くすることにより、高エネルギー粒子放射体の温度を低く保って熱源と排熱手段の間の熱落差を大きくすることができ、高エネルギー粒子放射体の温度を比較的低く保ってエネルギー取り出し効率を高めることができる。
【００２３】
高エネルギー粒子放射体の表面部にある放射性物質から放射された高エネルギー粒子は、高エネルギー粒子放射体内を殆ど通ることなく高エネルギー粒子放射体外へ放射されるが、高エネルギー粒子放射体の内部にある放射性物質から放射された高エネルギー粒子は、高エネルギー粒子放射体内を通った後、高エネルギー粒子放射体外へ放射される。物質中を高エネルギー粒子が飛翔できる最大距離を示す飛程は、高エネルギー粒子のエネルギーの１．５乗に比例し、ブラッククレーマン則に従って物質の密度に反比例し、原子量の平方根に反比例することが知られており、えば、ラジウム２２６から放射される４．８MeVのアルファ線の飛程は、１気圧の大気中では３．６cm、石英ガラス中では１９．３ミクロン、タングステン中では９．８ミクロンであり、ポロニウム２１０から放射される５．３MeVのアルファ線の石英中の飛程は２２ミクロンである。従って、放射性物質を金属、セラミック、樹脂その他に物質に混合して厚さがミクロンオーダーの板状高エネルギー粒子放射体を形成すれば、高エネルギー粒子放射体内の放射性物質より放射される高エネルギー粒子を高い比率にて高エネルギー粒子放射体外へ高エネルギー粒子吸収体に向けて放射させることができる。
【００２４】
高エネルギー粒子放射体内における高エネルギー粒子粒子の飛程がＬであるとき、今高エネルギー粒子放射体の表面が平面であるとし、表面より深さｄの位置にある放射性物質から放射された高エネルギー粒子粒子の放射方向が高エネルギー粒子放射体の表面に垂直の方向に対しなす角度をＸとすると、ＬｃｏｓＸo＝ｄの関係を満たすＸo以下の角度Ｘにて放射された高エネルギー粒子は高エネルギー粒子放射体外へ放射されるが、Ｘo以上の角度Ｘにて放射された高エネルギー粒子は、高エネルギー粒子放射体内にて吸収される。従って、高エネルギー粒子放射体の表面より深さｄの位置にある放射性物質から全ての方向に高エネルギー粒子が均一に放射されるとすると、高エネルギー粒子放射体外へ放射されるのは、頂角が２Ｘoの円錐体内に放射される高エネルギー粒子のみであり、その他の高エネルギー粒子は全て高エネルギー粒子放射体内にて吸収されてしまう。この場合、高エネルギー粒子放射体の表面より深さｄの位置で放射される高エネルギー粒子全体に対し高エネルギー粒子放射体外へ放射される高エネルギー粒子の割合は１−ｄ／２Ｌである。高エネルギー粒子放射体が板状とされれば、高エネルギー粒子は板の両面から放射されるので、板厚がｔであれば、板の厚みの中点、即ち板の両面からｔ／２の位置にある高エネルギー粒子放射体から放射される高エネルギー粒子の内、高エネルギー粒子放射外へ放射される高エネルギー粒子の割合は（１−ｔ／２Ｌ）である。この例より分るとおり、板状高エネルギー粒子放射体の厚みｔが薄くされるほど、高エネルギー粒子放射体より放射される高エネルギー粒子が高エネルギー粒子放射体外へ放射される比率が増大する。
【００２５】
従って、或る所定量の放射性物質より放射エネルギーを得ようとする場合に、該所定量の放射性物質を含む高エネルギー粒子放射体を板状にし、該所定量の放射性物質の確保はその厚みの設定に応じて板の面積を広げることにより行ない、板状高エネルギー粒子放射体に対応して高エネルギー粒子吸収体を板状高エネルギー粒子吸収体として板状高エネルギー粒子放射体に対し平行に配置すれば、所定量の放射性物質の放射エネルギーが高エネルギー粒子放射体内にて熱に変換されることを抑え、放射エネルギーを所定の比率にて高エネルギー粒子放射体とは別体である高エネルギー粒子吸収体内に於いて熱に変換させることができる。
【００２６】
また高エネルギー粒子吸収体は、高温に耐え、アルファ線を効率よく吸収する材料よりなることが好ましい。そのような材料の例としては、タングステンがある。高エネルギー粒子吸収体は高エネルギー粒子を確実に吸収することが求められるので、板状高エネルギー粒子吸収体の厚みは該高エネルギー粒子吸収体内に於ける高エネルギー粒子の飛程よりも厚いのが好ましい。板状高エネルギー粒子吸収体をタングステンにより構成する場合、上記の通り４．８MeVのアルファ線のタングステン中に於ける飛程は９．８ミクロンであるので、高エネルギー粒子吸収体の板厚は１０ミクロン以上であればよい。尚、上記の技術思想より当然のことであるが、ここで板状高エネルギー粒子放射体に対し板状高エネルギー粒子吸収体を平行に配置するとは、幾何学的に厳密に平行に配置することではなく、板状高エネルギー粒子吸収体は、板状高エネルギー粒子放射体に対しその板面より放射される高エネルギー粒子を十分に吸収できる程度の平行度にて配置されればよい。
【００２７】
高エネルギー粒子放射体利用装置が、高エネルギー粒子放射体と、前記高エネルギー粒子放射体より放射された高エネルギー粒子を吸収するよう配置された高エネルギー粒子吸収体と、前記高エネルギー粒子吸収体に生じた熱を該高エネルギー粒子吸収体より収集する集熱手段とを有するように構成されれば、高エネルギー粒子放射体は専ら高エネルギー粒子を放射する手段として作動させ、放射された高エネルギー粒子より熱を発生させる手段は高エネルギー粒子放射体とは別体の高エネルギー粒子吸収体とされるので、高エネルギー粒子吸収体の温度を高エネルギー粒子放射体の温度より高くすることができ、高エネルギー粒子放射体の温度を可及的に低く保ちつつ、高エネルギー粒子吸収体の温度を可及的に高くし、そのように温度を高くされた高エネルギー粒子吸収体から集熱手段により熱を収集することにより、熱を有効エネルギーに変換する任意のシステムに対する熱落差をより大きくし、該システムをより高い作動効率にて作動させることができる。
【００２８】
高エネルギー粒子は、高エネルギー粒子吸収体の中でエネルギーを失い、通常の原子になる。例えばアルファ線はヘリウムになる。これらの原子は、高エネルギー粒子吸収体の性質を変化させ、機械的強度を損ねる場合があるので、ガスとなって高エネルギー粒子吸収体から抜け出して行くことが好ましい。このため高エネルギー粒子吸収体は多孔質であることが好ましい。また板状高エネルギー粒子吸収体は、必ずしも平板状でなく、流体との熱交換を促進するために、前記の通り多孔質とされることの他に、細かい折り目や皺を付されて表面積が増大されてよい。また全体として板状であれば、フィン等が設けられて流体との熱交換性能が高められてよい。
【００２９】
そのような高エネルギー粒子放射体利用装置としての構成に於いても、高エネルギー粒子放射体と高エネルギー粒子吸収体とが板状で互に平行に配置されれば、上記の通り高エネルギー粒子放射体がある所定量の放射性物質を含む場合に、同量の放射性物質をより薄い板状の高エネルギー粒子放射体とすることにより、高エネルギー粒子放射体の温度をより低く保ちつつ、熱源となる高エネルギー粒子吸収体の温度を高くすることができる。
【００３０】
前記集熱手段が、板状高エネルギー粒子吸収体の板状高エネルギー粒子放射体に対向する表面に沿って流体を流す手段を含んでいれば、板状高エネルギー粒子吸収体の板状高エネルギー粒子放射体に対向する表面であって高エネルギー粒子吸収体中の最も温度が高い部分からその表面に流す流体により熱を収集し、効率よく高エネルギー粒子吸収体より熱を収集することができる。かかる流体式集熱手段は、上記の流体流により直接タービンの如き熱機関を駆動することにより動力を発生する手段に組み込まれてよいが、或いはまた上記流体流を一次流体流として、これと熱交換される二次流体流を加熱し、該二次流体流によってタービンの如き熱機関を駆動することにより動力を発生するようになっていてもよい。
【００３１】
板状高エネルギー粒子吸収体の板状高エネルギー粒子放射体に対向する表面に沿って流体を流す手段が、板状高エネルギー粒子吸収体と板状高エネルギー粒子放射体との間に配置されて板状高エネルギー粒子吸収体に沿って流体の流路を規制する高エネルギー粒子透過性の隔膜を含んでいれば、板状高エネルギー粒子放射体より放射された高エネルギー粒子が板状高エネルギー粒子吸収体に到達することを妨げることなく、板状高エネルギー粒子放射体に向かい合った板状高エネルギー粒子吸収体の表面に沿って集熱流体を的確に流すことができ、集熱手段の作動効率を高めることができる。この場合、該隔膜の両面に作用する圧力の差を制限する圧力差制限手段が設けられていれば、板状高エネルギー粒子放射体と板状高エネルギー粒子吸収体の間の温度差により前記隔膜の両側に圧力差が生じても、それによって該隔膜に所定の許容限界を越える偏倚が生ずること抑止することができる。かかる圧力差の制限を隔膜に孔を開けることにより行えば、孔の開口度やその分布の調整により隔膜の許容偏倚を的確に調整することができる。
【００３２】
高エネルギー粒子放射体が上記の通り板状に形成されても、板状高エネルギー粒子放射体内の放射性物質より放射された高エネルギー粒子の幾分かは板状高エネルギー粒子放射体内を通過してそこに熱を発生させるので、前記隔膜と板状高エネルギー粒子放射体の間の空隙に板状高エネルギー粒子放射体を冷却するための流体を流す手段が設けられれば、かかる手段を適当に作動させることにより、板状高エネルギー粒子放射体の温度を所定の好ましい値以下に抑制することができる。
【００３３】
高エネルギー粒子放射体および高エネルギー粒子吸収体が上記の通り板状に形成されるときには、１つの板状高エネルギー粒子放射体に対しては、その両側に各々１つの板状高エネルギー粒子吸収体が配置されれば、板状高エネルギー粒子放射体の両面から放射される高エネルギー粒子を板状高エネルギー粒子吸収体に吸収させることができる。
【００３４】
１つの板状高エネルギー粒子放射体の両側に各々１つの板状高エネルギー粒子吸収体が配置されている構造が積層されれば、高エネルギー粒子放射体利用装置の全体の大きさに対する有効エネルギー出力を高めることができる。
【００３５】
前記集熱手段が、板状高エネルギー粒子吸収体を熱源として電力を発生する熱電対を含んでいれば、板状高エネルギー粒子放射体からの高エネルギー粒子を板状高エネルギー粒子吸収体が吸収することにより生じた熱を直接電力に変換することができる。
【００３６】
前記熱電対が板状高エネルギー粒子吸収体と大気に曝された冷却フィンの間に配置されていれば、板状高エネルギー粒子放射体から放射された高エネルギー粒子を吸収することにより発熱して温度が上昇した板状高エネルギー粒子吸収体を熱源とし、大気を排熱手段とし、その間の熱落差に基づいて熱電対による発電を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による高エネルギー粒子放射体利用装置の基本的な構成の一例を示す概略図である。
【図２】図１に示す構成を得るための具体的な構造例を分解して示す斜視図である。
【図３】図２に示す構造を層状に積層し、それに高エネルギー粒子放射体を冷却する流体のためのヘッダーを組つけた状態を示す斜視図である。
【図４】本発明による高エネルギー粒子放射体利用装置が、高エネルギー粒子吸収体より熱を収集した流体流により直接タービンを駆動して発電を行うよう構成されている例を示す概略図である。
【図５】本発明による高エネルギー粒子放射体利用装置が、高エネルギー粒子吸収体より熱を収集した流体流を一次流体流とし、これとの熱交換により加熱される二次流体流によりタービンを駆動して発電を行うよう構成されている例を示す概略図である。
【図６】本発明による高エネルギー粒子放射体利用装置が、板状高エネルギー粒子吸収体を熱源とし、大気を排熱手段として熱電対により電力を発生する態様に構成されている例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明による高エネルギー粒子放射体利用装置の基本的構成の一例を示す図１に於いて、１０は高エネルギー粒子放射物質を板状に形成した板状高エネルギー粒子放射体である。板状高エネルギー粒子放射体１０は、前述の通り、例えば、ポロニウム２１０、ラジウム２２６、アメリシウム２４１、ウラニウム２３６のような高エネルギーのアルファ線を放射する放射性物質、またはそのような放射性物質を混合した金属、セラミック、樹脂その他よりなっていてよい。また図示の実施例に於いては、板状高エネルギー粒子放射体１０は、ガラス等の高エネルギー粒子に対する透過性のよい材料よりなる支持板１２により支持されている。板状高エネルギー粒子放射体１０の両側には、板状高エネルギー粒子放射体１０の表面に向かい合い、板状高エネルギー粒子放射体１０より放射される高エネルギー粒子を吸収するよう、板状高エネルギー粒子吸収体１４a、１４bが近接し且つ向かい合って配置されている。板状高エネルギー粒子吸収体１４a、１４bは、例えばタングステンのような耐熱製であってアルファ線をよく吸収する材料により作られていてよい。
【００３９】
板状高エネルギー粒子放射体１０と板状高エネルギー粒子吸収体１４aの間および板状高エネルギー粒子放射体１０と板状高エネルギー粒子吸収体１４bの間には、それぞれ板状高エネルギー粒子吸収体１４aおよび１４bに沿って流体の流路１６aおよび１６bを規制する高エネルギー粒子透過性の隔膜１８aおよび１８bが設けられている。隔膜１８a、１８bは厚さ数ミクロンのガラス膜、特許第３８５５００３号に記載の粘土膜等よりなっていてよい。隔膜１８aおよび１８bには、以下に説明する図２に１８ap、１８bpとして例示されている如く、隔膜の両側にかかる圧力の差を所定の圧力差に制限する孔が適当な開口面積と開口分布にて開けられている。
【００４０】
図２に、図１に示す構成を得るための具体的な構造例が分解された斜視図にて示されている。図２に於いて、図１に示す部分に対応する部分は図１に於けると同じ符号により示されている。図２に示す構造に於いては、板状高エネルギー粒子放射体１０は、支持板１２を介して長方形の環状枠体２０に取り付けられるようになっている。また隔膜１８aおよび１８bは、それぞれ長方形の環状枠体２２aおよび２２bに取り付けられるようになっている。そして板状高エネルギー粒子放射体１０、隔膜１８a、１８b、板状高エネルギー粒子吸収体１４a、１４bは、長方形環状枠体２０、２２a、２２bのそれぞれの４つの角部と長方形の板状高エネルギー粒子吸収体１４bの４つの角部に設けられたスペーサ支柱２４，２６a、２６b，２８により定まる間隔にて相互に平行に隔置された状態に組み立てられるようになっている。尚、板状高エネルギー粒子吸収体１４aの４つの角部に設けられたスペーサ支柱３０は、図２に示す構造体の上に同様の構造体を積み重ねるとき、または以下に説明する図３〜図５に於いて整流板３２として示されている板部材を取り付けるためのスペーサ支柱である。
【００４１】
図３には、図２に示す構造を層状に３重に積層し、それに高エネルギー粒子放射体を冷却する流体のためのヘッダーを組つけた状態が斜視図にて示されている。図３に於いては、図２に示す部分に対応する部分については、符号の煩雑さを避けるため、図２に於いて板状高エネルギー粒子放射体１０のための長方形環状枠体２０、隔壁１８a、１８bのための長方形環状枠体２２a、２２b、板状高エネルギー粒子吸収体１４a、１４bとして示した部分に対応する部分についてのみ同じ符号が付されている。層状体の最上部および最下部にある板部材３２、３４は、それぞれ板状高エネルギー粒子吸収体１４a、１４bの対応する板状高エネルギー粒子放射体に背を向けた側の表面に沿って集熱流体を案内するための整流板である。
【００４２】
３６と３８は、図２に示す構造を３重に積層した積層体の３層中の上層の板状高エネルギー粒子放射体とその両側に配置された隔膜との間に板状高エネルギー粒子放射体の冷却のための冷却流体を流すための入口および出口のヘッダーである。同様に４０と４２は３層中の中層の板状高エネルギー粒子放射体とその両側に配置された隔膜との間に板状高エネルギー粒子放射体の冷却のための冷却流体を流すための入口および出口のヘッダーであり、４４と４６は３層中の下層の板状高エネルギー粒子放射体とその両側に配置された隔膜との間に板状高エネルギー粒子放射体の冷却のための冷却流体を流すための入口および出口のヘッダーである。各層に於ける上下の板状高エネルギー粒子吸収体に沿って集熱流体を流す作用は、図３に示す如き層状体を図４や図５に示す如く流体循環ハウジング内に配置することにより行われる。
【００４３】
即ち、図４に示す構造に於いては、図３に示す如く一つの板状高エネルギー粒子放射体の上下に各１つの板状高エネルギー粒子吸収体を配置した層状体を３重に重ねた構造が、発電機４８を駆動するタービン５０、冷却器５２、前記タービンにより駆動される圧縮機５４を通って集熱流体を循環させる回路を構成する集熱流体流路５６内に配置されている。上記のヘッダー３６〜４６により板状高エネルギー粒子放射体の冷却のために流される冷却流体は、これらのヘッダーに接続された導管５８、６０、ポンプ６２、冷却器６４を含む冷却流体循環回路６６により板状高エネルギー粒子放射体の上下の両面に沿って流されるようになっている。この実施例では、板状高エネルギー粒子吸収体より熱を収集する集熱流体と板状高エネルギー粒子放射体を冷却する冷却流体とは同一の流体とされており、板状高エネルギー粒子吸収体より熱を収集する集熱流体の循環回路５６と板状高エネルギー粒子放射体を冷却する冷却流体の循環回路６６とは、その一部にて連通管６８により連通されている。かかる構成によれば、本発明による高エネルギー粒子放射体利用装置は、高エネルギー粒子吸収体より熱を収集した流体流により直接タービンを駆動して発電を行うよう構成される。
【００４４】
図５は、図４に示す構成の一部が変更され、本発明による高エネルギー粒子放射体利用装置が、高エネルギー粒子吸収体より熱を収集した流体流を一次流体流とし、これとの熱交換により加熱される二次流体流によりタービンを駆動して発電を行うよう構成されている例を図４と同じ要領により示している。図５に於いて、図４に示す部分に対応する部分には、図４に於けると同じ符号が付されている。この実施例に於いては、図３に示す如く一つの板状高エネルギー粒子放射体の上下に各１つの板状高エネルギー粒子吸収体を配置した層状体を３重に重ねた構造が、ポンプ７０により熱交換器７２を通って集熱流体を循環させる一次流体回路を構成する集熱流体流路７４内に配置されており、発電機７６を駆動するタービン７８は、熱交換器７２を熱源とし、凝縮器８０、ポンプ８２を通って循環する二次流体流により駆動されるようになっている。
【００４５】
図６は、本発明による高エネルギー粒子放射体利用装置が、板状高エネルギー粒子吸収体を熱源とし、大気を排熱手段として熱電対により電力を発生する態様に構成されている例を示す。図６に於いて、図１に於ける符号１０、１２、１４a、１４b、１６a、１６b、１８a、１８bと同じ符号を付された部分は、図１に於いて説明したものと同じものである。そして上下の板状高エネルギー吸収体１４a、１４bに於いて発生した熱は、板状高エネルギー吸収体１４a、１４bを熱源とし、空冷フィン８４a、８４bを排熱手段として、その間に配置された熱電対装置８６a、８６bにより直接電力に変換されるようになっている。板状高エネルギー粒子放射体１０はヘッダー８８、９０、導管９２、９４、ポンプ９６ 、冷却器９８を含む冷却回路により図４、図５に示す実施例に於けると同様に適宜冷却されるようになっている。
【００４６】
以上に於いては、本発明をいくつかの実施例について詳細に説明したが、これらの実施例に示した構造について、本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【符号の説明】
【００４７】
１０…板状高エネルギー粒子放射体、１２…支持板、１４a、１４b…板状高エネルギー粒子吸収体、１６a，１６b…流路、１８a，１８b…隔膜、１８ap，１８bp…孔、２０…環状枠体、２２a，２２b…環状枠体、、２４，２２a，２２b，２８，３０…スペーサ支柱、３２，３４…整流板、３６，３８，４０，４２，４４，４６…ヘッダー、４８…発電機、５０…タービン、５２…冷却器、５４…圧縮機、５６…集熱流体流路、５８，６０…導管、６２…ポンプ、６４…冷却器、６６…冷却流体循環回路、６８…連通管、７０…ポンプ、７２…熱交換器、７４…集熱流体流路、７６…発電機、７８…タービン、８０…凝縮器、８２…ポンプ、８４a、８４b…空冷フィン、８６a、８６b…熱電対装置、８８，９０…ヘッダー、９２，９４…導管、９６…ポンプ、９８…冷却器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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