(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極と、放射線を浴びることにより触媒として作用する放射線触媒から成ると共に複数の受光面を重ねて有する陽極と、前記陽極及び前記陰極が浸される溶媒と、前記陽極を透過可能な放射線を該陽極に浴びせて複数の前記受光面を次々に透過させ前記陽極を触媒として作用させる放射線源と、前記陽極および前記陰極に電圧を印加して前記陽極での触媒作用を補助する直流電源とを備えることを特徴とする放射線触媒装置。
【請求項２】
前記陽極は層状に複数設けられると共に前記放射線は前記陽極の各層を透過しながら順次照射することを特徴とする請求項１記載の放射線触媒装置。
【請求項３】
前記放射線触媒は多孔質体であると共に前記放射線は前記陽極を透過しながら該多孔質体内の複数の受光面を順次照射することを特徴とする請求項１または２記載の放射線触媒装置。
【請求項４】
前記溶媒は電解質水溶液であると共に、前記放射線触媒は水分子を分解する触媒であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか記載の放射線触媒装置。
【請求項５】
前記溶媒は有機物の溶液であると共に、前記放射線触媒は前記有機物を酸化および／あるいは還元して有機物を生成する有機合成触媒であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか記載の放射線触媒装置。
【請求項６】
前記放射線触媒は、酸化チタン、セリア、アルミナ及びジルコニアのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１から５までのいずれか記載の放射線触媒装置。
【請求項７】
前記放射線源は、原子炉、使用済み核燃料、核融合炉、放射性物質、宇宙環境のいずれかであることを特徴とする請求項１から６までのいずれか記載の放射線触媒装置。
【請求項８】
放射線を浴びることにより水分子を分解する触媒として作用する放射線触媒から成ると共に複数の受光面を重ねて有する陽極を陰極と共に電解質水溶液に浸し、前記陽極を透過可能な放射線を該陽極に浴びせて複数の前記受光面を次々に透過させると同時に前記陽極および前記陰極に０Ｖを超え１．２３Ｖ未満の電圧を印加して、各受光面で水分子を分解して前記陰極に水素を発生させることを特徴とする水素製造方法。
【請求項９】
前記放射線触媒は、酸化チタン、セリア、アルミナ及びジルコニアのうちのいずれかであることを特徴とする請求項８記載の水素製造方法。
【請求項１０】
放射線を浴びることにより水分子を分解する触媒として作用する放射線触媒から成ると共に複数の受光面を重ねて有する陽極と、水分子の分解により水素を発生させる陰極と、前記陽極及び前記陰極が浸される電解質水溶液と、前記陽極を透過可能な放射線を該陽極に浴びせて複数の前記受光面を次々に透過させ前記陽極を触媒として作用させる放射線源と、前記陽極および前記陰極に電圧を印加して前記陽極での触媒作用を補助する直流電源とを備えることを特徴とする水素製造装置。
【請求項１１】
前記放射線触媒は、酸化チタン、セリア、アルミナ及びジルコニアのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１０記載の水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線を吸収することにより触媒として機能する放射線触媒を備えた放射線触媒装置並びに水素製造方法及びこれを利用した水素製造装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、放射線触媒の触媒作用を効率良くできる放射線触媒装置並びに水素製造方法及びこれを利用した水素製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紫外光や可視光を浴びて水分子を水素と酸素に分解する触媒として機能する光触媒が実用化されている。これについては１９７２年に光触媒として酸化チタンを電極に用いて水を光分解できる本田・藤嶋効果が示されたが、これは活性が低かったり酸素の生成が検出されなかったという問題があった。
【０００３】
このため、近年では酸化チタンに水酸化ナトリウムをコーティングしたり、あるいは炭酸塩を水に添加した上で、太陽光やランプ光を酸化チタンに直接照射して、それに含まれる近紫外線を利用して水の光分解を行うようにしている。これにより、水の光分解反応を効率良くして、水素と酸素が２：１の量論比になるようにしている。
【０００４】
その一方、貴金属を担持した酸化チタン粉末にγ線を照射して水を分解する手法が提案されている（特開平８−１８３６０２号公報参照）。この技術は、酸化チタン粉末を水中に懸濁させておきγ線を照射することにより、酸化チタン粉末の表面で水を分解して水素と酸素を製造するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した太陽光を利用する水の分解方法では、近紫外線は太陽光には数％しか含まれていないので、太陽光を光触媒に直接照射しても水の分解量を余り多くすることができない。また、ランプ光を利用する水の分解方法では、ランプ光を光触媒に直接照射しても十分な分解量を得るためには多量の光を与えなければならず、エネルギ効率が悪くなってしまう虞がある。これらの理由から、太陽光やランプ光の紫外光や可視光を光触媒に照射することにより水分解を行おうとしても、水の分解量を効率良く増加するのは困難である。
【０００６】
また、触媒として粉末形状のものを使用する方法では、発生した水素と酸素が同じ粉末から発生するために安全に分離することが困難で、また再結合して水に戻るために効率が悪かった。
【０００７】
そこで、本発明は、効率良く触媒作用を高めることができる放射線触媒装置並びに水素製造方法及びこれを利用した水素製造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の放射線触媒装置は、陰極と、放射線を浴びることにより触媒として作用する放射線触媒から成ると共に複数の受光面を重ねて有する陽極と、陽極及び陰極が浸される溶媒と、陽極を透過可能な放射線を該陽極に浴びせて複数の受光面を次々に透過させ陽極を触媒として作用させる放射線源と、陽極および陰極に電圧を印加して陽極での触媒作用を補助する直流電源とを備えるようにしている。ここで、放射線源とは、放射性同位元素を意味するのに限られず、放射線を発するもの全般、例えば放射線発生装置も含む広い概念としている。また、放射線としてはγ線が最適であるが、これには限られずβ線やＸ線など、放射線触媒を透過可能な全ての放射線を適用可能である。
【０００９】
したがって、放射線を放射線触媒である陽極に照射して複数の受光面を次々に透過させているので、紫外光や可視光等の不透過光のように一番表側に露出した１つの受光面だけしか照射できないものに比べて、照射した放射線による触媒作用を高効率にして該触媒作用を利用する化学変化のエネルギ効率を高めることができる。放射線は、各受光面においてコンプトン散乱などにより荷電子を含む軌道電子を伝導帯に励起することにより還元力を生ずる。また同時にホールを生成して酸化力を生ずる。これらの還元力および酸化力を利用して触媒として機能する。
【００１０】
また、陽極と陰極とに分けているので、各極を離して設けることができる。このため、粉末状の触媒の表面上で２種類の物質に分解する場合に比べて、生成された２種類の物質の再結合を防止し易くなる。すなわち、陽極と陰極の距離を離すことで、生成する材料が混合することなく回収できるために分離プロセスが不要でかつ純度の高い製品が得られる。また生成物が互いに反応するという問題もない。
【００１２】
さらに、電極間に電位を与えているので、電位を与えること無く粉末状の触媒の表面上で分解する場合に比べて分解効率を高めることができると共に逆反応が起きることを抑制することができる。
【００１３】
ところで、一核分裂あたりに発生する例えばγ線のエネルギは、例えば軽水炉の場合には全エネルギの約１０〜１５％と大きいものの、光子数としては少ない。一例として１１０万ｋＷｅのＰＷＲから放出されるγ線の光子数は１０２１photons／ｓのオーダーであるが、光触媒として必要な近紫外線は、日中晴天ではフラックスとして１０１５photons／ｃｍ２ｓのオーダーである。これに対し、本発明では電極を多層に配置して放射線を透過させているので、エネルギ変換効率を高めて十分に実用可能なものにすることができる。
【００１４】
そして、請求項２記載の発明は、請求項１記載の放射線触媒装置において、陽極は層状に複数設けられると共に放射線は陽極の各層を透過しながら順次照射するようにしている。したがって、照射した放射線に対する触媒作用のエネルギ効率を高めることができる。
【００１５】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の放射線触媒装置において、放射線触媒は多孔質体であると共に放射線は陽極を透過しながら該多孔質体内の複数の受光面を順次照射するようにしている。したがって、ここで照射される放射線は放射線触媒を貫通するものであるので、中実の放射線触媒を使用する場合よりも単位体積当たりの受光面の面積を大きくすることができる。
【００１６】
ここで、請求項４記載の発明は、請求項１から３までのいずれか記載の放射線触媒装置において、溶媒は電解質水溶液であると共に、放射線触媒は水分子を分解する触媒であるようにしている。したがって、水分子を分解して水素および酸素を得ることができるので、水素および酸素の製造を高効率で行うことができるようになる。
【００１７】
また、請求項５記載の発明は、請求項１から３までのいずれか記載の放射線触媒装置において、溶媒は有機物の溶液であると共に、放射線触媒は有機物を酸化および／あるいは還元して有機物を生成する有機合成触媒であるようにしている。すなわち、放射線触媒は有機物を酸化および還元するか、または酸化あるいは還元して他の有機物を生成する。したがって、有機物の製造を高効率で行うことができるようになる。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１から５までのいずれか記載の放射線触媒装置において、放射線触媒を、酸化チタン、セリア、アルミナ及びジルコニアのうちのいずれかとしている。放射線は紫外線よりもエネルギが高いため、酸化チタンの他にバンドギャップの大きいジルコニアとアルミナを放射線触媒として利用することができる。また、セリアも放射線触媒として利用することができる。
【００１９】
さらに、請求項７記載の発明は、請求項１から６までのいずれか記載の放射線触媒装置において、放射線源は、原子炉、使用済み核燃料、核融合炉、放射性物質、宇宙環境のいずれかであるようにしている。したがって、原子炉、使用済み核燃料、核融合炉、放射性物質、宇宙環境のいずれかから発せられる放射線を有効利用することができるようになる。
【００２０】
また、請求項８記載の水素製造方法は、放射線を浴びることにより水分子を分解する触媒として作用する放射線触媒から成ると共に複数の受光面を重ねて有する陽極を陰極と共に電解質水溶液に浸し、陽極を透過可能な放射線を該陽極に浴びせて複数の受光面を次々に透過させると同時に陽極および陰極に０Ｖを超え１．２３Ｖ未満の電圧を印加して、各受光面で水分子を分解して陰極に水素を発生させるようにしている。また、請求項１０記載の水素製造装置は、放射線を浴びることにより水分子を分解する触媒として作用する放射線触媒から成ると共に複数の受光面を重ねて有する陽極と、水分子の分解により水素を発生させる陰極と、陽極及び陰極が浸される電解質水溶液と、陽極を透過可能な放射線を該陽極に浴びせて複数の受光面を次々に透過させ陽極を触媒として作用させる放射線源と、陽極および陰極に電圧を印加して陽極での触媒作用を補助する直流電源とを備えるようにしている。したがって、触媒を利用せずに例えば白金電極を利用して水を電気分解するときの電圧である１．２３Ｖ＋過電圧＝約１．６Ｖよりも低い電圧で水分子を分解することができるので、水分解に必要な電気エネルギの使用量を少なくして水素および酸素の生成を高効率で行うことができるようになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１に示すように、この放射線触媒装置１は、陰極（対極）４と、放射線２を浴びることにより触媒として作用する放射線触媒から成ると共に複数の受光面３ａを重ねて有する陽極（作用電極）３と、陽極３及び陰極４が浸される溶媒５と、陽極３を透過可能な放射線２を該陽極３に浴びせて複数の受光面３ａを次々に透過させ陽極３を触媒として作用させる放射線源６と、陽極３および陰極４に電圧を印加して陽極３での触媒作用を補助する直流電源７とを備えている。このため、放射線２を放射線触媒である陽極３に照射して複数の受光面３ａを次々に透過させているので、紫外光や可視光等の不透過光のように一番表側に露出した１つの受光面だけしか照射できないものに比べて、照射した放射線２による触媒作用を高効率にして該触媒作用を利用する化学変化のエネルギ効率を高めることができる。
【００２３】
本実施形態では、放射線触媒は水分子を分解する触媒であるようにしている。このため、水分子を効率良く分解することができるので、水素８および酸素９の製造を高効率で行うことができるようになる。
【００２４】
そして、陽極３は層状に複数設けられると共に、放射線２は陽極３の各層を透過しながら順次照射するカスケード状に結合している。ここでの各陽極３は、チタン基板１０の表面に酸化チタン膜１１を形成して成るものとしている。この場合、酸化チタン膜１１が触媒として機能すると共に電気伝導度の高いチタン基板１０が電極層として機能する。ここで、白金やパラジウムなどの白金属元素を放射線触媒に担持すると、一旦発生した電子とホールとを分離するため電荷分離効率を上げることができる。一方、陰極４は白金製とされている。
【００２５】
放射線触媒装置１は水素製造装置として使用されている。この水素製造装置では、陽極３は放射線２を浴びることにより水分子を分解する触媒として作用する放射線触媒から成ると共に水分子の分解により酸素９を発生させる。陰極４は、水分子の分解により水素８を発生させる。溶媒５は電解質水溶液、例えば０．１Ｍ硫酸ナトリウムとする。直流電源７は、陽極３および陰極４に０Ｖを超え１．２３Ｖ未満の電圧、例えば０．５Ｖを印加して陽極３での触媒作用を補助するものとしている。
【００２６】
すなわち、この水素製造装置では陽極３を白金やカーボン製にして電極３，４間に１．２３Ｖ以上の電圧を印加すると、放射線触媒の作用が無くても水が分解されて陽極に酸素９、陰極に水素８を生ずる。この場合の実際の印加電圧は、過電圧を考慮して１．６Ｖ程度にする。しかしながら、本発明のように陽極３を放射線触媒とすることにより、放射線触媒に放射線２を照射して触媒機能を発揮させると、１．６Ｖよりも低い電圧、例えば０．５Ｖでも水分解できるようになる。あるいは電圧を印加しなくても、図６に示すように約２００ｍＡ／ｍ２程度の電流を得て水を分解することができる。なお、電圧を印加しないときでも、線源の強度が例えば使用済み燃料貯蔵施設の表面線量として２０ｋＧｙ／ｈの場合は電流密度が３０倍になるので６Ａ／ｍ２になると考えられる。よって、放射線触媒は水の電気分解に必要な印加電圧を下げるようにして水の電気分解を補助している。
【００２７】
また、各電極３，４の間には仕切り板（図示せず）が設けられている。これにより、発生した水素８と酸素９とが結合することを防止することができる。なお、気体を通さずに水素イオン（プロトン）を透過させる膜を利用することにより、電極間隔が狭くても安全かつ効率的に発生した水素８と酸素９とを分離することができる。
【００２８】
さらに、放射線源６としては、例えば原子炉を使用している。すなわち、水素製造装置を原子炉の近くに設置している。このため、原子炉から発せられる放射線２、特にガンマ線を有効利用することができるようになる。
【００２９】
なお、図１中、符号１２は塩橋、符号１４は参照電極である。これら参照電極１４および塩橋１２は電極電位の絶対値の測定に使用するものなので、実際にプラントに応用するときには省略する。塩橋１２は溶媒５の侵入を防ぎつつ、導電性を持たせるために使用する。ここでは参照電極１４に銀−塩化銀を、塩橋１２に塩化カリウムを寒天に溶かして凝固させたものを使用している。また、同図中、符号１３は溶媒５を収容する容器である。この容器１３は例えば薄いステンレス製にして放射線２の減衰を最小限に抑えるようにする。
【００３０】
上述した放射線触媒装置１を利用して水を分解して水素８および酸素９を得る手順を以下に説明する。
【００３１】
放射線源６から放射線２としてγ線が発せられる。この放射線２は陽極３、すなわち放射線触媒に照射される。そして、放射線２は複数の受光面３ａを次々に透過する。これと同時に、直流電源７を利用して、陽極３および陰極４に０．５Ｖの電圧を印加する。これにより、陽極３の受光面３ａで水分解がなされる。よって、陽極３の受光面３ａでは酸素９、陰極４では水素８が発生する。
【００３２】
本実施形態によれば陽極３と陰極４とを離して設けているので、粉末状の触媒の表面上で水素８と酸素９を生成する場合に比べて、水素８と酸素９の再結合を防止し易くなる。さらに、電極３，４間に電位を与えているので、電位を与えること無く粉末状の触媒の表面上で分解する場合に比べて分解効率を高めることができる。
【００３３】
また、放射線２は紫外線よりもエネルギが強いので、放射線触媒として酸化チタン以外の材質のものを使用することができる。よって、酸化チタン以外でも、例えば酸化ジルコニウムやステンレス安定不動態、アルミナ、セリア等を放射線触媒として利用することができる。紫外線の照射によれば価電子帯にある電子のみが伝導帯に上げられるが、γ線は紫外線よりもエネルギが大きいことから、γ線が照射されるとコンプトン散乱などにより荷電子を含む軌道電子が伝導帯に励起される。
【００３４】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では陽極３はチタン基板１０の表面に酸化チタン膜１１を形成して成るものとしているが、これには限られずステンレスの表面を酸化して形成したり、あるいはガラス基板に酸化チタン膜をコーティングして形成しても良い。また、陽極３は酸化チタン製の膜や板材に限られず、図２に示すように多孔質体としても良い。この場合、放射線２が多孔質体を貫通するときに多数の受光面３ａを次々に貫通するので、中実の放射線触媒を使用する場合よりも単位体積当たりの受光面３ａの面積を大きくすることができる。よって、触媒作用の更なる高効率化を図ることができる。
【００３５】
多孔質体の場合は、多孔質チタンの表面を酸化雰囲気中で７００℃１２時間酸化させる等して、伝導性の高いチタンの上に酸化チタンを生成させる。これにより、基材上での放射線の減衰を抑制することができ、放射線エネルギの利用効率を高めることができる。
【００３６】
また、陽極３を多孔質体としたときの孔の大きさは、反応物と生成物の拡散を妨げない程度に大きい必要がある。すなわち、水素製造の場合は水の流入と水素イオンおよび酸素ガスの流出とを妨げない程度である。しかしながら、孔が大きい過ぎると、正孔は移動度が小さいために孔の表面から遠い箇所で正孔が発生する割合が増加し、酸化力を発揮する前に、発生した電子と結合してしまうことになる。このため、この二つの制約から適切な孔の大きさを設定する必要がある。
【００３７】
陽極３を多孔質体から成るようにした場合、図２に示すように複数の陽極３を設けることには限られず、図３に示すように単一の陽極３を設けるようにしても良い。この場合でも、単一の陽極３を放射線２が透過するときに多数の受光面３ａを照射するので、触媒作用を高効率で行うことができる。
【００３９】
また、上述した実施形態では放射線源６は原子炉としているが、これには限られず使用済み核燃料を放射線源６としても良い。あるいは、原子炉や使用済み核燃料に限られず、核融合炉や宇宙環境の放射線を利用したり、更には６０Ｃｏ線源等の放射性物質そのものを利用することができる。いずれの場合も放射線源６の近傍に放射線触媒装置１を設置するようにする。
【００４０】
さらに、上述した実施形態では陽極３は水分子を分解するものとしているが、これには限られずアルコールを分解するものとしても良い。この場合、アルコールの分解により水素８を得ることができる。
【００４１】
そして、上述した実施形態では溶媒５が電解質水溶液であり陽極３は水分子を分解するものとしているが、これには限られず触媒５の有機物を酸化及び／または還元する作用により他の有機物を生成するものとしても良い。この場合、有機物の製造を高効率で行うことができるようになる。有機物や二酸化炭素および水から他の有機物を合成する具体例としては、（１）二酸化炭素の還元によるギ酸、ホルムアルデヒド、メタノール、メタンなどの有機物を生成させる反応や、（２）アルコール類、アルキルベンゼン類、オレフィン類などの炭化水素の酸化によるケトンおよびアルデヒド類などを生成させる反応や、（３）ベンゼンおよびトルエンなどの芳香族化合物のヒドロキシル化によるフェノール類およびクレゾール類などを生成させる反応等がある。
【００４２】
【実施例】
（実施例１）
触媒活性の高い放射線触媒材料を選定するために、触媒粉末（ＴｉＯ２）５ｇを０．１Ｍ硝酸銀水溶液４０ｍｌ中に分散させ、６０Ｃｏ線源からのγ線０．６ｋＧｙ／ｈを２時間照射後、銀イオン還元量を測定した。
【００４３】
その結果、銀イオンが十分還元された。また粒径が小さいほど還元量が大きいことが判明した。これは荷電子帯またはそれより低い順位における電子がコンプトン散乱により伝導帯に励起され、銀イオンを還元されたと考えられる。
【００４４】
（実施例２）
実施例１の触媒粉末をＣｅＯ２に変更して他は同じ条件で銀イオン還元量を測定した。その結果、銀イオンが十分還元されたと共に、粒径が小さいほど還元量が大きいことが判明した。
【００４５】
（実施例３）
実施例１の触媒粉末をＺｒＯ２に変更して他は同じ条件で銀イオン還元量を測定した。その結果、銀イオンが十分還元されたと共に、粒径が小さいほど還元量が大きいことが判明した。
【００４６】
（実施例４）
実施例１の触媒粉末をＡｌ２Ｏ３に変更して他は同じ条件で銀イオン還元量を測定した。その結果、銀イオンが十分還元されたと共に、粒径が小さいほど還元量が大きいことが判明した。上述した実施例１〜４の結果より、近紫外線と比較して、γ線の場合にはより広い範囲で触媒材料を選定できることが示唆された。
【００４７】
（比較例１）
実施例１の触媒粉末をＳｉＯ２に変更して他は同じ条件で銀イオン還元量を測定した。その結果、有為な変化は見られなかった。
【００４８】
（比較例２）
実施例１の触媒粉末をＳｉＣに変更して他は同じ条件で銀イオン還元量を測定した。その結果、有為な変化は見られなかった。
【００４９】
（実施例５）
放射線電極特性を調べるために、チタン板の片面をブンゼンバーナで加熱して酸化層を形成してＴｉＯ２電極を作成した。この電極について３ｗｔ％塩化ナトリウム水溶液中で６０Ｃｏ線源からのγ線０．６ｋＧｙ／ｈを照射して標準電極電位を測定した。その結果を図４に示す。
【００５０】
同図に示すように、γ線を照射することにより電極電位が卑化し、分解電圧は−０．３７Ｖ（ｖｓ  ＳＨＥ）であった。これにより、水の分解電圧が通常は１．２３Ｖ＋過電圧＝１．６Ｖ程度であるのに対して、極めて効果的であることを確認できた。また、陽極３と陰極４に電圧を印加しなくても電極間に電流が流れて水を分解可能であることが判明した。
【００５１】
（実施例６）
放射線電極特性を調べるために、ジルコニア板の片面をブンゼンバーナで加熱して酸化層を形成してＺｒＯ２電極を作成した。この電極について３ｗｔ％塩化ナトリウム水溶液中で６０Ｃｏ線源からのγ線０．６ｋＧｙ／ｈを照射して標準電極電位を測定した。その結果を図５に示す。
【００５２】
同図に示すように、γ線を照射することにより電極電位が卑化し、分解電圧は−０．４３Ｖ（ｖｓ  ＳＨＥ）であった。これにより、水の分解電圧が通常は１．６Ｖ程度であるのに対して、極めて効果的であることを確認できた。また、陽極３と陰極４に電圧を印加しなくても電極間に電流が流れて水を分解可能であることが判明した。さらに、受ける放射線量が１０倍になると電流密度も１０倍になることも判明した。
【００５３】
（実施例７）
放射線電極特性を調べるために、チタン板の片面をブンゼンバーナで加熱して酸化層を形成して３８ｍｍ×８５ｍｍのＴｉＯ２電極を作成した。この電極について０．１Ｍ硫酸ナトリウム水溶液中で６０Ｃｏ線源からのγ線０．６ｋＧｙ／ｈを照射して電流−電位曲線を取得した。その結果を図６に示す。
【００５４】
得られた電解電圧は約−０．１５Ｖ  ｖｓ．ＳＨＥであった。これにより、γ線誘起アンダーポテンシャル現象が生じることを確認できた。
【００５５】
（実施例８）
実施例７において、ＴｉＯ２電極を約２ｍｍ間隔で３枚配置して各ＴｉＯ２電極について電流−電位曲線を測定した。その結果を図６に示す。同図に示すように、γ線の高い透過力により１〜３枚目のいずれの電極でも同等の電流密度を得ることができた。よって、γ線のように放射線触媒の電極を透過する放射線２の場合には、電極を積層化もしくは多孔質化して比表面積を増大させることにより、放射線２のエネルギを無駄無く利用して効率良く触媒作用を行わせることができると考えられる。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１記載の放射線触媒装置によれば、放射線を放射線触媒である陽極に照射して複数の受光面を次々に透過させているので、紫外光や可視光等の不透過光のように一番表側に露出した１つの受光面だけしか照射できないものに比べて、照射した放射線による触媒作用を高効率にして該触媒作用を利用する化学変化のエネルギ効率を高めることができる。
【００５７】
また、陽極と陰極とに分けているので、各極を離して設けることができる。このため、粉末状の触媒の表面上で２種類の物質に分解する場合に比べて、生成された２種類の物質の再結合を防止し易くなる。
【００５９】
さらに、電極間に電位を与えているので、電位を与えること無く粉末状の触媒の表面上で分解する場合に比べて分解効率を高めることができると共に逆反応が起きることを抑制することができる。
【００６０】
そして、請求項２記載の放射線触媒装置によれば、陽極は層状に複数設けられているので、照射した放射線に対する触媒作用のエネルギ効率を高めることができる。
【００６１】
また、請求項３記載の放射線触媒装置によれば、放射線触媒は多孔質体であるので、中実の放射線触媒を使用する場合よりも単位体積当たりの受光面の面積を大きくすることができる。
【００６２】
さらに、請求項４記載の放射線触媒装置によれば、水分子を分解して水素および酸素を得ることができる。よって、水素および酸素の製造を高効率で行うことができるようになり、水素自動車などで必要とされる高純度の水素を安価に得ることができる。
【００６３】
また、請求項５記載の放射線触媒装置によれば、有機物の製造を高効率で行うことができるようになる。
【００６４】
さらに、請求項６記載の放射線触媒装置によれば、放射線は紫外線よりもエネルギが高いため、酸化チタンの他にバンドギャップの大きいジルコニアとアルミナを放射線触媒として利用することができる。また、セリアも放射線触媒として利用することができる。
【００６５】
さらに、請求項７記載の放射線触媒装置によれば、原子炉、使用済み核燃料、核融合炉、放射性物質、宇宙環境のいずれかから発せられる放射線を有効利用することができるようになる。
【００６６】
さらに、請求項８記載の水素製造方法および請求項１０記載の水素製造装置によれば、触媒を利用せずに水分解するときの電圧である１．２３Ｖ＋過電圧＝約１．６Ｖよりも低い電圧で水分子を分解することができるので、水分解に必要な電気エネルギの使用量を少なくして水素および酸素の生成を高効率で行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放射線触媒装置を示す概略図である。
【図２】他の放射線触媒を利用する放射線触媒装置を示す概略図である。
【図３】さらに別の放射線触媒を利用する放射線触媒装置を示す概略図である。
【図４】酸化チタン膜から成る電極にγ線を照射したときの電位変化を示すグラフである。
【図５】酸化ジルコニウム膜から成る電極にγ線を照射したときの電位変化を示すグラフである。
【図６】酸化チタン膜から成る３枚の電極にγ線を照射したときの電極特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１  放射線触媒装置
２  放射線
３  陽極
３ａ  受光面
４  陰極
５  溶媒
６  放射線源
７  直流電源
８  水素
【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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