JP4020677B2

JP4020677B2 - Radiation / current conversion device and radiation / current conversion method

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Publication number: JP4020677B2
Application number: JP2002086842A
Authority: JP
Inventors: 邦彦中山; 光一日塔; 主税小長井; 敬介橘川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2022-03-26
Also published as: JP2003279691A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線・電流変換装置およびその方法に係り、特に、外部放射線源を利用し、同一放射線を複数回電流変換することが可能な放射線・電流変換装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の放射線・電流変換装置を図７に示す。
【０００３】
図７に示される放射線・電流変換装置１は、一般に原子力電池もしくはアイソトープ電池（Radio Isotope 電池：ＲＩ電池）の名称で知られている。この放射線・電流変換装置１は、本体ケーシング２の内部に放射線・電流変換を行う発電手段３を備える。この発電手段３は、放射線遮蔽体５ａで周囲を覆われ、本体ケーシング２に収納される。
【０００４】
発電手段３は、電流を供給するエネルギ源としての放射線源６となる放射性同位元素を放射線漏れの無いよう放射線遮蔽体５ｂで密閉したエネルギ容器７と、このエネルギ容器７で発生した熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換素子８と、この熱電変換素子８から電気エネルギを取り出す出力端子９とを備える。
【０００５】
放射線・電流変換装置１の放射線・電流変換方法は、２段階変換で放射線から電気への変換を行う。詳細には、放射線・電流変換装置１が備えるエネルギ容器７に内包された放射線源６である放射性同位元素の崩壊時に生ずる崩壊エネルギをまず、熱エネルギに変換する。そして、変換された熱エネルギを熱電変換素子８で電気エネルギに変換し、出力端子９から電気エネルギを電流として取り出している。
【０００６】
図７に示される放射線・電流変換装置１で行われる放射線・電流変換方法以外の放射線・電流変換方法としては、放射性同位元素の崩壊時に発生する放射線を装置内部に配置された２つの半導体電極の接合面に照射する際に、生成される電子・正孔から発生した電流を単純に取り出す方法がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の放射線・電流変換装置１は、放射線遮蔽体５ｂで遮蔽された燃料容器７の内部に電流を発生させるエネルギ源としての放射線源６、すなわち、放射性同位元素を内包する構造を有している。従って、放射線・電流変換装置１の外部にある、例えば、放射性廃棄物等の既存の外部放射線源を有効利用して放射線・電流変換装置１を作動させることができないという課題がある。
【０００８】
一方、従来の放射線・電流変換方法は、放射線から一旦熱を介して電流を得る２段階変換によって電流を得る方法のため、放射線を電流に変換する変換効率が低い。また、２つの半導体電極接合面を放射線が１度透過する際に発生する起電力を単純利用して電流を得る方法でも、放射線のエネルギのうち電流発生に寄与するエネルギ率が低く、放射線を電流に変換する変換効率が低いという課題がある。
【０００９】
さらに、従来の放射線・電流変換方法は、同一の放射線を複数回にわたり電流変換に利用することができないという課題がある。
【００１０】
本発明は上述した事情を考慮してなされたものであり、電流を発生させるエネルギ源として、例えば、放射性廃棄物等の既存の外部放射線源を有効利用して作動し得る放射線・電流変換装置およびその方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、照射された放射線により電流変換されるプロセスが放射線から一旦熱を介して起電力を得る２段階変換による放射線・電流変換装置およびその方法よりも、高変換効率となる放射線・電流変換装置および方法を提供するにある。
【００１２】
さらに、本発明の他の目的は、同一の放射線を複数回にわたり、放射線・電流変換に利用可能な効率的手段を有する放射線・電流変換装置および方法を提供するにある。
【００１３】
さらにまた、本発明の他の目的は、放射線・電流変換装置の装置形状を多様に設定可能な放射線・電流変換装置およびその方法を提供するにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の放射線・電流変換装置は、上述した課題を解決するために、請求項１記載のように、放射線・電流変換によって発生した電流を取り出す第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極と隣接し、放射線源から照射される放射線に反応して電子を前記第１の電極に供与する電子供与体と、前記第２の電極と隣接し、電子の授受により酸化還元作用する酸化還元物質とを具備し、前記第１の電極と第２の電極とを対向して配置し、前記電子供与体と前記酸化還元物質とを前記第１の電極と第２の電極との間に配置し、前記放射線源から前記電子供与体への放射線照射によって、発生した電子を前記第１の電極と前記第２の電極とから電流として取り出し得る機構を備えたことを特徴とする。
【００１５】
このような放射線・電流変換装置は、照射される放射線により電子供与体が励起され、電極に電子を供与する。電極に供与された電子が放射線・電流変換装置の閉ループを移動するため、電流を発生させることができる。従って、電子供与体に照射される放射線のエネルギーを直接電気エネルギーに変換して取り出すことができる。
【００１６】
上述した課題を解決するために、本発明の放射線・電流変換装置は、請求項２記載のように、前記第１の電極および前記第２の電極の少なくとも一方が、放射線透過性を有する物質を備えることを特徴とする。
【００１７】
このような放射線・電流変換装置は、放射線が電極を透過することで、放射線・電流変換装置内層にある電子供与体により照射されて励起されやすくなるので、電極に供与される電子が増加し、発生する起電力を大きくすることができる。
【００１８】
また、上述した課題を解決するために、本発明の放射線・電流変換装置は、請求項３記載のように、前記放射線源から照射される放射線が、α線、β線、γ線、Ｘ線、中性子線であることを特徴とする。
【００１９】
このような放射線・電流変換装置は、照射する放射線にα線、β線、γ線、Ｘ線、中性子線を使用し、各種放射線と増感しやすい電子供与体と組み合わせることで各種放射線に増感して電流を発生させることができる。
【００２０】
さらに、上述した課題を解決するために、本発明の放射線・電流変換装置は、請求項４記載のように、前記第１の電極は、前記電子供与体と接する電極表面上に半導体薄膜を有し、この半導体薄膜は、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、ＷＯ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５から選択される少なくとも１種類の酸化物を含有することを特徴とする。
【００２１】
一方、上述した課題を解決するために、本発明の放射線・電流変換装置は、請求項５記載のように、前記第１の電極が、前記電子供与体と接する電極表面上に半導体薄膜を有し、この半導体薄膜は、Ｇｅ、ＧａＳｂ、ＣｕＩｎＳｅＳ、Ｓｉ、Ｃｕ_ｘＳ、ＩｎＰ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ＡｌＧａＡｓから選択される少なくとも１種類の非酸化物を含有することを特徴とする。
【００２２】
このような放射線・電流変換装置は、放射線照射を受けて活性化された電子供与体物質から放出された電子を第１の電極側へ抽出する作用を促進する。
【００２３】
また、上述した課題を解決するために、本発明の放射線・電流変換装置は、請求項６記載のように、前記酸化還元物質が、ヨウ素含有物質、カリウム含有物質、ハイドロキノン含有物質、セレン含有物質から選択される少なくとも１種類の物質を用いて、レドックス系を構成することを特徴とする。
【００２４】
さらに、上述した課題を解決するために、本発明の放射線・電流変換装置は、請求項７記載のように、前記酸化還元物質が、室温で溶融状態にある塩であり、イミダゾリウム塩およびヨウ化物の少なくとも１種類を含有することを特徴とする。
【００２５】
このような放射線・電流変換装置は、酸化還元物質に、ヨウ素を有する物質、フェロシアン化カリウムを有する物質、ハイドロキノンを有する物質、セレンを有する物質、イミダゾリウム塩およびヨウ化物の少なくとも１種類を含有する物質を用いてレドックス系を構成し、適切な電子供与体と組み合わせることで各種放射線に増感して電流を発生する。
【００２６】
一方、上述した課題を解決するために、本発明の放射線・電流変換装置は、請求項８記載のように、前記第２の電極が、前記酸化還元物質と接する電極表面上に白金、カーボン等の導電性薄膜を有することを特徴とする。
【００２７】
このような放射線・電流変換装置は、第２の電極表面上に白金、カーボン等の導電性薄膜を有することで、酸化された酸化還元物質が第２の電極へ拡散して、第２の電極から電子を受け取り還元する還元速度を促進することができる。
【００２８】
また、上述した課題を解決するために、本発明の放射線・電流変換装置は、請求項９記載のように、前記電子供与体が、母材と付活材とを備え、前記母材は、放射線の照射を受けて電子を放出しやすくなる性質を有するＧｄ_２Ｏ_２Ｓ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ等の酸化物およびＺｎＳ等の硫化物から選択される少なくとも１種類を含有している物質であることを特徴とする。
【００２９】
さらに、上述した課題を解決するために、本発明の放射線・電流変換装置は、請求項１０記載のように、前記電子供与体となる物質が、母材と付活材とを備え、前記付活材は、放射線の照射を受けて、放射線増感作用を有する色素、すなわち励起状態となる色素を含有する物質であることを特徴とする。
【００３０】
このような放射線・電流変換装置は、電子供与体となる物質に、放射線の照射を受けて電子を放出しやすくなる性質を有する物質と、放射線の照射を受けて増感して励起状態となる色素を含有する物質、すなわち蛍光物質とを用いることで、２つの電極間を放射線が１度透過する際に発生する起電力を従来技術よりも向上させることができる。
【００３１】
本発明の放射線・電流変換装置は、上述した課題を解決するために、請求項１１記載のように、放射線透過性を有する第１の電極と、この第１の電極と対向し、放射線透過性を有する第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置され、放射線源から照射される放射線を受けて電子を供与する電子供与体と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記電子供与体と隣接して配置され、電子の授受により酸化還元作用する酸化還元物質とを具備し、前記電子供与体は、放射線源から前記電子供与体への放射線照射に反応して電子を発生し、発生した電子を前記第１の電極と前記第２の電極から電流として取り出す機構を備える放射線・電流変換装置を並列または直列に連結集積化して、１つの放射線が前記放射線・電流変換装置を複数個透過することを可能とし、エネルギ利用率を向上させることで、出力電圧または電流の大容量化を可能に構成したことを特徴とする。
【００３２】
また、上述した課題を解決するために、本発明の放射線・電流変換装置は、請求項１２記載のように、前記第１の電極および第２の電極が、放射線透過性を有し、シート状あるいはフィルム状にして巻き上げられる構造であり、１つの放射線が前記第１の電極および第２の電極を複数回透過することを可能とし、エネルギ利用率を向上させることで、出力電圧または電流の大容量化を図ったことを特徴とする。
【００３３】
さらに、本発明の放射線・電流変換装置は、上述した課題を解決するために、請求項１３記載のように、前記第１の電極および第２の電極が、放射線透過性を有し、前記第１の電極および第２の電極で筒状構造を形成し、１つの放射線が前記２つの電極を複数回透過することを可能とし、エネルギ利用率を向上させることで、出力電圧または電流の大容量化を図ったことを特徴とする。
【００３４】
このような放射線・電流変換装置は、放射線・電流変換装置を並列または直列に連結集積化して１つの放射線が複数の放射線・電流変換装置を透過することを可能としたり、放射線・電流変換装置が備える２つの電極をシート状あるいはフィルム状にして巻き上げたり、筒状構造にすることで、１つの放射線が複数回にわたり電流変換装置を透過することを可能とし、エネルギ利用率を向上させて出力電圧または出力電流が大容量化される。
【００３５】
他方、上述した課題を解決するために、本発明の放射線・電流変換装置は、請求項１４記載のように、前記第１の電極が、前記電子供与体と接する電極表面上に半導体薄膜を、前記第２の電極は、前記酸化還元物質と接する電極表面上に白金、カーボン等の導電性薄膜を有し、前記電子供与体は、放射線源から前記電子供与体への放射線照射に反応して電子を発生し、発生した電子を前記第１の電極と前記第２の電極から電流として取り出す機構を有する放射線・電流変換装置を、平面上あるいは曲面上に、ライン状またはタイル上に配置し、前記放射線源から放射線の照射される平面あるいは曲面上の放射線強度分布に相関性のある電流・電圧信号を前記放射線・電流変換装置の個々で発生させ、取り出すことで、放射線センサ機能を可能に構成したことを特徴とする。
【００３６】
このような放射線・電流変換装置は、平面上あるいは曲面上に、ライン状またはタイル上に配置して、放射線・電流変換装置個々に発生する電流・電圧信号を統合して放射線の照射される平面あるいは曲面上の放射線強度分布を測定可能な放射線強度センサとして使用できる。
【００３７】
さらにまた、上述した課題を解決するために、本発明の放射線・電流変換装置は、請求項１５記載のように、前記第１の電極が、前記電子供与体と接する電極表面上に半導体薄膜を、前記第２の電極は、前記酸化還元物質と接する電極表面上に白金、カーボン等の導電性薄膜を有し、前記半導体薄膜または導電性薄膜は、ｍ行×ｎ列（ｍ，ｎは任意の自然数）のマトリックスに形成された、ｍ×ｎ個の放射線感受部を有するマトリックス薄膜であり、前記放射線源から照射される放射線の放射線強度分布に相関性のある電流・電圧信号を前記マトリックス薄膜が有する個々の放射線感受部から取り出すことで、放射線センサ機能を可能に構成したことを特徴とする。
【００３８】
このような放射線・電流変換装置は、電極上の半導体薄膜または導電性薄膜をｍ行×ｎ列（ｍ，ｎは任意の自然数）のマトリックス構造に構成し、１つの放射線・電流変換装置内に発生する電流・電圧信号を取り出して測定することで、放射線・電流変換装置と同等以下の面積における放射線強度分布を測定可能な放射線強度センサとして使用できる。
【００３９】
本発明の放射線・電流変換方法は、上述した課題を解決するために、請求項１６記載のように、放射線源から電子供与体に放射線を照射する放射線照射工程と、この放射線照射工程により、電子供与体を励起し、電子を発生させる電子発生工程と、発生した電子を電子供与体から電流として取り出す電流取り出し工程とを備え、前記電子供与体、負荷装置および酸化還元物質を接続して形成される閉ループ回路内で、前記電子供与体から取り出した電子の循環移動を前記酸化還元物質の酸化・還元反応作用により持続的に発生させることを特徴とする。
【００４０】
このような放射線・電流変換方法は、放射線・電流変換装置に放射線を照射する放射線照射工程で電子供与体を励起し、電子発生工程で励起された電子が放射線・電流変換装置の閉ループを移動する電子移動のサイクルを発生させることができるので、放射線のエネルギを直接電気エネルギに変換して取り出すことができる。また、放射線が照射されている間、電子移動のサイクルは繰り返され、放射線・電流変換を持続することができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る放射線・電流変換装置およびその方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００４２】
[第１実施形態]
図１に本発明に係る放射線・電流変換装置の第１実施形態を示す装置概要図を示す。この図１を引用し、放射線・電流変換装置およびその方法の第１実施形態を説明する。
【００４３】
図１によれば、放射線・電流変換装置１０は、放射線透過性を有する第１の電極１１と、放射線透過性を有し、第１の電極に対向して配置される第２の電極１２と、第１の電極１１と隣接して配置され、放射線照射により発生した電子を供与する電子供与体１４と、第２の電極１２と隣接して配置され、電子の授受を行うことにより酸化還元反応する酸化還元物質１５とを具備する。
【００４４】
放射線・電流変換装置１０が備える電子供与体１４と酸化還元物質１５とは、接触した状態で第１の電極１１と第２の電極１２とに挟み込まれて配置される。そして、放射線・電流変換装置１０を使用する際には、第１の電極１１に設けられた出力端子１７ａおよび第２の電極１２に設けられた出力端子１７ｂに、例えば、銅線等の接続導体１８ａおよび１８ｂを介して負荷装置１９を結線し電気的に接続する。
【００４５】
放射線・電流変換装置１０による放射線・電流変換方法の概要は、放射線・電流変換装置１０外部の外部放射線源２１から放射線２２の照射を受けて、放射線・電流変換装置１０内部の電子供与体１４に到達した放射線２２が、電子供与体１４を励起し、電子供与体１４で電子が放出される。放出された電子は、電子供与体１４から第１の電極１１に供与され、第１の電極１１、接続導体１８ａ、負荷装置１９、接続導体１８ｂ、第２の電極１２、酸化還元物質１５を経由して、電子供与体１４に戻る閉ループを移動することによって電流が発生する。
【００４６】
電子の放出および移動が行われる放射線・電流変換装置１０の閉ループにおける１サイクル、すなわち、電子供与体１４→第１の電極１１→（接続導体１８ａ、負荷装置１９、接続導体１８ｂ）→第２の電極１２→酸化還元物質１５→電子供与体１４の閉ループの１サイクルに沿って、放射線・電流変換装置１０の構成および放射線・電流変換方法の詳細を説明する。
【００４７】
電子供与体１４は、外部放射線源２１からの放射線２２の照射を受けて電子を放出しやすくなる性質を有する物質を母材とし、この母材に放射線２２の照射を受けて増感する色素、すなわち、放射線２２により励起される色素を付活材として含有する物質であり、例えば、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕである。
【００４８】
電子供与体１４の母材には、例えば、ＹＡｌＯ_３、Ｙ_２ＳｉＯ_５、Ｇｄ_２ＳｉＯ_５、ＹＴａＯ_４、ＢａＦＣｌ、ＣａＷＯ_４、ＣｄＷＯ_４、ＺｎＷＯ_４、ＭｇＷＯ_４、Ｓｒ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ、ＹＰＯ_４、ＧｄＢＯ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ、Ｇｄ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２、ＧｄＶＯ_４、Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ、ＩｎＢＯ_３、（Ｙ，Ｉｎ）ＢＯ_３、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４、ＭｇＧａ_２Ｏ_４、ＺｎＳから選択される少なくとも１種類以上が含有した物質が使用される。
【００４９】
一方、電子供与体１４の付活材には、例えば、Ａｇ、Ｃｅ、Ｃｌ、Ｃｒ、Ｄｙ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｐｒ、Ｔｂから選択される少なくとも１種類以上を含有する物質が使用される。
【００５０】
放射線・電流変換装置１０に放射線２２が照射されると、放射線透過性を有する第１の電極１１および第２の電極１２を放射線２２が透過して、電子供与体１４に入射する。入射した放射線２２は、電子供与体１４で一部が吸収され、吸収された放射線２２が有するエネルギによって、電子供与体１４は励起され、電子を放出する。放出された電子は、隣接する第１の電極１１に供与される。隣接する第１の電極１１に供与する際、電子供与体１４は電子を放出することになるので酸化状態になる。
【００５１】
第１の電極１１は、絶縁体である電極基板２４上に、放射線照射により発生した電子を電流として取り出す出力端子１７ａを有する第１の導電性薄膜２５と、電子供与体１４で発生した電子の抽出を促進する電子抽出促進物質としての半導体薄膜２６とを層状に備える。そして、第１の電極１１は、半導体薄膜２６の表面で電子供与体１４と接するように配置される。
【００５２】
第１の電極１１が備える半導体薄膜２６は、酸化物もしくは非酸化物を含有する半導体であり、半導体薄膜２６に含有される酸化物は、例えば、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、ＷＯ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５がある。また、半導体薄膜２６に含有される非酸化物は、Ｇｅ、ＧａＳｂ、ＣｕＩｎＳｅＳ、Ｓｉ、Ｃｕ_ｘＳ、ＩｎＰ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ＡｌＧａＡｓがある。
【００５３】
半導体薄膜２６は、電子供与体１４に隣接しているため、電子供与体１４で発生した電子は、効率良く第１の電極１１に抽出される。抽出された電子は、出力端子１７ａから接続導体１８ａ、負荷装置１９、接続導体１８ｂを経由して、第２の電極１２が備える出力端子１７ｂから第２の電極１２へと移動する。放射線・電流変換装置１０が備える２つの電極間、すなわち、第１の電極１１と第２の電極１２との間の電子の移動方向から、第１の電極１１は負極、第２の電極１２は正極となる。
【００５４】
第２の電極１２は、第１の電極１１と同様に、電極基板２４上に出力端子１７ｂを有する第１の導電性薄膜２５と、酸化還元物質１５に電子を供与する電子供与促進物質としての第２の導電性薄膜２７とを層状に備える。そして、第２の電極１２は、第２の導電性薄膜２７の表面で酸化還元物質１５と接するように配置される。
【００５５】
第１の導電性薄膜２５が有する出力端子１７ｂから第２の電極１２が備える第１の導電性薄膜２５を経由して第２の導電性薄膜２７へ電子が移動する。第２の導電性薄膜２７は、例えば、カーボン、白金等であり、隣接する酸化還元物質１５への電子供与を促進する効果を有する。従って、第２の導電性薄膜２７は、第２の電極１２から酸化還元物質１５へ効率良く電子を供与できる。
【００５６】
酸化還元物質１５は、レドックス系を構成する物質（以下、レドックス系物質とする）、室温で溶融状態になる塩（以下、室温溶融塩とする）もしくは融点が室温以下のヨウ化物である。
【００５７】
酸化還元物質１５に使用できるレドックス系物質としては、例えば、ヨウ素（Ｉ_２）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、ヨウ化マグネシウム（ＭｇＩ_２）、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ_２）、テトラプロピルアンモニウムヨウ素｛（Ｃ_３Ｈ_７）_４ＮＩ｝、ジメチルプロピルイミダゾリルヨウ素｛（ＣＨ_３）_２（Ｃ_３Ｈ_７）Ｃ_５Ｈ_２ＮＩ｝から選択されるヨウ素含有物質、フェロシアン化カリウム等のカリウム含有物質、ハイドロキノン等のハイドロキノン含有物質、セレン等のセレン含有物質がある。
【００５８】
一方、酸化還元物質１５に使用できる室温溶融塩としては、例えば、イミダゾリウム塩があり、また、融点が室温以下のヨウ化物としては、例えば、ヘキシルメチルイミダゾリウムヨウ化物がある。
【００５９】
酸化還元物質１５がヨウ素レドックス系（Ｉ_３ ⁻／Ｉ⁻）の場合には、まず、酸化還元物質１５と第２の電極１２との間において、第２の電極１２に移動してきた電子を第２の電極１２が備える第２の導電性薄膜２７から受け取る。酸化還元物質１５が第２の電極１２より電子を受け取る際には、Ｉ _３ ⁻ ＋２ｅ ⁻ →３Ｉ ⁻の反応が進行する。
【００６０】
電子を受け取り、還元された酸化還元物質１５は、酸化還元物質１５と電子供与体１４との間において、還元剤として機能する。従って、電子を供与して酸化している電子供与体１４は、酸化還元物質１５から電子を供与されて還元される。酸化還元物質１５が電子供与体１４に電子を供与する際には３Ｉ ⁻ →Ｉ _３ ⁻ ＋２ｅ ⁻の反応が進行する。
【００６１】
放射線・電流変換装置１０は、放射線２２が照射される間、電子供与体１４で電子を放出し続け、電子供与体１４から始まる電子移動の１サイクルを繰り返し、負荷装置１９への電力供給を継続する。
【００６２】
一方、放射線・電流変換装置１０は、電子供与体１４の放射線による励起のされやすさ、放射線の種類および放射線強度により発電する効率が異なってくる。電子供与体１４の放射線による励起のされやすさは、例えば、母材のみのＧｄ_２Ｏ_２Ｓと、母材Ｇｄ_２Ｏ_２ＳにＥｕを付活させたＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕとを比較した場合、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕの方が励起されやすく、発電の効率も高い。
【００６３】
さらに、ＥｕとＴｂを混合した付活材を母材に付活した場合、Ｅｕのみを母材に付活した場合よりも発電の効率が向上する。この現象は、励起電子が基底状態になるクロス緩和が効果的に関係すると考えられる。従って、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ母材以外にもクロス緩和が起きやすいＹ_２Ｏ_２Ｓ等を母材として用いた場合にも同様の効果が得られる。
【００６４】
放射線に対する反応については、Ｘ線やγ線の電離放射線については原子番号の大きなＧｄやＷが効率が良く、中性子との反応の場合には、Ｇｄの(n,γ)反応に伴う内部転換電子を利用する方が反応断面積が大きく効率的である。電子供与体１４に使用する物質は、単体で用いるよりも混合して用いた方が緩和による効果で発電の効率が向上することが実験によっても確認されている。
【００６５】
従って、各物質における電子の励起準位が、付活剤の元素によって異なり、緩和現象も結晶の場によって異なることから説明される。実際には、放射線の種類や線量率によって蛍光体の混合割合や付活剤の混合割合を変えることが効率を上げる上では好ましい。
【００６６】
本実施形態の放射線・電流変換装置１０によれば、放射線・電流変換装置１０の外部にある外部放射線源２１から放出された放射線２２が放射線透過性を有する第１の電極１１および第２の電極１２を透過して、両電極間に配置されている電子供与体１４を励起することで、電子供与体１４から電子を放出させる。そして、この電子を負荷装置１９を含む閉ループ内で循環させることによって、負荷装置１９への電力供給を可能にしている。
【００６７】
尚、放射線・電流変換装置１０が備える第１の電極１１および第２の電極１２は、絶縁体の電極基板２４上に出力端子１７を有する第１の導電性薄膜２５を備えた構造となっているが、出力端子１７を有する導体を備える電極基板でも良い。また、第２の電極１２では、第１の導電性薄膜２５と第２の導電性薄膜２７は別々の導体としてあるが、第１の導電性薄膜２５を第２の導電性薄膜２７と同一の物にしても良い。
【００６８】
さらに、両方の電極とも放射線透過性を有するとしたが、少なくともいずれか一方の電極が放射線透過性を有していれば、放射線・電流変換装置１０は、放射線・電流変換をすることができる。しかし、いずれか一方の電極のみが放射線透過性を有する場合は、両方の電極とも放射線透過性を有する場合と比較して発電の効率が低下する。
【００６９】
さらにまた、電子供与体１４は、母材と付活材とを備えた物質としているが、付活材は備えていなくても良い。例えば、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕの付活剤であるＥｕを含まないＧｄ_２Ｏ_２Ｓでも良い。しかし、付活材を使用しない場合は、Ｅｕを付活材として使用した場合の方が発電の効率が低下する。
【００７０】
[第２実施形態]
図２に本発明に係る放射線・電流変換装置の第２実施形態の一例を示す装置概要図を示す。
【００７１】
この図２を用いて、第２実施形態を示す放射線・電流変換装置１０Ａおよびその方法を説明する。尚、図２に示される放射線・電流変換装置１０Ａにおいて、図１に示される放射線・電流変換装置１０と全く異ならない部位には同じ符号を付して説明を省略する。
【００７２】
図２に示される放射線・電流変換装置１０Ａは、第１実施形態を示す放射線・電流変換装置１０の２つの電極間、すなわち、第１の電極１１および第２の電極１２と、電子供与体１４と、酸化還元物質１５とをシート状あるいはフィルム状にして、巻き上げ可能に構成した装置である。
【００７３】
放射線・電流変換装置１０Ａは、シート状あるいはフィルム状の巻き上げ可能な第１の電極１１Ａおよび第２の電極１２Ａと、電子供与体１４Ａと、酸化還元物質１５Ａとを備えている点以外は第１実施形態の放射線・電流変換装置１０と全く異ならない。また、放射線・電流変換装置１０Ａの放射線・電流変換方法は、第１実施形態の放射線・電流変換装置１０の放射線・電流変換方法と全く異ならないので、ここでは説明を省略する。
【００７４】
本実施形態の放射線・電流変換装置１０Ａおよびその方法によれば、１つの放射線１３が複数回にわたり放射線・電流変換装置１０Ａを透過することが可能となり、放射線２２のエネルギ利用率が向上するので、第１実施形態の放射線・電流変換装置１０と比較して出力電圧または電流を大容量化することができる。
【００７５】
尚、本実施形態を示す放射線・電流変換装置１０Ａは、図２に示されるように巻き上げる構造でなくても良い。放射線・電流変換装置１０Ａを任意の幅で複数回折り重ねた構造であっても良い。
【００７６】
[第３実施形態]
図３に本発明に係る放射線・電流変換装置の第３実施形態を示す装置概要図を示す。
【００７７】
この図３を用いて、第３実施形態を示す放射線・電流変換装置１０Ｂおよびその方法を説明する。尚、図３に示される放射線・電流変換装置１０Ｂにおいて、図１および図２に示される放射線・電流変換装置１０および１０Ａと全く異ならない部位には同じ符号を付して説明を省略する。
【００７８】
図３に示される放射線・電流変換装置１０Ｂは、図１に示される放射線・電流変換装置１０の２つの電極間、すなわち、第１の電極１１および第２の電極１２と、電子供与体１４と、酸化還元物質１５とを、例えば、円筒等の筒状に構成している。
【００７９】
筒状に形成された放射線・電流変換装置１０Ｂは、第１の電極１１Ｂおよび第２の電極１２Ｂと、電子供与体１４Ｂと、酸化還元物質１５Ｂとを備えている点以外は第１実施形態の放射線・電流変換装置１０と全く異ならない。また、放射線・電流変換装置１０Ｂの放射線・電流変換方法は、第１実施形態の放射線・電流変換装置１０の放射線・電流変換方法と全く異ならないので、ここでは説明を省略する。
【００８０】
本実施形態の放射線・電流変換装置１０Ｂおよびその方法によれば、１つの放射線２２が複数回にわたり放射線・電流変換装置１０Ｂを透過することが可能となり、放射線２２のエネルギ利用率が向上するので、第１実施形態の放射線・電流変換装置１０と比較して出力電圧または電流を大容量化することができる。
【００８１】
[第４実施形態]
図４（ａ）〜図４（ｃ）に本発明に係る放射線・電流変換装置の第４実施形態を示す装置概要図を示す。
【００８２】
図４（ａ）〜図４（ｃ）を用いて、第４実施形態を示す放射線・電流変換装置１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅおよびその方法を説明する。尚、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示される放射線・電流変換装置１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅにおいて、図１〜図３に示される放射線・電流変換装置１０，１０Ａ，１０Ｂと全く異ならない部位には同じ符号を付して説明を省略する。
【００８３】
図４（ａ）に示される放射線・電流変換装置１０Ｃは、図１に示される放射線・電流変換装置１０を複数個直列に配置し、放射線・電流変換装置１０の正極である第２の電極１２と、負極である第１の電極１１とを結線２９を用いて、放射線・電流変換装置１０を直列接続し、連結集積化するように構成されている。
【００８４】
図４（ａ）に示される放射線・電流変換装置１０Ｃは、１つの放射線２２が複数個の放射線・電流変換装置１０を透過することが可能となり、放射線２２のエネルギ利用率が向上する。また、放射線・電流変換装置１０Ｃは、複数個の放射線・電流変換装置１０を直列接続しているので、放射線・電流変換装置１０Ｃの出力電圧は、放射線・電流変換装置１０単体の出力電圧と比較して、直列接続した放射線・電流変換装置１０の個数倍の電圧とほぼ等しくなる。
【００８５】
一方、図４（ｂ）に示される放射線・電流変換装置１０Ｄは、図１に示される放射線・電流変換装置１０を複数個並列に配置し、放射線・電流変換装置１０の正極である第２の電極１２と、負極である第１の電極１１とを結線２９を用いて直列接続し、連結集積化するように構成されている。
【００８６】
図４（ｂ）に示される放射線・電流変換装置１０Ｄは、１つの放射線２２が複数個の放射線・電流変換装置１０を透過することが可能となり、放射線２２のエネルギ利用率が向上する。また、放射線・電流変換装置１０Ｄは、複数個の放射線・電流変換装置１０を直列接続しているので、放射線・電流変換装置１０Ｄの出力電圧は、放射線・電流変換装置１０単体の出力電圧と比較して、直列接続した放射線・電流変換装置１０の個数倍の電圧とほぼ等しくなる。
【００８７】
また、図４（ｃ）に示される放射線・電流変換装置１０Ｅは、図１に示される放射線・電流変換装置１０を複数個並列に配置し、放射線・電流変換装置１０の正極である第２の電極１２と、負極である第１の電極１１とを結線２９を用いて並列接続し、連結集積化するように構成されている。
【００８８】
放射線・電流変換装置１０Ｅは、１つの放射線２２が複数個の放射線・電流変換装置１０を透過することが可能となり、放射線２２のエネルギ利用率が向上する。また、放射線・電流変換装置１０Ｅは、複数個の放射線・電流変換装置１０を並列接続しているので、放射線・電流変換装置１０Ｅの出力電流は、放射線・電流変換装置１０単体の出力電流と比較して、並列接続した放射線・電流変換装置１０の個数倍の電流とほぼ等しくなる。
【００８９】
本実施形態の放射線・電流変換装置１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅおよびその方法によれば、１つの放射線２２が複数個の電流変換装置１０を透過することが可能となり、エネルギ利用率が向上する。また、複数個の電流変換装置１０からの出力電圧および電流を電気的に直列接続して取り出せば出力電圧の大容量化が可能となり、電気的に並列接続して取り出せば出力電流の大容量化が可能となる。
【００９０】
尚、本実施形態において、放射線・電流変換装置１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅは、図１に示される放射線・電流変換装置１０を連結集積化した構成としたが、必ずしも図１に示される放射線・電流変換装置１０を連結集積化していなくても良い。図２に示される放射線・電流変換装置１０Ａや図３に示される放射線・電流変換装置１０Ｂを用いて連結集積化しても良い。つまり、放射線・電流変換装置１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅは、図１に示される放射線・電流変換装置１０、図２に示される放射線・電流変換装置１０Ａおよび図３に示される放射線・電流変換装置１０Ｂの少なくともいずれかを含んでいれば良い。
【００９１】
[第５実施形態]
図５に本発明に係る放射線・電流変換装置の第５実施形態を示す装置概要図を示す。
【００９２】
この図５を用いて、第５実施形態を示す放射線・電流変換装置１０Ｆおよびその方法を説明する。尚、図５に示される放射線・電流変換装置１０Ｆにおいて、図１に示される放射線・電流変換装置１０と全く異ならない部位には同じ符号を付して説明を省略する。
【００９３】
図５に示される放射線・電流変換装置１０Ｆは、図１に示される放射線・電流変換装置１０を少なくとも１個以上備え、平面上に放射線・電流変換装置１０をマトリックス状、すなわち、ｍ×ｎ（ｍ，ｎは任意の自然数）に配置している。そして、放射線・電流変換装置１０Ｆに備えられる個々の放射線・電流変換装置１０から出力される電圧または電流信号を取り出し、読み出し回路３０を介して表示手段３１に接続することで、出力された電圧または電流を順次に読み出して表示可能なように構成されている。
【００９４】
放射線・電流変換装置１０Ｆは、放射線の照射される平面あるいは曲面上の放射線強度分布に応じて、個々の放射線・電流変換装置１０がそれぞれに出力電圧または出力電流を発生する。従って、放射線・電流変換装置１０Ｆに配置される個々の放射線・電流変換装置１０の出力電圧または出力電流を測定することで、放射線の照射される平面あるいは曲面上の放射線強度分布を測定するセンサを構築することが可能となる。
【００９５】
本実施形態の放射線・電流変換装置１０Ｆによれば、放射線強度分布に相関性のある電流・電圧信号を得られるので、放射線強度分布測定センサとして機能させることができる。
【００９６】
尚、放射線・電流変換装置１０Ｆは、放射線・電流変換装置１０を備えているが、放射線・電流変換装置１０に代わって、図２に示される放射線・電流変換装置１０Ａや図３に示される放射線・電流変換装置１０Ｂを備えても良い。
【００９７】
[第６実施形態]
図６（Ａ）に本発明に係る放射線・電流変換装置の第６実施形態を示す装置概要図を示す。また、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示されるＢ−Ｂ線に沿う方向から見た場合の斜視図である。
【００９８】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）を用いて、第６実施形態を示す放射線・電流変換装置１０Ｇおよびその方法を説明する。尚、図６（Ａ）に示される放射線・電流変換装置１０は、図１に示される放射線・電流変換装置１０と比較して、第２の電極１２Ａを第２の電極１２の代わりに備え、さらに、読み出し回路３０および表示手段３１を備える点以外は全く異ならないので、同じ符号を付して説明を省略する。
【００９９】
図６（Ａ）によれば、放射線・電流変換装置１０Ｇは、第１の電極１１と、電子供与体１４と、酸化還元物質１５との他に、図１に示される放射線・電流変換装置１０が備える第２電極１２に代わり、図６（Ｂ）に示される第２の電極１２Ａを具備する。
【０１００】
図６（Ｂ）に示される第２の電極１２Ａが備える第１の導電性薄膜２５Ａは、例えば、５×５等のマトリックス状、すなわち、ｍ×ｎ（ｍ，ｎは任意の自然数）に分割された放射線・電流変換を行う最小構成単位（以下、放射線感受部とする）３２をｍ×ｎ個有する分割薄膜で形成される。第１の導電性薄膜２５Ａに形成された２５個の放射線感受部３２は、放射線・電流変換により生じた電圧または電流を読み出す読み出し線３３を有する。放射線感受部３２が有する読み出し線３３は読み出し回路３０を介して表示手段３１に接続される。そして、放射線・電流変換装置１０Ｇは、放射線感受部３２からの電圧または電流を順次に読み出して表示可能なように構成されている。
【０１０１】
放射線・電流変換装置１０Ｇは、放射線の照射される平面あるいは曲面上の放射線強度分布に応じて、第１の導電性薄膜２５Ａが備える各放射線感受部３２で出力電圧または出力電流を発生する。従って、放射線・電流変換装置１０Ｇに配置される個々の放射線感受部３２の出力電圧または出力電流を測定することで、放射線の照射される平面あるいは曲面上の放射線強度分布を測定するセンサを構築することが可能となる。
【０１０２】
本実施形態の放射線・電流変換装置１０Ｇおよびその方法によれば、１つの放射線・電流変換装置１０Ｇから放射線強度分布に相関性のある電流・電圧信号を得られるので、第５実施形態を示す放射線・電流変換装置１０Ｆよりも狭い面積、具体的には放射線・電流変換装置１０Ｇと同程度の面積において、放射線強度分布が測定可能な放射線強度分布測定センサとして機能させることができる。
【０１０３】
尚、放射線・電流変換装置１０Ｇは、第２の電極１２が備える第１の導電性薄膜２５Ａをマトリックス状、すなわち、ｍ×ｎ（ｍ，ｎは任意の自然数）に分割された分割薄膜として形成していたが、いずれか一方の電極が第１の導電性薄膜２５Ａを備えていれば良い。従って、第２の電極１２ではなく、第１の電極１１にマトリックス状に分割した分割薄膜で形成した第１の導電性薄膜２５Ａを備えさせても良い。
【０１０４】
また、第１の導電性薄膜２５Ａを備えていない側の電極は、放射線透過性を有していなくても放射線・電流変換装置１０Ｇを放射線強度分布が測定可能な放射線強度分布センサとして機能させることができる。
【０１０５】
さらに、放射線・電流変換装置１０Ｇが備える第１の導電性薄膜２５Ａは、図６（Ｂ）に示されるようなマトリックス状のパターニングに限らない。マトリックス状のパターニングは一例であり、パターニング可能な形態を全て包含する。
【０１０６】
さらにまた、第１の電極１１および第２の電極１２は、絶縁体の電極基板２４上に出力端子１７を有する第１の導電性薄膜２５を備えた構造となっているが、出力端子１７を有する導体を備える電極基板に構成し、半導体薄膜２６および第２の導電性薄膜２７と接する側の面を図６（Ｂ）に示されるようなパターニングを行っても良い。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明に係る放射線・電流変換装置によれば、放射線を電流に変換するプロセスにおいて、電流を新たに発生させるエネルギ源としての放射性同位元素を内包する構造を有していないので、放射性廃棄物等の外部放射線源を有効利用して作動し得る放射線・電流変換装置およびその方法を提供することができる。
【０１０８】
また、本発明に係る放射線・電流変換装置は、放射線増感作用する電子供与体物質と酸化還元物質を組み合わせて放射線から直接電流へ変換可能な高効率変換の電子移動サイクルを形成するので、従来の放射線・電流変換装置よりも高効率に電流を発生する放射線・電流変換装置およびその方法を提供することができる。
【０１０９】
さらに、本発明に係る放射線・電流変換装置は、同一放射線を複数回にわたり電流変換に利用することが可能に構成されるため、放射線のエネルギ利用率が高く、効率的手段を有する放射線・電流変換装置およびその方法を提供することができる。
【０１１０】
さらにまた、放射線・電流変換装置は、装置配置を直列・並列集積化したり、シート状にしたり、筒状にしたりと多様に設定可能なので、放射線・電流変換装置の形状を多様に設定可能な放射線・電流変換装置およびその方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放射線・電流変換装置の第１実施形態を示す装置構成図。
【図２】本発明に係る放射線・電流変換装置の第２実施形態を示す装置構成図。
【図３】本発明に係る放射線・電流変換装置の第３実施形態を示す装置構成図。
【図４】本発明に係る放射線・電流変換装置の第４実施形態の構造を示す図であり、（Ａ）は、第１実施形態を示す放射線・電流変換装置を直列配置し、各放射線・電流変換装置を直列接続した場合、（Ｂ）は、第１実施形態を示す放射線・電流変換装置を並列配置し、各放射線・電流変換装置を直列接続した場合、（Ｃ）は、第１実施形態を示す放射線・電流変換装置を並列配置し、放射線・電流変換装置を並列接続した場合を示す説明図。
【図５】本発明に係る放射線・電流変換装置の第５実施形態を示す装置構成図。
【図６】本発明に係る放射線・電流変換装置の第６実施形態を示す装置構成図であり、（Ａ）は、第６実施形態を示す放射線・電流変換装置の装置概要図、（Ｂ）は、Ｂ−Ｂ線に沿う位置から見た斜視図。
【図７】従来の放射線・電流変換装置の構造を示す概要図。
【符号の説明】
１０放射線・電流変換装置
１１第１の電極（負極）
１２第２の電極（正極）
１４電子供与体
１５酸化還元物質
１７ａ，１７ｂ出力端子
１８ａ，１８ｂ接続導体
１９負荷装置
２１外部放射線源
２２放射線
２４電極基板
２５第１の導電性薄膜（導体）
２６半導体薄膜（電子抽出促進物質）
２７第２の導電性薄膜（電子供与促進物質）
２９結線
３０読み出し回路
３１表示手段
３２放射線感受部
３３読み出し線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radiation / current converter and a method thereof, and more particularly, to a radiation / current converter and a method thereof capable of current-converting the same radiation a plurality of times using an external radiation source.
[0002]
[Prior art]
A conventional radiation / current converter is shown in FIG.
[0003]
The radiation / current conversion device 1 shown in FIG. 7 is generally known by the name of a nuclear battery or an isotope battery (Radio Isotope battery: RI battery). The radiation / current conversion device 1 includes a power generation means 3 that performs radiation / current conversion inside a main casing 2. The power generation means 3 is covered with a radiation shield 5 a and is housed in the main casing 2.
[0004]
The power generation means 3 includes an energy container 7 in which a radioisotope serving as a radiation source 6 as an energy source for supplying a current is sealed with a radiation shield 5b so as not to leak radiation, and heat energy generated in the energy container 7 is electrically A thermoelectric conversion element 8 that converts energy into energy and an output terminal 9 that extracts electric energy from the thermoelectric conversion element 8 are provided.
[0005]
The radiation / current conversion method of the radiation / current conversion apparatus 1 performs conversion from radiation to electricity by two-stage conversion. Specifically, the decay energy generated when the radioisotope, which is the radiation source 6 included in the energy container 7 included in the radiation / current converter 1, is first converted into thermal energy. Then, the converted thermal energy is converted into electrical energy by the thermoelectric conversion element 8, and the electrical energy is taken out from the output terminal 9 as a current.
[0006]
As a radiation / current conversion method other than the radiation / current conversion method performed in the radiation / current conversion device 1 shown in FIG. 7, the radiation generated when the radioisotope decays is generated between two semiconductor electrodes arranged inside the device. There is a method of simply taking out the current generated from the generated electrons and holes when irradiating the bonding surface.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional radiation / current converter 1 has a structure including a radiation source 6 as an energy source for generating a current inside the fuel container 7 shielded by the radiation shield 5b, that is, a radioisotope. . Therefore, there is a problem that the radiation / current conversion device 1 cannot be operated by effectively using an existing external radiation source such as radioactive waste outside the radiation / current conversion device 1.
[0008]
On the other hand, the conventional radiation / current conversion method is a method of obtaining a current by two-stage conversion in which a current is once obtained from heat through heat, so that the conversion efficiency for converting radiation into a current is low. Even in a method of obtaining current by simply using an electromotive force generated when radiation passes once through two semiconductor electrode joint surfaces, the energy rate contributing to current generation is low in the energy of radiation, and radiation is There is a problem that the conversion efficiency to convert to is low.
[0009]
Furthermore, the conventional radiation / current conversion method has a problem that the same radiation cannot be used for current conversion a plurality of times.
[0010]
The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and as an energy source for generating an electric current, for example, a radiation / current conversion device that can operate by effectively using an existing external radiation source such as radioactive waste, and the like An object is to provide such a method.
[0011]
Another object of the present invention is to provide a higher conversion efficiency than a radiation / current conversion apparatus and method using a two-stage conversion in which a process in which current is converted by irradiated radiation obtains an electromotive force from radiation once through heat. The present invention provides a radiation / current conversion apparatus and method.
[0012]
Furthermore, another object of the present invention is to provide a radiation / current conversion apparatus and method having an efficient means that can be used for radiation / current conversion a plurality of times with the same radiation.
[0013]
Furthermore, another object of the present invention is to provide a radiation / current conversion device and method thereof that can set various shapes of the radiation / current conversion device.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a radiation / current conversion device according to the present invention includes a first electrode and a second electrode for taking out a current generated by radiation / current conversion, and the first electrode. An electron donor that is adjacent to one electrode and reacts with radiation irradiated from a radiation source to donate electrons to the first electrode, and is adjacent to the second electrode, and performs an oxidation-reduction action by transferring electrons. An oxidation-reduction substance, the first electrode and the second electrode are arranged to face each other, and the electron donor and the oxidation-reduction substance are disposed between the first electrode and the second electrode. And a mechanism capable of taking out generated electrons as current from the first electrode and the second electrode by irradiating the electron donor from the radiation source.
[0015]
In such a radiation / current converter, the electron donor is excited by the irradiated radiation to donate electrons to the electrode. Since the electrons donated to the electrode move in the closed loop of the radiation / current converter, a current can be generated. Therefore, the energy of radiation irradiated to the electron donor can be directly converted into electric energy and extracted.
[0016]
In order to solve the above-described problems, in the radiation / current converter according to the present invention, as described in claim 2, at least one of the first electrode and the second electrode is made of a material having radiation transparency. It is characterized by providing.
[0017]
In such a radiation / current converter, since radiation is transmitted through the electrode, it is easily irradiated and excited by the electron donor in the inner layer of the radiation / current converter, so that the electrons donated to the electrode increase, The generated electromotive force can be increased.
[0018]
In order to solve the above-described problem, the radiation / current conversion device according to the present invention is such that the radiation irradiated from the radiation source is α-ray, β-ray, γ-ray, X-ray. It is a neutron beam.
[0019]
Such a radiation / current converter uses α-rays, β-rays, γ-rays, X-rays, and neutron rays as irradiation radiation, and is combined with various radiations and easily sensitized electron donors to increase the various radiations. A current can be generated by sensing.
[0020]
Furthermore, in order to solve the above-described problems, the radiation / current conversion device according to the present invention has a semiconductor thin film on the electrode surface in contact with the electron donor. This semiconductor thin film is made of TiO₂, Nb₂O₅ZnO, SnO₂, WO₃, In₂O₃, ZrO₂, Ta₂O₅It contains at least one oxide selected from
[0021]
On the other hand, in order to solve the above-described problems, the radiation / current conversion device according to the present invention includes a semiconductor thin film on the electrode surface in contact with the electron donor. This semiconductor thin film is made of Ge, GaSb, CuInSeS, Si, Cu_xIt contains at least one non-oxide selected from S, InP, CdTe, GaAs, a-Si: H, and AlGaAs.
[0022]
Such a radiation / current conversion device promotes the action of extracting electrons emitted from the electron donor material activated by irradiation with radiation to the first electrode side.
[0023]
In order to solve the above-described problem, the radiation / current conversion device according to the present invention is such that, as described in claim 6, the redox substance is an iodine-containing substance, a potassium-containing substance, a hydroquinone-containing substance, or a selenium-containing substance. A redox system is formed using at least one substance selected from the group consisting of:
[0024]
Furthermore, in order to solve the above-described problems, the radiation-current converter according to the present invention is the salt in which the redox substance is in a molten state at room temperature, as described in claim 7, and is an imidazolium salt and an iodine salt. It contains at least one kind of compound.
[0025]
Such a radiation-current converter includes a substance containing at least one of a substance having iodine, a substance having potassium ferrocyanide, a substance having hydroquinone, a substance having selenium, an imidazolium salt and an iodide as a redox substance. A redox system is constructed using, and in combination with an appropriate electron donor, it sensitizes to various radiations and generates an electric current.
[0026]
On the other hand, in order to solve the above-described problem, the radiation / current conversion device according to the present invention includes, as described in claim 8, platinum, carbon, etc. on the electrode surface where the second electrode is in contact with the redox material. It has the conductive thin film of this.
[0027]
Such a radiation / current converter has a conductive thin film of platinum, carbon or the like on the surface of the second electrode, so that the oxidized redox substance diffuses to the second electrode, and the second electrode The reduction rate of receiving and reducing electrons from can be promoted.
[0028]
In order to solve the above-described problem, the radiation-current converter according to the present invention includes the base material and the activator as described in claim 9, and the base material includes: Gd having the property of easily releasing electrons when irradiated with radiation₂O₂S, Y₂O₂It is a substance containing at least one selected from oxides such as S and sulfides such as ZnS.
[0029]
Furthermore, in order to solve the above-described problem, in the radiation / current conversion device according to the present invention, as described in claim 10, the substance serving as the electron donor includes a base material and an activator, and The active material is characterized by being a substance containing a dye having a radiation sensitizing action upon irradiation with radiation, that is, a dye that is in an excited state.
[0030]
Such a radiation-current converter is in an excited state when it is sensitized by irradiation with radiation, and a substance that has the property of easily releasing electrons when irradiated with radiation. By using a substance containing a dye, that is, a fluorescent substance, the electromotive force generated when radiation is transmitted between the two electrodes once can be improved as compared with the prior art.
[0031]
In order to solve the above-described problem, a radiation / current conversion device according to the present invention has a first electrode having radiation transparency and a radiation transmission property opposite to the first electrode. An electron donor that is arranged between the first electrode and the second electrode and receives radiation irradiated from a radiation source to donate electrons, and the first electrode A redox substance disposed adjacent to the electron donor between the first electrode and the second electrode and acting on the redox by the exchange of electrons, the electron donor from the radiation source to the electron donor A radiation-current converter having a mechanism for generating electrons in response to radiation irradiation to the device and taking out the generated electrons as current from the first electrode and the second electrode is connected and integrated in parallel or in series. One radiation is the radiation-current conversion Possible to plurality transmit location, to improve the energy utilization, characterized by being configured to be capable capacity of the output voltage or current.
[0032]
In order to solve the above-described problem, the radiation / current conversion device according to the present invention includes, as described in claim 12, the first electrode and the second electrode have radiation permeability, and are sheet-like. Or it is a structure wound up in the form of a film, and it is possible to transmit one radiation through the first electrode and the second electrode a plurality of times and to improve the energy utilization rate, thereby increasing the output voltage or current. It is characterized by increasing capacity.
[0033]
Furthermore, in order to solve the above-described problem, the radiation / current conversion device according to the present invention is such that, as described in claim 13, the first electrode and the second electrode have radiation transparency, Large capacity of output voltage or current by forming a cylindrical structure with one electrode and second electrode, allowing one radiation to pass through the two electrodes a plurality of times and improving energy utilization It is characterized by having made it.
[0034]
In such a radiation / current converter, the radiation / current converters are connected and integrated in parallel or in series so that one radiation can pass through a plurality of radiation / current converters. The two electrodes are rolled up in sheet or film form, or in a cylindrical structure, so that one radiation can pass through the current converter multiple times, improving the energy utilization rate and the output voltage Alternatively, the output current is increased in capacity.
[0035]
On the other hand, in order to solve the above-described problem, the radiation / current conversion device according to the present invention includes, as described in claim 14, a semiconductor thin film on the electrode surface in which the first electrode is in contact with the electron donor, The second electrode has a conductive thin film such as platinum or carbon on the electrode surface in contact with the redox substance, and the electron donor reacts to radiation irradiation from a radiation source to the electron donor. A radiation-current converter having a mechanism for generating electrons and taking out the generated electrons as current from the first electrode and the second electrode is arranged on a plane or a curved surface, in a line shape or on a tile, Radiation sensor function is possible by generating and extracting current / voltage signals correlated with radiation intensity distribution on the plane or curved surface irradiated with radiation from the radiation source. Characterized in that the configuration was.
[0036]
Such a radiation / current converter is arranged on a plane or a curved surface, in a line or on a tile, and a plane on which radiation is irradiated by integrating current / voltage signals generated by each radiation / current converter. Alternatively, it can be used as a radiation intensity sensor capable of measuring a radiation intensity distribution on a curved surface.
[0037]
Furthermore, in order to solve the above-described problem, the radiation / current conversion device according to the present invention includes a semiconductor thin film formed on the electrode surface in contact with the electron donor. The second electrode has a conductive thin film of platinum, carbon or the like on the electrode surface in contact with the redox substance, and the semiconductor thin film or the conductive thin film has m rows × n columns (m and n are arbitrary). A matrix thin film having m × n radiation-sensitive portions formed in a matrix of natural number), and a current / voltage signal correlated with the radiation intensity distribution of the radiation emitted from the radiation source. It is characterized in that the radiation sensor function is made possible by taking it out from the individual radiation sensation parts of the.
[0038]
In such a radiation / current conversion device, a semiconductor thin film or a conductive thin film on an electrode is formed in a matrix structure of m rows × n columns (m and n are arbitrary natural numbers), and is contained in one radiation / current conversion device. By taking out and measuring the generated current / voltage signal, it can be used as a radiation intensity sensor capable of measuring a radiation intensity distribution in an area equal to or less than that of the radiation / current converter.
[0039]
  In order to solve the above-described problem, the radiation / current conversion method of the present invention includes, as described in claim 16, a radiation irradiation step of irradiating an electron donor from a radiation source, and an electron irradiation by this radiation irradiation step. An electron generation step for exciting the donor to generate electrons, and a current extraction step for taking out the generated electrons as an electric current from the electron donor.In the closed loop circuit formed by connecting the electron donor, the load device and the redox substance, the circulation of electrons taken out from the electron donor is continuously caused by the oxidation / reduction reaction action of the redox substance. GenerateIt is characterized by that.
[0040]
In such a radiation / current conversion method, an electron donor is excited in a radiation irradiation step of irradiating the radiation / current conversion device with radiation, and electrons excited in the electron generation step move in a closed loop of the radiation / current conversion device. Since a cycle of electron transfer can be generated, radiation energy can be directly converted into electrical energy and extracted. In addition, while the radiation is applied, the electron transfer cycle is repeated, and the radiation / current conversion can be continued.
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a radiation / current conversion apparatus and method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0042]
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of a radiation / current converter according to the present invention. Referring to FIG. 1, a first embodiment of a radiation / current conversion apparatus and method will be described.
[0043]
According to FIG. 1, the radiation / current conversion device 10 includes a first electrode 11 having radiation transparency, and a second electrode 12 having radiation transparency and disposed opposite to the first electrode. An electron donor 14 disposed adjacent to the first electrode 11 for donating electrons generated by radiation irradiation, and an electron redox reaction disposed adjacent to the second electrode 12 for exchanging electrons. And an oxidation-reduction substance 15.
[0044]
The electron donor 14 and the oxidation-reduction substance 15 included in the radiation / current conversion device 10 are disposed so as to be sandwiched between the first electrode 11 and the second electrode 12 while being in contact with each other. When the radiation / current converter 10 is used, the output terminal 17a provided on the first electrode 11 and the output terminal 17b provided on the second electrode 12 are connected to a connection conductor such as a copper wire, for example. The load device 19 is connected and electrically connected via 18a and 18b.
[0045]
The outline of the radiation / current conversion method by the radiation / current conversion device 10 is as follows. The electron donor 14 inside the radiation / current conversion device 10 receives radiation 22 from the external radiation source 21 outside the radiation / current conversion device 10. The reaching radiation 22 excites the electron donor 14, and electrons are emitted from the electron donor 14. The emitted electrons are donated from the electron donor 14 to the first electrode 11, and pass through the first electrode 11, the connection conductor 18 a, the load device 19, the connection conductor 18 b, the second electrode 12, and the redox material 15. Thus, a current is generated by moving the closed loop back to the electron donor 14.
[0046]
One cycle in the closed loop of the radiation / current converter 10 in which electrons are emitted and transferred, that is, the electron donor 14 → the first electrode 11 → (connection conductor 18a, load device 19, connection conductor 18b) → second The configuration of the radiation / current conversion device 10 and the details of the radiation / current conversion method will be described along one cycle of the closed loop of the electrode 12 → the redox material 15 → the electron donor 14.
[0047]
The electron donor 14 uses a substance having a property of easily releasing electrons when irradiated with radiation 22 from an external radiation source 21, and a dye that sensitizes the matrix when irradiated with radiation 22, That is, it is a substance containing a dye excited by radiation 22 as an activator, for example, Gd₂O₂S: Eu.
[0048]
  Examples of the base material of the electron donor 14 include YAlO.₃, Y₂SiO₅, Gd₂SiO₅, YTaO₄, BaFCl, CaWO₄, CdWO₄, ZnWO₄, MgWO₄, Sr₅(PO₄)₃Cl, YPO₄, GdBO₃, Gd₂O₃, Gd₂O₂S, Gd₃Al₅O₁₂, Gd₃Ga₅O₁₂, GdVO₄, Gd₃Ga₅O₁₂, Y₂O₃, La₂O₃, La₂O₂S, InBO₃, (Y, In) BO₃, Y₂O₂S, Zn₂SiO₄MgGa₂O₄ , ZnSA substance containing at least one selected from the group consisting of:
[0049]
On the other hand, for the activator of the electron donor 14, for example, a substance containing at least one selected from Ag, Ce, Cl, Cr, Dy, Eu, Mn, Nb, Pr, and Tb is used. .
[0050]
When the radiation / current conversion device 10 is irradiated with the radiation 22, the radiation 22 passes through the first electrode 11 and the second electrode 12 having radiation transparency and enters the electron donor 14. A part of the incident radiation 22 is absorbed by the electron donor 14, and the electron donor 14 is excited and emits electrons by the energy of the absorbed radiation 22. The emitted electrons are donated to the adjacent first electrode 11. When donating to the adjacent first electrode 11, the electron donor 14 emits electrons, and thus enters an oxidized state.
[0051]
The first electrode 11 includes an electrode substrate 24 that is an insulator, a first conductive thin film 25 having an output terminal 17a for taking out electrons generated by radiation irradiation as a current, and electrons generated by the electron donor 14. A semiconductor thin film 26 as an electron extraction promoting substance that promotes extraction is provided in a layer form. The first electrode 11 is disposed so as to be in contact with the electron donor 14 on the surface of the semiconductor thin film 26.
[0052]
The semiconductor thin film 26 included in the first electrode 11 is a semiconductor containing an oxide or a non-oxide, and the oxide contained in the semiconductor thin film 26 is, for example, TiO.₂, Nb₂O₅ZnO, SnO₂, WO₃, In₂O₃, ZrO₂, Ta₂O₅There is. Non-oxides contained in the semiconductor thin film 26 are Ge, GaSb, CuInSeS, Si, Cu_xThere are S, InP, CdTe, GaAs, a-Si: H, and AlGaAs.
[0053]
  Since the semiconductor thin film 26 is adjacent to the electron donor 14, electrons generated in the electron donor 14 are efficiently extracted to the first electrode 11. The extracted electrons are output from the output terminal 17a to the connection conductor 18a, the load device 19, and the connection conductor.18bThen, the second electrode 12 moves from the output terminal 17b included in the second electrode 12 to the second electrode 12. The first electrode 11 is a negative electrode, and the second electrode 12 is a negative electrode and a second electrode 12 from the direction of movement of electrons between two electrodes of the radiation / current converter 10, that is, between the first electrode 11 and the second electrode 12. It becomes the positive electrode.
[0054]
Similar to the first electrode 11, the second electrode 12 includes a first conductive thin film 25 having an output terminal 17 b on the electrode substrate 24, and an electron donating accelerator that donates electrons to the redox material 15. The second conductive thin film 27 is provided in layers. The second electrode 12 is disposed so as to be in contact with the redox material 15 on the surface of the second conductive thin film 27.
[0055]
Electrons move from the output terminal 17 b included in the first conductive thin film 25 to the second conductive thin film 27 via the first conductive thin film 25 provided in the second electrode 12. The second conductive thin film 27 is, for example, carbon, platinum or the like, and has an effect of promoting electron donation to the adjacent redox material 15. Therefore, the second conductive thin film 27 can efficiently donate electrons from the second electrode 12 to the redox material 15.
[0056]
The redox material 15 is a material constituting a redox system (hereinafter referred to as a redox material), a salt that is in a molten state at room temperature (hereinafter referred to as a room temperature molten salt), or an iodide having a melting point of room temperature or lower.
[0057]
Examples of redox materials that can be used for the redox material 15 include iodine (I₂), Lithium iodide (LiI), potassium iodide (KI), magnesium iodide (MgI)₂), Calcium iodide (CaI)₂), Tetrapropylammonium iodine {(C₃H₇)₄NI}, dimethylpropylimidazolyl iodine {(CH₃)₂(C₃H₇) C₅H₂NI}, potassium-containing materials such as potassium ferrocyanide, hydroquinone-containing materials such as hydroquinone, and selenium-containing materials such as selenium.
[0058]
On the other hand, examples of the room temperature molten salt that can be used for the redox material 15 include imidazolium salts, and examples of the iodide having a melting point equal to or lower than room temperature include hexylmethylimidazolium iodide.
[0059]
  Redox substance 15 is iodine redox system (I₃ ⁻/ I⁻In the case of), first, electrons that have moved to the second electrode 12 between the redox material 15 and the second electrode 12 are received from the second conductive thin film 27 provided in the second electrode 12. . When the redox material 15 receives electrons from the second electrode 12,I ₃ ⁻ + 2e ⁻ → 3I ⁻The reaction proceeds.
[0060]
  The redox material 15 that has received and reduced electrons functions as a reducing agent between the redox material 15 and the electron donor 14. Accordingly, the electron donor 14 that has been oxidized by donating electrons is reduced by being donated with electrons from the redox material 15. When the redox material 15 donates electrons to the electron donor 14,3I ⁻ → I ₃ ⁻ + 2e ⁻The reaction proceeds.
[0061]
While the radiation 22 is irradiated with the radiation 22, the radiation / current conversion device 10 continues to emit electrons with the electron donor 14, repeats one cycle of electron transfer starting from the electron donor 14, and continues to supply power to the load device 19. To do.
[0062]
On the other hand, the radiation / current conversion device 10 has different power generation efficiency depending on the ease with which the electron donor 14 is excited by radiation, the type of radiation, and the radiation intensity. The ease with which the electron donor 14 is excited by radiation is, for example, Gd of only the base material.₂O₂S and base material Gd₂O₂Gd with Eu in S₂O₂S: Gd when compared with Eu₂O₂S: Eu is more easily excited and has higher power generation efficiency.
[0063]
Furthermore, when the activation material in which Eu and Tb are mixed is activated on the base material, the efficiency of power generation is improved as compared with the case where only Eu is activated on the base material. This phenomenon is considered to be effectively related to cross relaxation in which excited electrons become a ground state. Therefore, Gd₂O₂Y which is easy to cause cross relaxation other than S base material₂O₂The same effect can be obtained when S or the like is used as a base material.
[0064]
Regarding the reaction to radiation, Gd and W having a large atomic number are efficient for ionizing radiation of X-rays and γ-rays, and in the case of reaction with neutrons, internal conversion electrons accompanying the (n, γ) reaction of Gd It is more efficient to use the larger reaction cross section. It has also been confirmed by experiments that the substances used for the electron donor 14 are mixed and used rather than being used alone, and the efficiency of power generation is improved by the effect of relaxation.
[0065]
Therefore, the explanation is based on the fact that the excitation level of electrons in each substance varies depending on the activator element, and the relaxation phenomenon varies depending on the crystal field. In practice, it is preferable to increase the efficiency to change the mixing ratio of the phosphor and the mixing ratio of the activator depending on the type of radiation and the dose rate.
[0066]
According to the radiation / current conversion device 10 of the present embodiment, the first electrode 11 and the second electrode in which the radiation 22 emitted from the external radiation source 21 outside the radiation / current conversion device 10 has radiation transparency. Electrons are emitted from the electron donor 14 by exciting the electron donor 14 disposed between the two electrodes through the electrode 12. The electrons are circulated in a closed loop including the load device 19, thereby enabling power supply to the load device 19.
[0067]
The first electrode 11 and the second electrode 12 included in the radiation / current conversion device 10 have a structure including a first conductive thin film 25 having an output terminal 17 on an insulating electrode substrate 24. However, an electrode substrate including a conductor having an output terminal 17 may be used. In the second electrode 12, the first conductive thin film 25 and the second conductive thin film 27 are provided as separate conductors, but the first conductive thin film 25 is the same as the second conductive thin film 27. It may be a thing.
[0068]
Furthermore, although both electrodes are assumed to have radiation transparency, the radiation / current conversion device 10 can perform radiation / current conversion if at least one of the electrodes has radiation transparency. However, when only one of the electrodes has radiolucency, the efficiency of power generation is reduced as compared with the case where both electrodes have radiolucency.
[0069]
Furthermore, although the electron donor 14 is a substance that includes a base material and an activator, the activator may not be provided. For example, Gd₂O₂S: Gd not containing Eu, which is an activator of Eu₂O₂S may also be used. However, when no activator is used, the efficiency of power generation is reduced when Eu is used as the activator.
[0070]
[Second Embodiment]
FIG. 2 shows an apparatus schematic diagram showing an example of a second embodiment of the radiation / current conversion apparatus according to the present invention.
[0071]
The radiation / current converter 10A and the method thereof according to the second embodiment will be described with reference to FIG. In the radiation / current conversion device 10A shown in FIG. 2, parts that are not different from the radiation / current conversion device 10 shown in FIG.
[0072]
The radiation / current converter 10A shown in FIG. 2 is between the two electrodes of the radiation / current converter 10 showing the first embodiment, that is, the first electrode 11 and the second electrode 12, and the electron donor 14. And the oxidation-reduction substance 15 in the form of a sheet or film so that it can be rolled up.
[0073]
The radiation / current conversion device 10A is the first except that it includes a first electrode 11A and a second electrode 12A that can be rolled up in the form of a sheet or film, an electron donor 14A, and a redox material 15A. It is not different from the radiation / current converter 10 of the embodiment at all. Further, the radiation / current conversion method of the radiation / current conversion device 10A is not different from the radiation / current conversion method of the radiation / current conversion device 10 of the first embodiment, and the description thereof is omitted here.
[0074]
According to the radiation / current conversion device 10A and the method of the present embodiment, one radiation 13 can pass through the radiation / current conversion device 10A a plurality of times, and the energy utilization rate of the radiation 22 is improved. Compared with the radiation / current converter 10 of the first embodiment, the output voltage or current can be increased.
[0075]
Note that the radiation / current conversion device 10A according to the present embodiment does not have to have a structure of winding up as shown in FIG. A structure in which a plurality of the radiation / current conversion devices 10A are diffracted and stacked with an arbitrary width may be used.
[0076]
[Third embodiment]
FIG. 3 shows an apparatus schematic diagram showing a third embodiment of the radiation / current conversion apparatus according to the present invention.
[0077]
The radiation / current converter 10B and the method thereof according to the third embodiment will be described with reference to FIG. In the radiation / current conversion device 10B shown in FIG. 3, portions that are not different from the radiation / current conversion devices 10 and 10A shown in FIG. 1 and FIG.
[0078]
A radiation / current conversion device 10B shown in FIG. 3 includes a first electrode 11 and a second electrode 12, and an electron donor 14 between the two electrodes of the radiation / current conversion device 10 shown in FIG. The redox material 15 is formed in a cylindrical shape such as a cylinder, for example.
[0079]
The radiation / current conversion device 10B formed in a cylindrical shape is the same as that of the first embodiment except that it includes the first electrode 11B and the second electrode 12B, an electron donor 14B, and a redox material 15B. It is not different from the radiation / current converter 10 at all. Further, the radiation / current conversion method of the radiation / current conversion device 10B is not different from the radiation / current conversion method of the radiation / current conversion device 10 of the first embodiment, and a description thereof will be omitted here.
[0080]
According to the radiation / current conversion device 10B and the method of the present embodiment, one radiation 22 can pass through the radiation / current conversion device 10B a plurality of times, and the energy utilization rate of the radiation 22 is improved. Compared with the radiation / current converter 10 of the first embodiment, the output voltage or current can be increased.
[0081]
[Fourth embodiment]
FIG. 4A to FIG. 4C are schematic views showing a fourth embodiment of the radiation / current conversion device according to the present invention.
[0082]
The radiation / current converters 10C, 10D, and 10E and the method thereof according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (c). The radiation / current conversion devices 10C, 10D, and 10E shown in FIGS. 4A to 4C are not different from the radiation / current conversion devices 10, 10A, and 10B shown in FIGS. The parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
[0083]
A radiation / current conversion device 10C shown in FIG. 4A includes a plurality of radiation / current conversion devices 10 shown in FIG. 1 arranged in series, and a second electrode 12 that is a positive electrode of the radiation / current conversion device 10. The radiation / current converter 10 is connected in series with the first electrode 11, which is a negative electrode, using a connection 29, and is connected and integrated.
[0084]
In the radiation / current conversion device 10C shown in FIG. 4A, one radiation 22 can pass through a plurality of radiation / current conversion devices 10, and the energy utilization rate of the radiation 22 is improved. Since the radiation / current conversion device 10C has a plurality of radiation / current conversion devices 10 connected in series, the output voltage of the radiation / current conversion device 10C is compared with the output voltage of the radiation / current conversion device 10 alone. Thus, the voltage is approximately equal to the number of times that of the radiation / current converter 10 connected in series.
[0085]
On the other hand, in the radiation / current conversion device 10D shown in FIG. 4B, a plurality of the radiation / current conversion devices 10 shown in FIG. The electrode 12 and the first electrode 11, which is a negative electrode, are connected in series using a connection line 29 and are connected and integrated.
[0086]
In the radiation / current conversion device 10D shown in FIG. 4B, one radiation 22 can pass through a plurality of radiation / current conversion devices 10, and the energy utilization rate of the radiation 22 is improved. Further, since the radiation / current converter 10D has a plurality of radiation / current converters 10 connected in series, the output voltage of the radiation / current converter 10D is compared with the output voltage of the radiation / current converter 10 alone. Thus, the voltage is approximately equal to the number of times that of the radiation / current converter 10 connected in series.
[0087]
In addition, the radiation / current conversion device 10E shown in FIG. 4C has a plurality of radiation / current conversion devices 10 shown in FIG. The electrode 12 and the first electrode 11, which is a negative electrode, are connected in parallel using a connection line 29 and are connected and integrated.
[0088]
In the radiation / current conversion device 10E, one radiation 22 can pass through the plurality of radiation / current conversion devices 10, and the energy utilization rate of the radiation 22 is improved. In addition, since the radiation / current converter 10E has a plurality of radiation / current converters 10 connected in parallel, the output current of the radiation / current converter 10E is compared with the output current of the radiation / current converter 10 alone. Thus, the current is approximately equal to the number of times that of the radiation / current converter 10 connected in parallel.
[0089]
According to the radiation / current converters 10C, 10D, and 10E and the method thereof according to the present embodiment, one radiation 22 can pass through the plurality of current converters 10, and the energy utilization rate is improved. Further, if the output voltages and currents from the plurality of current converters 10 are electrically connected in series and taken out, the output voltage can be increased. If they are connected in parallel and taken out, the output current can be increased. Is possible.
[0090]
In the present embodiment, the radiation / current converters 10C, 10D, and 10E are configured by connecting and integrating the radiation / current converters 10 shown in FIG. 1, but the radiation / current converters shown in FIG. The apparatus 10 may not be connected and integrated. The radiation / current conversion device 10A shown in FIG. 2 or the radiation / current conversion device 10B shown in FIG. In other words, the radiation / current converters 10C, 10D, and 10E include the radiation / current converter 10 shown in FIG. 1, the radiation / current converter 10A shown in FIG. 2, and the radiation / current converter 10B shown in FIG. It is sufficient that at least one of them is included.
[0091]
[Fifth Embodiment]
FIG. 5 is a schematic diagram showing a fifth embodiment of the radiation / current conversion apparatus according to the present invention.
[0092]
The radiation / current conversion device 10F and the method thereof according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG. In the radiation / current conversion device 10F shown in FIG. 5, parts that are not different from the radiation / current conversion device 10 shown in FIG.
[0093]
The radiation / current converter 10F shown in FIG. 5 includes at least one radiation / current converter 10 shown in FIG. 1, and the radiation / current converter 10 is arranged in a matrix on a plane, that is, m × n ( m and n are arbitrary natural numbers). The voltage or current signal output from each radiation / current conversion device 10 provided in the radiation / current conversion device 10F is taken out and connected to the display means 31 via the readout circuit 30 to output the output voltage or The current can be sequentially read and displayed.
[0094]
In the radiation / current conversion device 10F, each radiation / current conversion device 10 generates an output voltage or an output current in accordance with the radiation intensity distribution on the plane or curved surface irradiated with the radiation. Therefore, by measuring the output voltage or output current of each radiation / current conversion device 10 arranged in the radiation / current conversion device 10F, a sensor that measures the radiation intensity distribution on a plane or curved surface irradiated with radiation is provided. It becomes possible to construct.
[0095]
According to the radiation / current conversion device 10F of the present embodiment, a current / voltage signal having a correlation with the radiation intensity distribution can be obtained, so that it can function as a radiation intensity distribution measurement sensor.
[0096]
The radiation / current converter 10F includes the radiation / current converter 10. However, instead of the radiation / current converter 10, the radiation / current converter 10A shown in FIG. 2 or the radiation shown in FIG. -You may provide the electric current converter 10B.
[0097]
[Sixth Embodiment]
FIG. 6A is a schematic diagram showing a sixth embodiment of the radiation / current converter according to the present invention. FIG. 6B is a perspective view when viewed from the direction along line BB shown in FIG.
[0098]
A radiation / current converter 10G and a method thereof according to the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. 6 (A) and 6 (B). The radiation / current conversion device 10 shown in FIG. 6A includes a second electrode 12A instead of the second electrode 12 as compared with the radiation / current conversion device 10 shown in FIG. In addition, since there is no difference except that the readout circuit 30 and the display means 31 are provided, the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.
[0099]
According to FIG. 6A, the radiation / current conversion device 10G includes the first electrode 11, the electron donor 14, and the redox material 15 as well as the radiation / current conversion device 10 shown in FIG. 6B is provided instead of the second electrode 12 included in FIG. 6B.
[0100]
The first conductive thin film 25A included in the second electrode 12A shown in FIG. 6B is divided into a matrix of 5 × 5, for example, m × n (m and n are arbitrary natural numbers). It is formed of a divided thin film having m × n minimum structural units (hereinafter referred to as radiation sensitive portions) 32 for performing radiation / current conversion. The 25 radiation sensitive parts 32 formed on the first conductive thin film 25A have readout lines 33 for reading out the voltage or current generated by the radiation / current conversion. A readout line 33 included in the radiation sensing unit 32 is connected to the display unit 31 via the readout circuit 30. The radiation / current conversion device 10G is configured to sequentially read and display the voltage or current from the radiation sensing unit 32.
[0101]
The radiation / current conversion device 10G generates an output voltage or an output current at each radiation sensing unit 32 included in the first conductive thin film 25A according to a radiation intensity distribution on a plane or a curved surface irradiated with radiation. Accordingly, by measuring the output voltage or output current of each radiation sensing unit 32 arranged in the radiation / current conversion device 10G, a sensor for measuring the radiation intensity distribution on the plane or curved surface irradiated with radiation is constructed. It becomes possible.
[0102]
According to the radiation / current conversion device 10G and its method of the present embodiment, a current / voltage signal having a correlation with the radiation intensity distribution can be obtained from one radiation / current conversion device 10G. -It can be made to function as a radiation intensity distribution measuring sensor capable of measuring a radiation intensity distribution in an area smaller than that of the current converter 10F, specifically, in an area comparable to that of the radiation / current converter 10G.
[0103]
Note that the radiation / current conversion device 10G forms the first conductive thin film 25A included in the second electrode 12 as a divided thin film divided into a matrix, that is, m × n (m and n are arbitrary natural numbers). However, it is sufficient that either one of the electrodes includes the first conductive thin film 25A. Therefore, instead of the second electrode 12, the first electrode 11 may be provided with the first conductive thin film 25A formed of divided thin films divided in a matrix.
[0104]
The electrode on the side not provided with the first conductive thin film 25A causes the radiation / current conversion device 10G to function as a radiation intensity distribution sensor capable of measuring the radiation intensity distribution even if it does not have radiation transparency. Can do.
[0105]
Furthermore, the first conductive thin film 25A included in the radiation / current conversion device 10G is not limited to matrix patterning as shown in FIG. Matrix patterning is an example and includes all patterns that can be patterned.
[0106]
Furthermore, the first electrode 11 and the second electrode 12 have a structure including a first conductive thin film 25 having an output terminal 17 on an insulating electrode substrate 24. The electrode substrate having a conductor having the above structure may be formed, and the surface on the side in contact with the semiconductor thin film 26 and the second conductive thin film 27 may be patterned as shown in FIG.
[0107]
【The invention's effect】
According to the radiation / current converter according to the present invention, in the process of converting radiation into current, since it does not have a structure containing a radioisotope as an energy source for newly generating current, radioactive waste, etc. It is possible to provide a radiation / current conversion apparatus and method that can be operated by effectively using the external radiation source.
[0108]
In addition, the radiation-current conversion device according to the present invention forms a highly efficient conversion electron transfer cycle capable of directly converting radiation to current by combining a radiation-sensitizing electron donor substance and a redox substance. It is possible to provide a radiation / current conversion apparatus and method for generating a current with higher efficiency than that of the present radiation / current conversion apparatus.
[0109]
Furthermore, since the radiation / current converter according to the present invention is configured to be able to use the same radiation for current conversion multiple times, the radiation / current conversion has a high energy utilization rate and has an efficient means. An apparatus and method thereof can be provided.
[0110]
Furthermore, the radiation / current conversion device can be set in various ways, such as integrating the device arrangement in series or in parallel, in the form of a sheet, or in the form of a cylinder, so that the radiation / current conversion device can be set in various ways. A current conversion device and method thereof can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an apparatus configuration diagram showing a first embodiment of a radiation / current conversion apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is an apparatus configuration diagram showing a second embodiment of the radiation / current conversion apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is an apparatus configuration diagram showing a third embodiment of a radiation / current conversion apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the structure of a fourth embodiment of the radiation / current converter according to the present invention. FIG. 4 (A) shows the radiation / current converter according to the first embodiment arranged in series, When the current converters are connected in series, (B) is a parallel arrangement of the radiation / current converters shown in the first embodiment, and (C) is the first embodiment when the radiation / current converters are connected in series. Explanatory drawing which shows the case where the radiation and the current converter which show a form are arranged in parallel, and the radiation and the current converter are connected in parallel.
FIG. 5 is an apparatus configuration diagram showing a fifth embodiment of the radiation / current converter according to the present invention.
FIG. 6 is an apparatus configuration diagram showing a sixth embodiment of the radiation / current converter according to the present invention, and (A) is a schematic diagram of the apparatus of the radiation / current converter showing the sixth embodiment; These are the perspective views seen from the position which follows a BB line.
FIG. 7 is a schematic diagram showing the structure of a conventional radiation / current converter.
[Explanation of symbols]
10 Radiation / current converter
11 First electrode (negative electrode)
12 Second electrode (positive electrode)
14 electron donor
15 Redox substances
17a, 17b Output terminal
18a, 18b Connecting conductor
19 Load device
21 External radiation sources
22 Radiation
24 Electrode substrate
25 First conductive thin film (conductor)
26 Semiconductor thin film (electron extraction promoting substance)
27 Second conductive thin film (electron donation promoting substance)
29 Connection
30 readout circuit
31 Display means
32 Radiation sensing part
33 Read line

Claims

放射線・電流変換によって発生した電流を取り出す第１の電極および第２の電極と、
前記第１の電極と隣接し、放射線源から照射される放射線に反応して電子を前記第１の電極に供与する電子供与体と、
前記第２の電極と隣接し、電子の授受により酸化還元作用する酸化還元物質とを具備し、
前記第１の電極と第２の電極とを対向して配置し、
前記電子供与体と前記酸化還元物質とを前記第１の電極と第２の電極との間に配置し、
前記放射線源から前記電子供与体への放射線照射によって、発生した電子を前記第１の電極と前記第２の電極とから電流として取り出し得る機構を備えたことを特徴とする放射線・電流変換装置。A first electrode and a second electrode for extracting a current generated by radiation-current conversion;
An electron donor adjacent to the first electrode and donating electrons to the first electrode in response to radiation emitted from a radiation source;
A redox substance that is adjacent to the second electrode and that performs redox action by transferring electrons;
Disposing the first electrode and the second electrode facing each other;
Disposing the electron donor and the redox material between the first electrode and the second electrode;
A radiation / current conversion device comprising a mechanism capable of taking out electrons generated as a current from the first electrode and the second electrode by irradiating the electron donor from the radiation source.

前記第１の電極および前記第２の電極の少なくとも一方は、放射線透過性を有する物質を備えることを特徴とする請求項１記載の放射線・電流変換装置。 The radiation / current converter according to claim 1, wherein at least one of the first electrode and the second electrode includes a material having radiation transparency.

前記放射線源から照射される放射線は、α線、β線、γ線、Ｘ線、中性子線であることを特徴とする請求項１記載の放射線・電流変換装置。 The radiation / current conversion device according to claim 1, wherein the radiation irradiated from the radiation source is α rays, β rays, γ rays, X rays, or neutron rays.

前記第１の電極は、前記電子供与体と接する電極表面上に半導体薄膜を有し、この半導体薄膜は、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、ＷＯ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５から選択される少なくとも１種類の酸化物を含有することを特徴とする請求項１記載の放射線・電流変換装置。The first electrode has a semiconductor thin film on an electrode surface in contact with the electron donor, and the semiconductor thin film includes TiO ₂ , Nb ₂ O ₅ , ZnO, SnO ₂ , WO ₃ , In ₂ O ₃ , ZrO. _2. The radiation / current converter according to claim 1, comprising at least one oxide selected from ₂ and Ta ₂ O ₅ .

前記第１の電極は、前記電子供与体と接する電極表面上に半導体薄膜を有し、この半導体薄膜は、Ｇｅ、ＧａＳｂ、ＣｕＩｎＳｅＳ、Ｓｉ、Ｃｕ_ｘＳ、ＩｎＰ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ＡｌＧａＡｓから選択される少なくとも１種類の非酸化物を含有することを特徴とする請求項１記載の放射線・電流変換装置。Said first electrode has a semiconductor film on the electrode surface in contact with the electron donor, the semiconductor thin _{film, Ge, GaSb, CuInSeS, Si} , Cu x S, InP, CdTe, GaAs, a-Si: The radiation / current converter according to claim 1, comprising at least one non-oxide selected from H and AlGaAs.

前記酸化還元物質は、ヨウ素含有物質、カリウム含有物質、ハイドロキノン含有物質、セレン含有物質から選択される少なくとも１種類の物質を用いて、レドックス系を構成することを特徴とする請求項１記載の放射線・電流変換装置。 The radiation according to claim 1, wherein the redox material comprises a redox system using at least one material selected from iodine-containing materials, potassium-containing materials, hydroquinone-containing materials, and selenium-containing materials. -Current converter.

前記酸化還元物質は、室温で溶融状態にある塩であり、イミダゾリウム塩およびヨウ化物の少なくとも１種類を含有することを特徴とする請求項１記載の放射線・電流変換装置。 2. The radiation / current converter according to claim 1, wherein the redox substance is a salt in a molten state at room temperature and contains at least one kind of an imidazolium salt and an iodide.

前記第２の電極は、前記酸化還元物質と接する電極表面上に白金、カーボン等の導電性薄膜を有することを特徴とする請求項１記載の放射線・電流変換装置。 The radiation / current conversion device according to claim 1, wherein the second electrode has a conductive thin film of platinum, carbon, or the like on an electrode surface in contact with the redox material.

前記電子供与体は、母材と付活材とを備え、前記母材は、放射線の照射を受けて電子を放出しやすくなる性質を有するＧｄ_２Ｏ_２Ｓ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ等の酸化物およびＺｎＳ等の硫化物から選択される少なくとも１種類を含有する物質であることを特徴とする請求項１記載の放射線・電流変換装置。The electron donor includes a base material and an activator, and the base material is oxidized with Gd ₂ O ₂ S, Y ₂ O ₂ S, or the like having a property of easily emitting electrons when irradiated with radiation. The radiation / current conversion device according to claim 1, wherein the radiation / current conversion device is a substance containing at least one selected from the group consisting of oxides and sulfides such as ZnS.

前記電子供与体は、母材と付活材とを備え、前記付活材は、放射線の照射を受けて、放射線増感作用を有する色素、すなわち励起状態となる色素を含有する物質であることを特徴とする請求項１記載の放射線・電流変換装置。 The electron donor includes a base material and an activator, and the activator is a substance containing a dye that is irradiated with radiation and has a radiation sensitizing action, that is, a dye that is in an excited state. The radiation / current converter according to claim 1.

放射線透過性を有する第１の電極と、
この第１の電極と対向し、放射線透過性を有する第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置され、放射線源から照射される放射線を受けて電子を供与する電子供与体と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記電子供与体と隣接して配置され、電子の授受により酸化還元作用する酸化還元物質とを具備し、
前記電子供与体は、放射線源から前記電子供与体への放射線照射に反応して電子を発生し、発生した電子を前記第１の電極と前記第２の電極から電流として取り出す機構を備える放射線・電流変換装置を並列または直列に連結集積化して、１つの放射線が前記放射線・電流変換装置を複数個透過することを可能とし、エネルギ利用率を向上させることで、出力電圧または電流の大容量化を可能に構成したことを特徴とする放射線・電流変換装置。A first electrode having radiation transparency;
A second electrode facing the first electrode and having radiation transparency;
An electron donor that is disposed between the first electrode and the second electrode and that receives radiation irradiated from a radiation source to donate electrons;
A redox substance disposed adjacent to the electron donor between the first electrode and the second electrode, and having a redox action by transferring electrons;
The electron donor generates electrons in response to radiation irradiation from a radiation source to the electron donor, and has a mechanism for taking out the generated electrons as current from the first electrode and the second electrode. The current converters are connected and integrated in parallel or in series to allow one radiation to pass through a plurality of the radiation / current converters, and to improve the energy utilization rate, thereby increasing the output voltage or current capacity. A radiation / current conversion device characterized in that

前記第１の電極および第２の電極は、放射線透過性を有し、シート状あるいはフィルム状にして巻き上げられる構造であり、１つの放射線が前記第１の電極および第２の電極を複数回透過することを可能とし、エネルギ利用率を向上させることで、出力電圧または電流の大容量化を図ったことを特徴とする請求項１または請求項２記載の放射線・電流変換装置。 The first electrode and the second electrode have a radiation transmission structure, and are wound up in a sheet shape or a film shape, and one radiation is transmitted through the first electrode and the second electrode a plurality of times. 3. The radiation / current conversion device according to claim 1, wherein the capacity of the output voltage or current is increased by improving the energy utilization rate.

前記第１の電極および第２の電極は、放射線透過性を有し、前記第１の電極および第２の電極で筒状構造を形成し、１つの放射線が前記２つの電極を複数回透過することを可能とし、エネルギ利用率を向上させることで、出力電圧または電流の大容量化を図ったことを特徴とする請求項１または請求項２記載の放射線・電流変換装置。 The first electrode and the second electrode have radiation transparency, and the first electrode and the second electrode form a cylindrical structure, and one radiation passes through the two electrodes a plurality of times. 3. The radiation / current converter according to claim 1, wherein the capacity of the output voltage or current is increased by improving the energy utilization rate.

前記第１の電極は、前記電子供与体と接する電極表面上に半導体薄膜を、前記第２の電極は、前記酸化還元物質と接する電極表面上に白金、カーボン等の導電性薄膜を有し、
前記電子供与体は、放射線源から前記電子供与体への放射線照射に反応して電子を発生し、発生した電子を前記第１の電極と前記第２の電極から電流として取り出す機構を有する放射線・電流変換装置を、平面上あるいは曲面上に、ライン状またはタイル上に配置し、前記放射線源から放射線の照射される平面あるいは曲面上の放射線強度分布に相関性のある電流・電圧信号を前記放射線・電流変換装置の個々で発生させ、取り出すことで、放射線センサ機能を可能に構成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の放射線・電流変換装置。The first electrode has a semiconductor thin film on the electrode surface in contact with the electron donor, and the second electrode has a conductive thin film of platinum, carbon, etc. on the electrode surface in contact with the redox substance,
The electron donor generates electrons in response to radiation irradiation from a radiation source to the electron donor, and has a mechanism for taking out the generated electrons as current from the first electrode and the second electrode. A current conversion device is arranged on a plane or curved surface, in a line shape or on a tile, and a current / voltage signal correlated to a radiation intensity distribution on a plane or curved surface irradiated with radiation from the radiation source is applied to the radiation. The radiation / current converter according to claim 1 or 2, wherein the radiation sensor function is made possible by generating and taking out each of the current converters.

前記第１の電極は、前記電子供与体と接する電極表面上に半導体薄膜を、前記第２の電極は、前記酸化還元物質と接する電極表面上に白金、カーボン等の導電性薄膜を有し、
前記半導体薄膜または導電性薄膜は、ｍ行×ｎ列（ｍ，ｎは任意の自然数）のマトリックスに形成された、ｍ×ｎ個の放射線感受部を有するマトリックス薄膜であり、
前記放射線源から照射される放射線の放射線強度分布に相関性のある電流・電圧信号を前記マトリックス薄膜が有する個々の放射線感受部から取り出すことで、放射線センサ機能を可能に構成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の放射線・電流変換装置。The first electrode has a semiconductor thin film on the electrode surface in contact with the electron donor, and the second electrode has a conductive thin film of platinum, carbon, etc. on the electrode surface in contact with the redox substance,
The semiconductor thin film or the conductive thin film is a matrix thin film having m × n radiation sensitive portions formed in a matrix of m rows × n columns (m and n are arbitrary natural numbers),
The present invention is characterized in that a radiation sensor function is made possible by taking out current / voltage signals having a correlation with the radiation intensity distribution of the radiation emitted from the radiation source from individual radiation sensing units of the matrix thin film. The radiation-current converter according to claim 1 or 2.

放射線源から電子供与体に放射線を照射する放射線照射工程と、この放射線照射工程により、電子供与体を励起し、電子を発生させる電子発生工程と、発生した電子を電子供与体から電流として取り出す電流取り出し工程とを備え、前記電子供与体、負荷装置および酸化還元物質を接続して形成される閉ループ回路内で、前記電子供与体から取り出した電子の循環移動を前記酸化還元物質の酸化・還元反応作用により持続的に発生させることを特徴とする放射線・電流変換方法。A radiation irradiation step of irradiating the electron donor with radiation from a radiation source, an electron generation step of exciting the electron donor and generating electrons by this radiation irradiation step, and a current for taking out the generated electrons as an electric current from the electron donor An extraction step, and in a closed loop circuit formed by connecting the electron donor, the load device, and the oxidation-reduction substance, the circulation of electrons extracted from the electron donor is converted into an oxidation / reduction reaction of the oxidation-reduction substance. persistently radiation-current converter and wherein the Rukoto is generated by the action.