專利名稱：使用太陽能電池的發(fā)電方法及太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用太陽能電池的發(fā)電方法及太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，特別涉及使用適于將從放射性殘渣物放出的放射線用于發(fā)電的太陽能電池的發(fā)電方法以及太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，所述放射性殘渣物是在使用過的核燃料的再處理中產生的。
背景技術：
作為光發(fā)電系統(tǒng)，已知有太陽光發(fā)電系統(tǒng)。該太陽光發(fā)電系統(tǒng)具有將太陽發(fā)出的光能中的可見光區(qū)域GOO SOOnm)的能量轉化為電力的太陽能電池。作為光發(fā)電系統(tǒng)的一種，提出了利用從放射線源(Co-60)放出的放射線的α射線照射型太陽能電池(參照日本特開2002-341094號公報)。該α射線照射型太陽能電池在太陽能電池的上面形成熒光體膜，在熒光體膜上形成钚-238層，在钚-238層上順次設置透明傳導膜和玻璃基板。通過從玻璃基板側射入X射線，從而太陽能電池進行發(fā)電。通過使用熒光體，增加電動勢。還記載了將從Co-60放出的放射線(β射線和Y射線)照射到α射線照射型太陽能電池上。通過將該放射線射入钚-238層，從而增加在钚-238層中產生的α射線，增大在熒光體中的熒光發(fā)光作用，增加用太陽能電池所發(fā)電的電力。日本特開平7-274417號公報記載了進行冷凝器的傳熱管的內部檢查的微型機器中的電力供給系統(tǒng)。傳熱管的內表面上形成有熒光體層。微型機器的主體的表面被光電動勢元件覆蓋。放射線從傳熱管的外部射入熒光體層，從熒光體層發(fā)出熒光。該熒光射入光電動勢元件，在光電動勢元件中產生電力。該電力被供給到微型機器的內部的回路系統(tǒng)中?！霸龈屑?、熒光板，三菱化學株式會社，平成13年9月(増感紙 蛍光板、化成才
卜二 ” 7株式會社、平成13年9月”的17 18頁中記載了作為熒光劑的CaWO4(鎢酸鈣) 和Gd2AS Tb (氧硫化釓鋱)的特性?！啊钢鳌筃o. 31，太陽能電池的發(fā)電原理及其種類和特性，筑波大學，伊藤藤隆，第 45號，平成21年(「知恩」No. 31、太陽電池^発電原理i O種類及t/特性、筑波大伊藤勝隆、第45號、平成21年”中記載了非晶硅太陽能電池和單晶硅太陽能電池的可見光的收集光譜(Collection Spectra)?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2002-341094號公報專利文獻2 日本特開平7-274417號公報非專利文獻非專利文獻1 増感紙 蛍光板、化成才/卜二々7株式會社、平成13年9月、17 18頁非專利文獻2 「知恩」No. 31、太陽電池O発電原理i O種類及t/特性、筑波大伊藤勝隆、第45號、平成21年

發(fā)明內容
發(fā)明要解決的問題日本特開2002-341094號公報中記載的α射線照射型太陽能電池，例如，通過射入X射線而得到83. 0 μ A的電流和3. 3V的電壓(參照表2)、以及例如通過射入從Co_60放出的放射線而得到0. 115 μ A的電流和1. IV的電壓(參照表8)。對于日本特開平7-274417 號公報中記載的電力供給系統(tǒng)得到了 0. 304mff的電力發(fā)明人等考慮到利用從殘渣物中放出的放射線來產生電力，所述殘渣物是通過使用過的核燃料的再處理從使用過的核燃料回收核燃料物質(鈾和钚等)后殘留的。由使用過的核燃料的再處理而產生的殘渣物包含Cs-137和Sr-90等半衰期非常長的放射性核種，以往，作為高水平放射性廢棄物被玻璃固化，而埋在地下的方法被認為是有力的。就從Cs-137和Sr-90等放出的電離放射線(X射線、β射線、Y射線和中子)的能量而言，具有IOkeV以上的高能量。例如，從Cs-137放出的、射線具有660keV的能量。 從Sr-90以及Y-90放出的β射線具有2. 28MeV的能量。從Co_60放出的電離放射線的能量為1. lMeV。通過具有這樣高的能量的電離放射線向熒光體入射，從而即使將熒光體中產生的熒光(可見光)射入太陽能電池，如日本特開平7-274417號公報中記載的電力供給系統(tǒng)那樣，由太陽能電池產生的電力也是很微少的。本發(fā)明的目的在于提供一種使用可以進一步增加電力產生量的太陽能電池的發(fā)電方法和太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。解決問題的手段實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的特征在于，用減速部件對從放射線源放出的放射線進行減速，通過減速而被降低了能量的放射線射入熒光體，產生可見光，將該可見光射入太陽能電池而產生電力。將來自放射線源的放射線減速，使放射線的能量降低，將放射線射入熒光體，從而使滯留在熒光體所含的結晶的第2穩(wěn)定能級的電子量增加。因此，使放出能量而從第2穩(wěn)定能級回到該結晶的第1穩(wěn)定能級的電子量增加。電子從第2穩(wěn)定能級回到第1穩(wěn)定能級時所放出的能量貢獻給可見光的產生，因此滯留在第2穩(wěn)定能級的電子量的增多使可見光的產生增加，作為結果是使射入該可見光的太陽能電池的電力產生量增加。優(yōu)選的是，作為放射線源，最好使用含有由使用過的核燃料的再處理而產生的放射性殘渣物的放射線源。通過使用包含放射性殘渣物的放射線源，從而可以將從放射線殘渣物所含的長半衰期的放射性核種中放出的放射線用于發(fā)電。即，可以將作為高水平放射性廢棄物而被當作麻煩物的放射性殘渣物，作為對使用太陽能電池的發(fā)電有效的資源而活用。也可以降低高水平放射性廢棄物的玻璃固化物的產生量。發(fā)明效果根據本發(fā)明，可以進一步增加太陽能電池中的電力產生量。


圖1是使用作為本發(fā)明的一個適宜實施例的實施例1的太陽能電池的發(fā)電方法中適用的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)的結構圖。圖2是發(fā)出熒光的熒光體的能帶模型的說明圖。
圖3是表示熒光體發(fā)出熒光的機制的說明圖。圖4是表示含CaWo4的增感屏的發(fā)光光譜的說明圖。圖5是表示含Gd2AS = Tb的增感屏的發(fā)光光譜的說明圖。圖6是表示各種太陽能電池中的可見光的收集光譜的說明圖。圖7是表示熒光劑的X射線的吸收系數的特性圖。圖8是表示熒光劑的X射線吸收的狀態(tài)的說明圖。圖9是使用作為本發(fā)明的其他實施例的實施例2的太陽能電池的發(fā)電方法中適用的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)的結構圖。圖10是使用作為本發(fā)明的其他實施例的實施例3的太陽能電池的發(fā)電方法中適用的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)的結構圖。圖11是圖10所示的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電面板部的概略立體圖。圖12是使用作為本發(fā)明的其他實施例的實施例4的太陽能電池的發(fā)電方法的說明圖。符號說明1、1A、1B 太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)2、2A、2B、2C 發(fā)電面板3:太陽能電池4 熒光體6 減速部件9 動力調節(jié)器IlUlA 放射線源12 太陽能電池收納室13 側壁15:發(fā)電面板組件
具體實施例方式本發(fā)明人等對利用從使用過的核燃料的再處理中產生的、含長半衰期的放射性核種的放射性殘渣物中放出的電離放射線進行發(fā)電的方法進行了研究。以下，詳細地說明該研究結果。已知自然界中存在的一些物質(例如ais(硫化鋅))在通過光(包括χ射線、γ 射線、電子射線等放射線)的照射而被給予能量時，會發(fā)出具有物質固有的波長的光(該情況下是可見光附近)。該發(fā)出的光被稱為熒光，將由發(fā)出熒光的物質所構成的物體稱為熒光體。使用最容易理解的能帶模型來說明熒光體的發(fā)光機制。固體結晶形成適應其結晶結構的能帶(參照圖2)。導帶表示物質中的電子自由地運動的狀態(tài)，禁帶是指不允許電子存在的狀態(tài)，價帶表示電子被牢固束縛在物質的原子中而不能自由運動的狀態(tài)。通常，具有純粹的結晶結構的物質具有圖2所示的能帶結構，該物質內的電子全部存在于價帶中。對物質給予能量時，價帶的電子被激發(fā)到導帶，作為電流而流失，物質不會發(fā)出熒光。
但是，在純粹的結晶中稍微添加一點雜質時，由結晶在圖2所示的禁帶中產生新的穩(wěn)定能級。產生了穩(wěn)定能級的狀態(tài)的示意圖如圖3所示。通過向結晶添加少量的雜質， 從而產生在禁帶內用虛線所示的穩(wěn)定能級(熒光能級)。對于在價帶附近產生的穩(wěn)定能級， 存在從價帶滲出的電子。在該狀態(tài)下，比用虛線所示的兩個穩(wěn)定能級間的能量差，即上側的穩(wěn)定能級(以下稱為第2穩(wěn)定能級)的能量和下側的穩(wěn)定能級(以下稱為第1穩(wěn)定能級) 的能量差大的能量的光(或放射線)流入該物質內時，存在于第1穩(wěn)定能級的電子被激發(fā)到第2穩(wěn)定能級。由于第2穩(wěn)定能級是導帶以下的能級，因此從第1穩(wěn)定能級激發(fā)的電子不會作為電流而流失，在規(guī)定時間(能級壽命通常為Ips以下)期間滯留在第2穩(wěn)定能級中。在第2穩(wěn)定能級中滯留的電子，之后通過放出相當于第1穩(wěn)定能級和第2穩(wěn)定能級間的能量差的能量，而回到原本的第1穩(wěn)定能級。此時，放出的能量被稱為在廣義上的熒光。 該放出的能量設為hv時，通過使hv = IMO/λ，可以求出放出的光的波長λ。使放出的光的波長λ滿足400nm彡λ彡SOOnm時，該光可以作為可見光而被觀測到。具有滿足400nm彡λ彡SOOnm的波長λ的光稱為狹義上的熒光。即使是具有添加了雜質的結晶的物質，在射入該物質的能量大的情況下，入射光子根本不會與具有該結晶的物質進行相互作用。該狀態(tài)示于圖7和圖8。就不與能量大的入射光子進行相互作用的物質而言，對于入射光子來說，相當于其厚度變薄了。所以，由于物質不會被光子賦予能量，因此由該物質產生的熒光減少。即，由熒光體產生的熒光的量變少。光子的能量與禁帶的能量幾乎相等時，該物質從光子獲得能量的幾率增大。此時，由物質產生的熒光變得最多。日本特開2002-341094號公報和日本特開平7-274417號公報的各太陽能電池中產生的電力的量少的理由是從Co-60發(fā)出的非常高的能量的γ射線入射到熒光體。從 Co-60發(fā)出的非常高的能量的γ射線入射到熒光體時，由于上述理由，滯留在第2穩(wěn)定能級的電子的量變少。因此，由熒光體產生的熒光的量變少，日本特開2002-341094號公報和日本特開平7-274417號公報的各太陽能電池中，電力的產生量變少?；诖?，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)為了增大太陽能電池中的電力產生量，必須使入射到發(fā)出可見光的熒光體的放射線的能量在合適的范圍內。熒光體由含雜質而產生第1和第2穩(wěn)定能級的固體結晶的物質構成。產生可見光范圍的光GOOnm彡λ ^ 800nm)時，放出能量hv成為滿足1. kV彡hv彡!BeV的能量。熒光體的第1穩(wěn)定能級和第2穩(wěn)定能級間的能量差為1. 5eV ;3eV。所以，如果將具有處于 3eV以上IOOeV以下范圍內的能量的光射入熒光體的話，該熒光體可以高效地發(fā)出熒光。本發(fā)明人等從利用在使用過的核燃料的再處理中產生的、由含長半衰期的放射性核種的放射性殘渣物放出的電離放射線，考慮到適用具有放射線照射功效的醫(yī)療用(X射線撞擊)的熒光劑或布勞恩管用(電子射線撞擊)的熒光劑作為用于熒光體的熒光劑。醫(yī)療領域中，主要使用以下兩種熒光劑。這些熒光劑被用于不同的增感屏。第1熒光劑是標準型的CaWO4 (鎢酸鈣)，構成第1增感屏。CaWO4通過放射線的入射而發(fā)出藍色的熒光，該熒光為連續(xù)譜，在425nm的波長λ處，發(fā)光強度形成峰(參照圖 4)。第2熒光劑是改良型的Gd2AS = Tb (氧硫化釓鋱)，構成與上述第1增感屏不同的第2增感屏。Gd2AS = Tb通過放射線的入射而發(fā)出綠色的熒光，該熒光為線狀譜，在可見光區(qū)域的中心波長550nm附近的波長λ即M5nm處，發(fā)光強度形成峰(參照圖5)。圖4和圖5表示各熒光劑的發(fā)光光譜，橫軸表示進行發(fā)光的熒光的波長，縱軸表示發(fā)光了的熒光的相對發(fā)光強度。圖4和圖5所示的各發(fā)光光譜記載在“増感紙 蛍光板、化成才/卜二々7株式會社、平成13年9月”的17頁的圖3中?？梢岳斫庀蛴米鳠晒怏w的第1和第2增感屏照射放射線時，通過各增感屏的各自的熒光劑而得到充分強的可見光時，太陽能電池中可以將該光轉化為電力。哪種增感屏與太陽能電池很好地匹配，取決于太陽能電池的工作波長。太陽能電池的收集光譜如圖6所示。圖6所示的特性記載在“「知恩」No. 31、太陽電池O発電原理i· O種類及K特性、筑波大伊藤勝隆、第45號、平成21年”中?，F(xiàn)在， 主流的Si系太陽能電池如圖6所示，單晶系(包括多晶系)在700 SOOnm附近具有峰， 非晶系在500 600nm附近具有峰，在短波長側有效率急劇降低的傾向。結果是，首先是 Gd202S:Tb，接著成為效率比Gd2AS = Tb更低的CaW04。另外，就使用的太陽能電池而言，與單晶Si相比，優(yōu)選非晶Si。本發(fā)明人等對照射于熒光體(例如醫(yī)療領域中使用的增感屏)的放射線的能量進行了研究。其結果是本發(fā)明人等確認出將放射線照射于熒光體時，即使射入熒光體的放射性的能量比第2穩(wěn)定能級所對應的能量和第1穩(wěn)定能級所對應的能量的差大很多，由熒光體產生的熒光(可見光)也變得非常少，由太陽能電池產生的電力變得極度地少。以下對該確認過程和結果進行說明。作為放射線，考慮使用X射線和Y射線這樣的光子。作為光子和熒光體的物質的相互作用有以下三種(1)光電效果、(2)康普頓散射和(3)生成電子正電子對。熒光體吸收由這三種相互作用而射入的放射線的能量。但是，如果對熒光體照射具有IMeV以上的能量的放射線的話，C3)是不會產生的相互作用。使用過的核燃料的再處理中產生的、由含長半衰期的放射性核種的放射性殘渣物放出的電離放射線，例如Y射線的能量不足lMeV，因此在熒光體內部不能發(fā)生(3)的相互作用。因此對于(1)和O)的相互作用進行研究。熒光體發(fā)出熒光時的相互作用是(1)的光電效果。所謂光電效果是指，與被照射了光子的物質的原子相互作用，將其全部能量給予被束縛在該原子中的電子的現(xiàn)象。被束縛在構成熒光體的物質的原子中的電子從被照射的光子中得到的能量雖然達到與光子所照射的物質的原子序數的4次方成比例的大小，但光子的能量增大的話則其急劇減小(參照圖7)。該圖7所述的特性記載于“増感紙 蛍光板、 化成才卜二夕^株式會社、平成13年9月”的18頁的圖4中。由圖7可知，如果放射線的能量增加，則放射線的吸收系數呈指數函數樣地減少。 這是由于χ射線或Y射線的能量增大的話，則等價地熒光劑的厚度變薄，熒光劑變得不與光子發(fā)生相互作用。因此，即使向熒光體射入具有200 300keV以上的能量的光子，該熒光體也不發(fā)出熒光。圖7中，Gd2AS = Tb在50keV，CaWO4在70keV，暫且增加放射線的吸收系數。這些能量是正好等于各物質的在被稱作K吸收端的位置上最內層的電子的電離能的能量。就該能量而言，相當的熒光劑的、放射線的吸收系數變大。結果是，為了在熒光體中最有效地產生熒光，需要使光子的能量在100 120keV以下。圖8表示了將使用SOkV的X射線管球所產生的X射線射入熒光體時的、熒光體中的放射線的吸收狀態(tài)。上述Gd2AS = Tb和CaWO4的各熒光劑在SOkV的能量下最能發(fā)光。根據圖8可知，對于Gd2AS = Tb入射的X射線幾乎都被吸收。另外，對于CaWO4與Gd2AS = Tb相比，雖然降低了吸收效率，但可以確保入射的放射線的充分的吸收量。圖8所示的特性記載于“増感紙·蛍光板、化成才7卜二々7株式會社、平成13年9月”的18頁的圖5中。作為射入熒光體的放射線的放射線源，利用使用過的核燃料的再處理中產生的、 含長半衰期的放射性核種的放射性殘渣物。該放射性殘渣物的主要成分是Cs-137 (放出的 Y射線的能量660keV)。就該放射性殘渣物而言，除了 Cs-137以外，還含有Sr_90。Sr-90 通過β衰變而成為Υ-90，Υ-90進一步進行β衰變而成為穩(wěn)定的&-90。作為由Cs-137放出的放射線的Y射線的能量高達660keV，因此無法期待分別使用Gd2AS = Tb和CaWO4的各熒光體和該、射線的相互作用。因此，需要將該高的、射線能量降低至熒光體發(fā)光所必需的能量范圍。該Y射線能量的降低可以通過應用(2)康普頓散射來進行。所謂康普頓散射是指光子和物質的原子核的散射，通過散射將光子的運動能量變?yōu)樵雍说倪\動能量，減少光子的能量的相互作用。就該現(xiàn)象而言，因為放射線的能量減少，因此稱為光子的減速。康普頓散射中，光子將所擁有的能量的一部分轉移到原子核。但是，因為光子還具有能量，所以由該原子核的散射后，向不同的方向前進。之后，光子碰到幾個原子核而被散射幾次后，所擁有的能量降低至光電效果范圍時，通過光電效果，光子被熒光體的物質吸收，從而可以發(fā)出熒光。為了將光子(放射線)的高能量降低至光電效果范圍內的低能量，可以使用減速材料。通過使用該減速材料，例如，可以將從Cs-137放出的γ 射線的能量660keV降低至120keV以下，從而可以高效地將該能量作為熒光而從熒光體中取出。以上研究的結果是本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)了如下的新的見解為了將從使用過的核燃料的再處理中產生的放射性殘渣物中放出的放射線射入熒光體，將熒光體產生的可見光射入太陽能電池，使其高效地產生電力，必須使用使從該放射線殘渣物中放出的放射線減速的減速材料。因此，本發(fā)明人等對使從該放射線殘渣物中放出的放射線減速的減速材料進行了研究?？灯疹D散射的大小與減速材料所含的原子的原子序數的1次方成比例。就由減速材料所帶來的放射線的減速效果而言，借助含原子序數大的原子的減速材料而變得更大。 作為該減速材料，作為重金屬的鉛和鎢是有效的。通過使用由鉛(或鎢)構成的減速部件， 高能量的Y射線的減速成為可能。但是，鉛和鎢也是放射線屏蔽體的材料。對于增厚鉛 (或鎢)的厚度的情況，與減速功能相比，放射線屏蔽功能變強，好不容易由減速效果所產生的低能量的Y射線被吸收了。本發(fā)明人等進行了各種研究，結果發(fā)現(xiàn)了 為了發(fā)揮比放射線屏蔽功能更大的減速功能，可以使由鉛和鎢等構成的減速部件的厚度為Iym 1mm。通過使減速部件的厚度為Iym 1mm，從而可以將從上述的放射性殘渣物放出的高能量的放射線(例如從Cs-137 放出的660keV的、射線)減速，可以得到具有光電效果范圍內的低的能量的放射線。由此，可以從熒光體得到會在太陽能電池中高效地產生電力的可見光。本發(fā)明人等對于在使用了 1 μ m Imm厚的減速部件時能實現(xiàn)什么程度的減速進行了研究?？灯疹D散射可以通過克萊因-仁科公式從運動學上正確地解釋。但是，從放射性殘渣物放出的放射線(例如Y射線)通過1次散射，其能量大概被減速約一半。因此， 為了使從Cs-137放出的γ射線的能量660keV減速至IOOkeV,可以通過用減速部件使該 Y射線散射2 3次左右來實現(xiàn)。S卩，通過使Y射線散射2次，能量被減速至1/4，通過散射3次，能量被減速至1/8。就放出對太陽能電池的發(fā)電有貢獻的放射線的放射性殘渣物而言，為了屏蔽放射線，需要收納在用混凝土的側壁、地板和天花板圍起來的房間中。從放射性殘渣物放出的放射線，不僅通過減速部件，而且也可以通過上述的房間的側壁所產生的反射來減速。如果也考慮到由側壁的反射所引起的減速的話，通過用減速部件使其散射2次左右，從而可以使高能量的放射線減速至光電效果范圍內。也可以使用通過電子撞擊而發(fā)出熒光的布勞恩管用熒光體中所使用的熒光劑來代替在醫(yī)療領域中使用的增感屏所使用的熒光劑(Gd》2S Tb或CaWO4)。作為該布勞恩管用熒光劑的例子有=ZnSiCuai (硫化鋅 銅 鋁)，ZnS: Cu、Au、Al (硫化鋅 銅 金 鋁)和 ^O2S:Eu(氧硫化釔 銪)。aiS:Cu、Al通過放射線的入射而發(fā)出波長λ為530nm的黃綠色熒光。&iS:Cu、Au、Al發(fā)出波長λ為535nm的黃綠色熒光。發(fā)出波長λ為620nm 的紅色熒光。aiS:Cu、Al對X射線和γ射線也很好地發(fā)生反應。就布勞恩管用熒光劑而言，由于在布勞恩管內承受由非常多的電子所引起的撞擊，因此對由晶格缺陷等引起的惡化的耐力大?？梢允褂糜蒘iSCu、Al，SiSCu、Au、Al JPAAS:Eu的任一種制作的熒光體。基于以上的研究結果，本發(fā)明人等獲得了以下新的發(fā)現(xiàn)可以將從使用過的核燃料的再處理中產生的放射性殘渣物放出的電離放射線利用于使用太陽能電池的發(fā)電中。具體而言，本發(fā)明人等想出了新的發(fā)電系統(tǒng)，其用減速部件將從使用過的核燃料的再處理中產生的放射性殘渣物放出的電離放射線減速后，射入熒光體，通過電離放射線的入射而將在熒光體中產生的可見光射入太陽能電池，產生電力。以下說明本發(fā)明的實施例。實施例1以下，對作為本發(fā)明的一個適宜實施例的實施例1的使用了太陽能電池的發(fā)電方法進行說明。首先，用圖1來說明在該發(fā)電方法中使用的太陽能電池系統(tǒng)。本實施例的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)1具備多個發(fā)電面板2、動力調節(jié)器(直流/交流轉換裝置)9和放射線源11。各發(fā)電面板2具有太陽能電池3、熒光體4、反射體5、減速部件6、遮光部件7和基板(支撐部件)8。在基板8的一面上排列、設置多個太陽能電池3。熒光體4覆蓋各太陽能電池3，設置在各太陽能電池3和基板8上。反射體5覆蓋熒光體4，設置在熒光體4和基板8上。作為反射體5，使用鋁箔或鍍鉻等的鏡材質。減速部件6覆蓋反射體5，設置在反射體5和基板8上。遮光部件(例如黑紙)7覆蓋減速部件6，設置在減速部件6和基板 8上。動力調節(jié)器9通過配線10與設置在各發(fā)電面板2上的各基板8上設置的各太陽能電池3連接。在地下，形成密閉的太陽能電池收納室12。為了屏蔽放射線，太陽能電池收納室 12的四面的側壁13由鋼筋混凝土形成。四面的側壁13上形成有面對太陽能電池收納室 12的側面14A、14B、14C、14D。太陽能電池收納室12的地板(圖未示)和天花板也由鋼筋混凝土形成。太陽能電池收納室12上形成有搬入發(fā)電面板2的出入口(圖未示)，該出入口用屏蔽門(圖未示)密閉。放射線源11設置在太陽能電池收納室12內。以減速部件6朝向放射線源11、而基板8位于與放射線源11相反側的方式，將各發(fā)電面板2設置在太陽能電池收納室12內。 從放射性源11起朝著側壁13順次配置有遮光部件7、減速部件6、反射體5、熒光體4和太陽能電池3。為了避免從放射性源11放出的放射線所引起的不良影響，將通過配線10與各太陽能電池3連接的動力調節(jié)器9配置在太陽能電池收納室12之外。各太陽能電池3中使用非晶Si太陽能電池，熒光體4中使用例如醫(yī)療領域中使用的增感屏。該增感屏，例如可以用Gd2AS = Tb來制作。含Gd2AS:Tb的熒光體4的厚度是 300 500 μ m。本實施例中，作為放射線源11，利于將使用過的核燃料的再處理中產生的、含長半衰期的放射性核種的放射性殘渣物。使用過的核燃料的再處理是為了從使用過的核燃料中回收含核分裂性物質(例如U-235和Pu-239等)的核燃料物質而進行的，所述使用過的核燃料存在于從原子爐中取出、并保存在燃料儲存池中的使用后的燃料聚集體內?；厥盏降暮巳剂衔镔|作為新制造的燃料聚集體的核燃料物質而使用。使用過的核燃料的再處理中，回收到的核燃料物質以外的物質作為放射性殘渣物而殘留。以往，該放射性殘渣物作為高水平放射性廢棄物，而被玻璃固化，進行掩埋處理。但是，放射性殘渣物包括Cs-137和 Sr-90等長半衰期的放射性核種，實質上無窮盡地放出放射線。對于本實施例的使用太陽能電池的發(fā)電方法來說，這種放射性殘渣物是有效的資源，可以作為放射線源11而利用。放射線源11通過在密閉容器(圖未示)內填充該放射性殘渣物而構成。在太陽能電池收納室12內，由放射線源11所含的各放射性核種放出的放射線朝著各發(fā)電面板12前進。這里，著眼于放射線源11所含的Cs-137來進行說明。Cs-137放出 660keV的γ射線。該γ射線在發(fā)電面板2中，透過遮光部件7，到達減速部件6。對于、 射線，實質上在遮光部件7中并不消耗能量，而是被減速部件6減速，從而降低能量。具體而言，透過減速部件6的γ射線的能量降低至平均330keV。作為減速部件6的鎢膜由于還具有屏蔽放射線的功能，因此從作為放射線源11的放射性殘渣物中放出的電子和α射線等的荷電粒子被鎢膜屏蔽。因此，透過減速部件6的放射線可以當作光子來對待。透過減速部件6而降低了能量的γ射線透過反射體5射入熒光體4。γ射線的能量由于是330keV，大于IOOkeV,因此在熒光體4內幾乎不發(fā)生、射線的能量吸收。因此， 幾乎不會由330keV的γ射線而從熒光體4放出可見光。330keV的、射線透過熒光體4、 太陽能電池3和基板8，在側面14A被反射。在側面14A反射的、射線的前進方向根據、 射線射到側面14A的角度而不同。例如，在側面14A被反射的γ射線被側面14B反射，之后被側面14C反射，再次射入發(fā)電面板2。該γ射線再次被作為減速部件6的鎢膜減速。 由在側面14B和14C的2次反射而降低了能量的γ射線，通過因減速部件6的再次減速， 從而將能量降低至IOOkeV以下。IOOkeV以下的γ射線再次射入上述熒光體(例如具有Gd2AS = Tb作為熒光劑的增感屏)4。通過該能量的Y射線射入熒光體4，從而熒光體4產生熒光，即可見光。該熒光如下產生。如圖3所示，在熒光體4中，存在于第1穩(wěn)定能級的電子被所含的、射線的 IOOkeV以下的能量激發(fā)，躍遷到第2穩(wěn)定能級。通過將IOOkeV以下的、射線射入熒光體 4，從第1穩(wěn)定能級躍遷到第2穩(wěn)定能級的電子的量變得非常多，滯留在第2穩(wěn)定能級的電子的量增大。從第2穩(wěn)定能級返回第1穩(wěn)定能級的電子的量也增多。由于電子返回第1穩(wěn)定能級時所放出的能量成為熒光，因此返回第1穩(wěn)定能級的電子的量的增多就會使產生的熒光(可見光)的量增多。通過使用具有Gd2AS = Tb的增感屏，可以產生具有約10 15Cd · m^/Rsec"1的亮度、波長550nm的可見光。該亮度的值相當于太陽光條件AMI. 5的1/10000。因而，由于能夠得到104R/sec以上的照射劑量，因此由熒光體4產生的可見光具有與太陽光同等以上的光強度。由熒光體4產生的可見光射入太陽能電池3。通過與入射的可見光的波長區(qū)域匹配的光電效應，太陽能電池3高效地將光能轉化為電能。相應地，射入太陽能電池3的可見光的增多使得太陽能電池3中的電力產生量增大。放射線、例如Y射線從放射線源11向四周放出。因此，放出的一些Y射線被側面14C反射后，被側面14B反射，而射入發(fā)電面板2。被放出的其他Y射線被側面14D反射，被側面14C反射后，進一步被側面14B反射，射入發(fā)電面板2。另外，被放出的Y射線中，也有的被側面14C反射而射入發(fā)電面板2。像這樣，被放出的各Y射線經過各種各樣的線路，射入發(fā)電面板2。任何情況都是當被減速部件6減速的γ射線的能量成為IOOkeV以下時，熒光體4通過該γ射線而產生可見光。被減速后的Y射線的能量大于IOOkeV時， 熒光體4不會由于該、射線而發(fā)出可見光，該、射線被側面14C反射，進而被幾個側面反射，再次被射入發(fā)電面板2。被減速部件6減速的γ射線的能量為IOOkeV以下時，如上所述，熒光體發(fā)出可見光。各太陽能電池3中產生的直流電力通過配線10而被導入動力調節(jié)器9中，轉換為交流。轉換為交流后的電力從動力調節(jié)器9供給給相當的負荷。從一個發(fā)電面板2的全部太陽能電池3輸出到配線10的電力的電壓是0.5V，電流為50mA。通過將600個電力面板 2排列，可以得到電壓為300V、電流為30A，9kW的電力。本實施例由于使用具有減速部件6的發(fā)電面板2，因此可以將被減速部件6減速后的放射線射入熒光體4，可以增加可見光的產生量。通過設置減速部件6，從而可以加快放射線的減速，增加每單位時間由熒光體4產生的可見光的量。因此，與日本特開 2002-341094號公報和日本特開平7-274417號公報中記載的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)相比，可以將每一個太陽能電池(或者每單位面積)的電力的產生量提高1000倍 10000倍。本實施例中，將使用過的核燃料的再處理中產生的、含長半衰期的放射性核種的放射性殘渣物用作放射線源11。該放射性殘渣物是現(xiàn)在地球上最強的Y射線之一。以往， 放射性殘渣物作為高水平放射性廢棄物被當作麻煩物處理，被制成玻璃固化物而封入專用容器中，經歷100年以上被保存在地下深處。因此，玻璃固化物內的從高水平放射性廢棄物放出的放射線的巨大能量被用于周圍地層的升溫。但是，本實施例中，可以利用從以往被當作麻煩物處理的放射性殘渣物放出的實質上可以說是無盡的放射線能量，產生電力。通過本實施例，可以將該放射性殘渣物變?yōu)橛行У馁Y源。這對于人類來說是無法估量的價值。由于將使用過的核燃料的再處理中產生的放射性殘渣物利用于放射線源11，因此將發(fā)電面板2和放射線源11設置在地下的太陽能電池收納室12后，雖然受到放射性核種的半衰期的限制，但可以實質上半永久地得到電力。這是因為放射性殘渣物包括長半衰期的放射性核種，可以將從該放射性核種半永久地放出的放射性射入發(fā)電面板2。本實施例的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)1，不會像使用現(xiàn)有的太陽能電池的太陽光發(fā)電那樣，苦惱于因日照方向所引起的效率的變化、以及因天氣和晝夜差異所引起的發(fā)電的限制等，可以連續(xù)地產生電力。進而，太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)1與現(xiàn)有的太陽光發(fā)電同樣地不會產生C02。
另外，通過將放射性殘渣物用于太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)1的放射線源11，從而不需要基于用作放射線源11的放射性殘渣物來制造高水平放射線廢棄物的玻璃固化物。因此， 降低了高水平放射線廢棄物的玻璃固化物的產生量。本實施例中，由于從作為放射線源11的放射性殘渣物放出的電子和α射線等荷電粒子被減速部件6阻止，因此荷電粒子不會被射入太陽能電池3。因此，通過減速部件6 的設置，可以避免太陽能電池3因荷電粒子而受到損傷。由于在本實施例中使用的發(fā)電面板2上設置有反射體5，因此提高了由熒光體4產生的可見光射入太陽能電池3的準確率。即使是由熒光體4產生的可見光向放射線源11 側前進的情況，該可見光被反射體5反射到太陽能電池3側，射入太陽能電池3。因此，射入太陽能電池3的可見光的量增加，進一步增大了由太陽能電池3產生的電力的量。遮光部件7屏蔽從外部侵入發(fā)電面板2內的可見光。因此，可以阻止來自發(fā)電面板2之外的可見光射入太陽能電池3。因為也可以通過減速部件6來屏蔽來自外部的可見光，所以也可以不設置遮光部件7。作為熒光體4，可以使用由CaWO4構成的厚度為300 500 μ m的增感屏。由該增感屏而得到的可見光的亮度約為1. IOCd · n^/Rsec—1，波長為300 600nm(中心:430nm)。 與Gd2AS = Tb制的增感屏相比，CaffO4制的增感屏得到的可見光的波長短，降低了太陽能電池3的可見光收集效率。具有減速部件6、CaffO4的增感屏和非晶Si的太陽能電池3的發(fā)電面板的電力產生量，雖然比發(fā)電面板2降低了，但比日本特開2002-341094號公報和日本特開平7-274417號公報提高了。鎢膜的有效原子序數是74，大于CaWO4的有效原子序數62。因此，鎢膜的減速效果變大。作為減速部件6，例如可以使用具有100 μ m厚度的鉛膜來代替鎢膜。鉛膜可以與鎢膜同樣地將放射線減速。實施例2以下對作為本發(fā)明其他實施例的實施例2的、使用太陽能電池的發(fā)電方法進行說明。用圖9來說明該發(fā)電方法所用的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。本實施例的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)1A，在太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)1中，以從放射線源11朝向側壁13的方向，將多個發(fā)電面板 (例如3塊發(fā)電面板)2平行地配置在太陽能電池收納室12內的放射線源11和太陽能電池收納室12的側壁13之間。太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)IA的其他構成與太陽能電池發(fā)電系統(tǒng) 1相同。在太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)IA中，3塊發(fā)電面板2A、2B、2C被配置在放射線源11和太陽能電池收納室12的側壁13之間，發(fā)電面板2A、2B、2C被配置為例如平行于側面14A(圖未示)。發(fā)電面板2A、2B、2C各自具有與圖1所示的發(fā)電面板2相同的構成。發(fā)電面板2A、 2B、2C的各自的太陽能電池3通過配線10與動力調節(jié)器9連接。從太陽能電池收納室12內的放射線源(包含使用過的核燃料的再處理中產生的放射性殘渣物)11放出的放射線、例如從Cs-137放出的660keV的、射線16，在太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)IA中，被射入離放射線源11最近的位置上的發(fā)電面板2A。該、射線16被發(fā)電面板2A的減速部件6減速，能量降低至330keV。330keV的γ射線16被發(fā)電面板2Β的減速部件6減速，能量降低至16^eV。16^eV的γ射線16在太陽能電池收納室12的水平截面上被離放射線源11最遠的位置上的發(fā)電面板2C的減速部件6減速，能量減低至約 82keV。發(fā)電面板2C中，約82keV的γ射線16被射入熒光體4，因此在熒光體4中產生可見光。由于該可見光被射入發(fā)電面板2C的太陽能電池3，因此該太陽能電池3產生電力。 在上述例子中，通過Y射線16，發(fā)電面板2Α和2Β的各熒光體4中不產生可見光。如上所述，從放射線源11放出的放射線向各個方向放出，經各個路線射入相當的發(fā)電面板。因此，通過入射的Y射線，發(fā)電面板2Α和2Β的任一發(fā)電面板的熒光體4都產生可見光，所以相當的太陽能電池3可以產生電力。發(fā)電面板2A、2B、2C上設置的全部太陽能電池3通過配線10與動力調節(jié)器9連接，所以全部太陽能電池3產生的電力被動力調節(jié)器9轉換為交流。本實施例還可以得到實施例1中產生的各效果。特別是，本實施例中由于配置了多層(發(fā)電面板2A、2B、2C)發(fā)電面板，因此，與實施例1相比，可以加快放射線的減速，增加了每單位時間由熒光體4產生的可見光的量。因此，與實施例1相比，進一步增加了每單位時間的電力的產生量。實施例3以下對于作為本發(fā)明其他實施例的實施例3的、使用太陽能電池的發(fā)電方法進行說明。使用圖10和圖11來說明該發(fā)電方法中使用的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)1B。本實施例的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)IB具有以下結構在太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)IA中，將包括發(fā)電面板2A、 2B、2C的多個發(fā)電組件15以圍繞在放射線源11周圍的方式配置為環(huán)狀。太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)IB的其他結構與太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)IA相同。本實施例中使用的放射線源11是在軸方向上細長的密閉容器中收納有使用過的核燃料的再處理中產生的放射性殘渣物。該放射線源11相對于太陽能電池收納室12的地板面垂直豎立而設置，軸方向朝向上下方向。各發(fā)電面板組件15與放射線源11同樣地設置在太陽能電池收納室12內。各發(fā)電面板組件15為，在太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)IB的水平截面上，在發(fā)電面板2A、 2B、2C中，將發(fā)電面板2A配置在離放射線源11最近的位置上，將發(fā)電面板2C配置在離放射線源11最遠的位置上。發(fā)電面板2B配置在發(fā)電面板2A和發(fā)電面板2C之間。換言之，發(fā)電面板2A、2B、2C順次從放射線源11朝著側壁13配置。多個發(fā)電面板組件15不僅圍繞放射線源11配置成環(huán)狀，而且在放射線源11的軸方向上也環(huán)狀地配置多段(參照圖11)。即，多個發(fā)電面板組件15以圍繞放射線源11、例如以橫截面形成八角形筒狀體的方式來配置。本實施例中，從放射線源11放出的放射線、例如從Cs-137放出的、射線必定最初射入某個發(fā)電面板組件15的發(fā)電面板2A。之后，與實施例2同樣地，γ射線被發(fā)電面板 2A、2B、2C的各減速部件6減速，降低能量。在該能量達到IOOkeV以下的發(fā)電面板內，通過將IOOkeV以下的γ射線射入熒光體4，從而該熒光體4產生可見光，對太陽能電池3中的電力產生做出貢獻。如果被位于最外側的發(fā)電面板2C的減速部件6減速的、射線的能量大于IOOkeV時，則該Y射線被側壁13的側面反射，射入任一發(fā)電面板組件15的發(fā)電面板 2C。該γ射線朝著內側的發(fā)電面板2A前進。該過程中，Y射線被發(fā)電面板2C的減速部件6等減速，γ射線的能量減低至IOOkeV以下。能量達到IOOkeV以下的發(fā)電面板的熒光體4中產生可見光，該發(fā)電面板的太陽能電池3中產生電力。
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由于動力調節(jié)器9通過配線10與所有發(fā)電面板組件15的3塊發(fā)電面板上設置的全部太陽能電池3連接，因此全部太陽能電池3中產生的電力被導入動力調節(jié)器9，轉換為交流。本實施例可以得到實施例2中產生的各效果。康普頓散射后的Y射線的朝向的方向基本上是無法特定的。所以，如本實施例那樣，通過將多個發(fā)電面板組件環(huán)狀地配置在放射線源的周圍，從而可以使康普頓散射后的Y射線射入任一發(fā)電面板組件，可以最高效地產生電力?？梢杂铆h(huán)狀配置的多個發(fā)電面板組件捕捉康普頓散射后的Y射線的全部。實施例4使用圖12對作為本發(fā)明其他實施例的實施例4的、使用太陽能電池的發(fā)電方法進行說明。該發(fā)電方法中所用的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)IC具有以下結構在太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)1中，用放射線源IlA替代放射線源11，由通過電子撞擊而發(fā)出熒光的布勞恩管用熒光體(由SiSCu、Al，SiSCu、Au、Al或IO2S:Eu構成)構成熒光體4。太陽能電池發(fā)電系統(tǒng) IC的其他結構與太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)1相同。本實施例中使用的放射線源IlA不是實施例 1 3中使用的具有放射性殘渣物的放射線源11，而是Co-60。放射線源IlA和發(fā)電面板2 設置在太陽能電池收納室12內。將在放射線源IlA側形成有凹面的散射體17配置在放射線源IlA和發(fā)電面板2之間。從放射線源IlA的Co-60放出1. IMeV的、射線。該、射線通過散射體17的配置而不會直接射入發(fā)電面板2，被散射體17的凹面、或太陽能電池收納室12的側壁13的側面14A、14B、14C和14D的任一個反射至少1次后，射入發(fā)電面板2。 1. IMeV的γ射線被散射體17等減速，其平均能量降低至入射時的一半的能量(約550keV) 左右。該能量的、射線被射入發(fā)電面板2時，γ射線被減速部件6進一步減速，同樣由于多個減速部件6的效果，降低至入射時的γ射線的能量的一半的平均能量(約27^eV)左右。如果具有該能量的、射線被射入由布勞恩管用熒光體構成的熒光體4的話，則熒光體 4產生作為可見光的熒光。在射入該熒光的太陽能電池3中產生電力。本實施例中也可以獲得實施例1中產生的各效果。放射線源IlA也可以在實施例 2和3中代替放射線源11來使用。工業(yè)上的可應用性本發(fā)明可以適用于使用太陽能電池的發(fā)電方法。
權利要求
1.一種使用太陽能電池的發(fā)電方法，其特征在于，用減速部件對從放射線源放出的放射線進行減速，通過減速而被降低了能量的所述放射線射入到熒光體，產生可見光，將該可見光射入太陽能電池而產生電力。
2.根據權利要求1記載的使用太陽能電池的發(fā)電方法，其中，作為所述放射線源，使用包含通過使用過的核燃料的再處理而產生的放射性殘渣物的放射線源。
3.一種太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，具備太陽能電池、產生射入所述太陽能電池的可見光的熒光體以及減速部件，所述減速部件對射入所述熒光體的放射線進行減速而降低該放射線的能量。
4.根據權利要求3記載的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，其中，具備放射線源，在從所述放射線源起離開其的方向上，順次配置有所述減速部件、所述熒光體和所述太陽能電池。
5.根據權利要求4記載的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述放射線源包含通過使用過的核燃料的再處理而產生的放射性殘渣物。
6.根據權利要求4或5記載的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，其中，具備具有所述減速部件、所述熒光體和所述太陽能電池的多個發(fā)電面板，這些發(fā)電面板并列地配置在從所述放射線源起離開其的方向上。
7.根據權利要求4或5記載的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，其中，具備具有所述減速部件、所述熒光體和所述太陽能電池的多個發(fā)電面板，這些發(fā)電面板以包圍所述放射線源的方式環(huán)狀地配置。
8.根據權利要求3記載的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，其中，在所述減速部件和所述熒光體之間配置有反射體。
9.根據權利要求3記載的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述太陽能電池與將直流轉換為交流的直流/交流轉換裝置連接。
10.根據權利要求3記載的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述熒光體含有Gd202S:Tb， CaffO4, ZnS:Cu、Al，ZnS:Cu、Au、Al 以及中的任一種。
全文摘要
本發(fā)明為使用太陽能電池的發(fā)電方法及太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。提供用可進一步提高發(fā)電量的太陽能電池的發(fā)電方法。多個發(fā)電面板(2)和放射線源(11)設在形成于地下的、密閉的太陽能電池收納室(12)內。放射線源(11)包含在使用過的核燃料的再處理中產生的放射性殘渣物。發(fā)電面板(2)在設于基板(8)上的太陽能電池(3)上，順次設有熒光體(4)、反射體(5)和減速部件(6)。從放射線源(11)放出的放射線、例如γ射線射入發(fā)電面板(2)，被減速部件(6)減速，降低能量。由100keV以下的γ射線向熒光體(4)入射而在熒光體4中產生的可見光射入太陽能電池(3)中而產生電力。
文檔編號H01L31/055GK102237430SQ20111004385
公開日2011年11月9日 申請日期2011年2月22日 優(yōu)先權日2010年4月27日
發(fā)明者內田牧男, 廣田淳一, 新開康弘, 熊坂綾子 申請人:株式會社日立制作所