专利名称：一种钷光能发电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种从放射源取得电能的装置，具体来说是以稀土元素钷为放射源的一种钷光能发电装置。
背景技术：
科学研究表明放射性物质在衰变期内的放射性能量可以直接转变为电能。上世纪中叶，世界上就已研制出了以钚-231为放射源的放射性同位素热电发生器。中国专利公告号CN 2052960U，公告日1990年2月14日，名称为《原子能电池》的实用新型，提出了将放射性物质放置在两种不同导电类型的半导体材料P-N结之间，将半导体材料密封于带有放射性防护的安全外壳中，并从半导体的P-N结上分别用导线引出正、负电极，从而制成原子能电池的技术方案。其能量转换的方式是通过用放射性衰变产物辐照半导体材料，从而使该材料产生一定数量的电子-空穴对来实现的。制作的电池体积小，能量大，应用范围较为广泛。但该类电池要求放射性物质的辐射强度较大，从而对辐射的防护要求较高，导致体积较大，制作难度较高，同时采用以上半导体材料进行光电转换，其转换效率仍不够理想。对于中小功率的电力装置不仅制造成本高，体积笨重，发电效率较低，而且产品使用的安全性难以控制，维护管理上也很困难，实用性差。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术所存在的问题和不足，提供一种体积小，发电能量大，辐射小，使用安全可靠的一种钷光能发电装置。它光电转换效率较高，用材来源广泛，制作较方便，成本较低。
本实用新型的技术解决方案是一种钷光能发电装置，包括放射源钷、光电转换材料和防辐射容器，在钷棒周围填充有反光材料，钷棒的端部设置有光电转换材料，光电转换材料连接碳棒作为阳极，防辐射容器的外壳作为阴极。
本实用新型还可以进一步将钷棒垂直设置在防辐射容器内层的底部，在钷棒的两端部位设置有反光板，钷棒周边的内层空间中填充有反光材料，钷棒的上顶端上放置有光电转换材料，光电转换材料的上方连接碳棒。
本实用新型所用的光电转换材料是由硒、钠、氧化铜按同等重量份的比例制成的合金或将硒板、钠板、氧化铜板间隔叠放并固定为一体。
本实用新型的反光板采用金属锆或锆合金制成，在朝向反光材料一侧的反光板上以及在包容反光材料的防辐射容器内层上均涂覆有反光材料。
本实用新型的防辐射容器分为内层、中层和外壳三层，其内层的材料为金属锆或锆合金，中层为玻璃钢，外壳为锌锰合金。
本实用新型的反光材料为磷光粉或铷粉。
本实用新型还可以在碳棒与防辐射容器的外壳之间设置有绝缘材料。
钷，原子序数61，属于轻稀土元素，是从铀的裂变产物中分离得到的人工放射性元素，主要放射出β光射线，其射线作用于荧光物质产生荧光。钷为六方晶格晶体，熔点1168℃沸点2460℃密度7.22克/厘米3。钷145的半衰期为18年。钷147的半衰期为2.62年，钷147可制作防护用于的发光粉。有的利用钷放射射线时产生的热量，通过热电偶将热能转化为电能。本实用新型则是利用钷的放射线作为光源，使其作用于荧光物质产生荧光，荧光照射在光电转换材料上而产生电能。
本实用新型的有益效果1是采用辐射量极小的放射性元素钷作为动力源，既可高能量地持续产生电能，又便于进行防辐射的安全保护，使其装置体积减小，制作工艺简化，生产和管理成本降低。2是在钷棒周围填充有反光材料，使钷发出的β射线聚集、增强，从钷棒的上顶端射向光电转换材料，减少了钷射线散射的能量损失，提高了钷棒能量的利用效率。3是光电转换材料采用硒、钠、氧化铜的合金，其材料的来源广泛，成本较低，光电转换的效率较高。4是在防辐射容器的设计上采用了三层式的结构，特别是采用了可用于包覆铀元素的金属锆或锆合金作为内层取代铅板，使容器的防辐射效果明显提高，确保对人身无危害，安全性好。5是整套装置结构紧凑，体积小，制作工艺简单，原材料成本较低，发电效率较高，对环境基本无污染，使用方便，可以制成小型或超小型电池，也特别适于制作成中等功率(10-100千瓦)的电力装置，实用性强。
图1是本实用新型的结构示意图图2是图1中的A-A剖视图具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细描述；参见图1，图2本实用新型的一种钷光能发电装置包括放射源钷、光电转换材料8和防辐射容器。可采用钷145或钷147制成钷棒4，在钷棒4周围填充有反光材料7，钷棒4的端部设置有光电转换材料8，光电转换材料8连接碳棒9作为阳极，防辐射容器的外壳1作为阴极。具体来说是钷棒4垂直设置在圆柱形防辐射容器内层3的底部，钷棒有九根，在防辐射容器内层3的中心放置一根，另外八根围绕其圆筒中心等分均布在内层3中，在钷棒4的上下两端部位设置有反光板5，反光板5上对应各钷棒4部位开有与钷棒4直径对应的孔，使反光板5可以套在钷棒4上。反光板5采用金属锆或锆合金制成。在朝向钷棒4一侧，即朝向反光材料7一侧的反光板5上，以及在包容反光材料7的防辐射容器内层3上均涂覆有反光材料7，用于阻止并反射钷棒4放射的β光射线。钷棒4周边的容器内层3中填充有反光材料7，钷棒4的上顶端上放置有光电转换材料8，钷棒4顶端与光电转换材料8之间可以接触，也可以存在一定间隙。钷棒4放射出的光能经过反光材料7、反光板5及内层3的反射、放大和聚集后从钷棒4的上顶端射向光电转换材料8，由其将光能转化为电能。由光电转换材料8上方连接的碳棒9将其电能输出。
本装置所用反光材料7为磷光粉或铷粉，所用的细度约为50-100目，两种材料均可使用。在市场上磷光粉的价格远低于铷粉，因此钷棒4周围填充的反光材料7可采用磷光粉。但在反光板5上以及在包容反光材料7的防辐射容器内层3上涂覆的反光材料7则可采用铷粉。铷粉或磷光粉的涂覆于锆板或锆合金板上的工艺与现有工艺相同。
本装置所用光电转换材料8是由硒、钠、氧化铜按同等重量份的比例制成的合金，将该合金制成所需的规格放置于防辐射容器中的钷棒4上方，或将硒板、钠板、氧化铜板依次顺序叠放并固定为一体，然后放置于钷棒4上方。
本装置所用防辐射容器是一个从中部封口的圆柱形密闭容器，它分为内层3、中层2和外壳1，三层筒体相互嵌套成为一个中空的桶体。其内层3的材料为金属锆或锆合金，中层2为玻璃钢，外壳1为锌锰合金。由于金属锆及锆合金性质稳定，可作为核反应堆中铀燃料的包覆合金，故在内层3的结构中采用金属锆或锆合金可有效地防止钷元素放射线的外泄，中层2的玻璃钢和外壳1的锌锰合金可进一步降低其射线的放射量，而中层2的玻璃钢还作为绝缘材料起到阻隔内部电流外泄的作用。在制作上，内层3、中层2和外壳1均从中间分成两截，并在中层2和外壳1的中间部位制作有内外螺纹接头，当装入钷棒4、反光材料7、光电转换材料8、反光板5等部件后，先将内层3的两截合拢，再将两截中层2和外壳1上的内外螺纹接头旋合，使其紧固连接在一起。经测试钷棒4在防辐射容器内层3中的放射线剂量可达到30伯克莱尔/克，但在外壳1部位所检测到的放射线剂量仅为0.06伯克莱尔/克。
碳棒9的下端设置在光电转换材料8的顶部，碳棒9的上部露出防辐射容器外壳1以外，在碳棒9与防辐射容器的外壳1之间设置有绝缘材料6以防止本装置上的两电极短路。绝缘材料6可选择通用的电器绝缘材料如绝缘橡胶垫圈等。
权利要求1.一种钷光能发电装置，包括放射源钷、光电转换材料和防辐射容器，其特征在于在钷棒(4)周围填充有反光材料(7)，钷棒(4)的端部设置有光电转换材料(8)，光电转换材料(8)连接碳棒(9)作为阳极，防辐射容器的外壳(1)作为阴极。
2.根据权利要求1所述的一种钷光能发电装置，其特征在于钷棒(4)垂直设置在防辐射容器内层(3)的底部，在钷棒(4)的两端部位设置有反光板(5)，钷棒(4)周边的内层(3)空间中填充有反光材料(7)，钷棒(4)的上顶端上放置有光电转换材料(8)，光电转换材料(8)的上方连接碳棒(9)。
3.根据权利要求1或2所述的一种钷光能发电装置，其特征在于光电转换材料(8)是由硒、钠、氧化铜按同等重量份的比例制成的合金或将硒板、钠板、氧化铜板间隔叠放并固定为一体。
4.根据权利要求1或2所述的一种钷光能发电装置，其特征在于反光板(5)采用金属锆或锆合金制成，在朝向反光材料(7)一侧的反光板(5)上以及在包容反光材料(7)的防辐射容器内层(3)上均涂覆有反光材料(7)。
5，根据权利要求1或2所述的一种钷光能发电装置，其特征在于防辐射容器分为内层(3)、中层(2)和外壳(1)三层，其内层(3)的材料为金属锆或锆合金，中层(2)为玻璃钢，外壳(1)为锌锰合金。
6，根据权利要求1或2所述的一种钷光能发电装置，其特征在于反光材料(7)为磷光粉或铷粉。
7.根据权利要求1或2所述的一种钷光能发电装置，其特征在于在碳棒与防辐射容器的外壳(1)之间设置有绝缘材料(6)。
专利摘要一种钷光能发电装置，将钷棒4垂直设置在防辐射容器内层3的底部，在钷棒4的两端部位设置有反光板5，钷棒4周边的内层3空间中填充有反光材料7，使钷发出的β射线聚集，射向钷棒4的上顶端上放置的光电转换材料8。提高了钷棒能量的利用效率，光电转换的效率较高。光电转换材料8的上方连接碳棒9作为阳极，外壳1作为阴极。钷辐射量极小，既可高能量地持续产生电能，又便于进行防辐射的安全保护，防辐射容器安全性好。本装置体积小，发电效率较高，对环境基本无污染，可以制成小型或超小型电池，也特别适于制作成中等功率(10－100千瓦)的电力装置，实用性强。
文档编号H01L31/04GK2862493SQ20052009962
公开日2007年1月24日 申请日期2005年12月23日 优先权日2005年12月23日
发明者林长水 申请人:林长水