使用太阳能电池的发电方法及太阳能电池发电系统的制作方法

专利名称：使用太阳能电池的发电方法及太阳能电池发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用太阳能电池的发电方法及太阳能电池发电系统，特别涉及使用适于将从放射性残渣物放出的放射线用于发电的太阳能电池的发电方法以及太阳能电池发电系统，所述放射性残渣物是在使用过的核燃料的再处理中产生的。
背景技术：
作为光发电系统，已知有太阳光发电系统。该太阳光发电系统具有将太阳发出的光能中的可见光区域GOO SOOnm)的能量转化为电力的太阳能电池。作为光发电系统的一种，提出了利用从放射线源(Co-60)放出的放射线的α射线照射型太阳能电池(参照日本特开2002-341094号公报)。该α射线照射型太阳能电池在太阳能电池的上面形成荧光体膜，在荧光体膜上形成钚-238层，在钚-238层上顺次设置透明传导膜和玻璃基板。通过从玻璃基板侧射入X射线，从而太阳能电池进行发电。通过使用荧光体，增加电动势。还记载了将从Co-60放出的放射线(β射线和Y射线)照射到α射线照射型太阳能电池上。通过将该放射线射入钚-238层，从而增加在钚-238层中产生的α射线，增大在荧光体中的荧光发光作用，增加用太阳能电池所发电的电力。日本特开平7-274417号公报记载了进行冷凝器的传热管的内部检查的微型机器中的电力供给系统。传热管的内表面上形成有荧光体层。微型机器的主体的表面被光电动势元件覆盖。放射线从传热管的外部射入荧光体层，从荧光体层发出荧光。该荧光射入光电动势元件，在光电动势元件中产生电力。该电力被供给到微型机器的内部的回路系统中。“增感纸、荧光板，三菱化学株式会社，平成13年9月(増感紙 蛍光板、化成才
卜二 ” 7株式会社、平成13年9月”的17 18页中记载了作为荧光剂的CaWO4(钨酸钙) 和Gd2AS Tb (氧硫化钆铽)的特性。“「知恩」No. 31，太阳能电池的发电原理及其种类和特性，筑波大学，伊藤藤隆，第 45号，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号、平成21年”中记载了非晶硅太阳能电池和单晶硅太阳能电池的可见光的收集光谱(Collection Spectra)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2002-341094号公报专利文献2 日本特开平7-274417号公报非专利文献非专利文献1 増感紙 蛍光板、化成才/卜二々7株式会社、平成13年9月、17 18頁非专利文献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号、平成21年

发明内容
发明要解决的问题日本特开2002-341094号公报中记载的α射线照射型太阳能电池，例如，通过射入X射线而得到83. 0 μ A的电流和3. 3V的电压(参照表2)、以及例如通过射入从Co_60放出的放射线而得到0. 115 μ A的电流和1. IV的电压(参照表8)。对于日本特开平7-274417 号公报中记载的电力供给系统得到了 0. 304mff的电力发明人等考虑到利用从残渣物中放出的放射线来产生电力，所述残渣物是通过使用过的核燃料的再处理从使用过的核燃料回收核燃料物质(铀和钚等)后残留的。由使用过的核燃料的再处理而产生的残渣物包含Cs-137和Sr-90等半衰期非常长的放射性核种，以往，作为高水平放射性废弃物被玻璃固化，而埋在地下的方法被认为是有力的。就从Cs-137和Sr-90等放出的电离放射线(X射线、β射线、Y射线和中子)的能量而言，具有IOkeV以上的高能量。例如，从Cs-137放出的、射线具有660keV的能量。 从Sr-90以及Y-90放出的β射线具有2. 28MeV的能量。从Co_60放出的电离放射线的能量为1. lMeV。通过具有这样高的能量的电离放射线向荧光体入射，从而即使将荧光体中产生的荧光(可见光)射入太阳能电池，如日本特开平7-274417号公报中记载的电力供给系统那样，由太阳能电池产生的电力也是很微少的。本发明的目的在于提供一种使用可以进一步增加电力产生量的太阳能电池的发电方法和太阳能电池发电系统。解决问题的手段实现上述目的的本发明的特征在于，用减速部件对从放射线源放出的放射线进行减速，通过减速而被降低了能量的放射线射入荧光体，产生可见光，将该可见光射入太阳能电池而产生电力。将来自放射线源的放射线减速，使放射线的能量降低，将放射线射入荧光体，从而使滞留在荧光体所含的结晶的第2稳定能级的电子量增加。因此，使放出能量而从第2稳定能级回到该结晶的第1稳定能级的电子量增加。电子从第2稳定能级回到第1稳定能级时所放出的能量贡献给可见光的产生，因此滞留在第2稳定能级的电子量的增多使可见光的产生增加，作为结果是使射入该可见光的太阳能电池的电力产生量增加。优选的是，作为放射线源，最好使用含有由使用过的核燃料的再处理而产生的放射性残渣物的放射线源。通过使用包含放射性残渣物的放射线源，从而可以将从放射线残渣物所含的长半衰期的放射性核种中放出的放射线用于发电。即，可以将作为高水平放射性废弃物而被当作麻烦物的放射性残渣物，作为对使用太阳能电池的发电有效的资源而活用。也可以降低高水平放射性废弃物的玻璃固化物的产生量。发明效果根据本发明，可以进一步增加太阳能电池中的电力产生量。


图1是使用作为本发明的一个适宜实施例的实施例1的太阳能电池的发电方法中适用的太阳能电池发电系统的结构图。图2是发出荧光的荧光体的能带模型的说明图。
图3是表示荧光体发出荧光的机制的说明图。图4是表示含CaWo4的增感屏的发光光谱的说明图。图5是表示含Gd2AS = Tb的增感屏的发光光谱的说明图。图6是表示各种太阳能电池中的可见光的收集光谱的说明图。图7是表示荧光剂的X射线的吸收系数的特性图。图8是表示荧光剂的X射线吸收的状态的说明图。图9是使用作为本发明的其他实施例的实施例2的太阳能电池的发电方法中适用的太阳能电池发电系统的结构图。图10是使用作为本发明的其他实施例的实施例3的太阳能电池的发电方法中适用的太阳能电池发电系统的结构图。图11是图10所示的太阳能电池发电系统的发电面板部的概略立体图。图12是使用作为本发明的其他实施例的实施例4的太阳能电池的发电方法的说明图。符号说明1、1A、1B 太阳能电池发电系统2、2A、2B、2C 发电面板3:太阳能电池4 荧光体6 减速部件9 动力调节器IlUlA 放射线源12 太阳能电池收纳室13 侧壁15:发电面板组件
具体实施例方式本发明人等对利用从使用过的核燃料的再处理中产生的、含长半衰期的放射性核种的放射性残渣物中放出的电离放射线进行发电的方法进行了研究。以下，详细地说明该研究结果。已知自然界中存在的一些物质(例如ais(硫化锌))在通过光(包括χ射线、γ 射线、电子射线等放射线)的照射而被给予能量时，会发出具有物质固有的波长的光(该情况下是可见光附近)。该发出的光被称为荧光，将由发出荧光的物质所构成的物体称为荧光体。使用最容易理解的能带模型来说明荧光体的发光机制。固体结晶形成适应其结晶结构的能带(参照图2)。导带表示物质中的电子自由地运动的状态，禁带是指不允许电子存在的状态，价带表示电子被牢固束缚在物质的原子中而不能自由运动的状态。通常，具有纯粹的结晶结构的物质具有图2所示的能带结构，该物质内的电子全部存在于价带中。对物质给予能量时，价带的电子被激发到导带，作为电流而流失，物质不会发出荧光。
但是，在纯粹的结晶中稍微添加一点杂质时，由结晶在图2所示的禁带中产生新的稳定能级。产生了稳定能级的状态的示意图如图3所示。通过向结晶添加少量的杂质， 从而产生在禁带内用虚线所示的稳定能级(荧光能级)。对于在价带附近产生的稳定能级， 存在从价带渗出的电子。在该状态下，比用虚线所示的两个稳定能级间的能量差，即上侧的稳定能级(以下称为第2稳定能级)的能量和下侧的稳定能级(以下称为第1稳定能级) 的能量差大的能量的光(或放射线)流入该物质内时，存在于第1稳定能级的电子被激发到第2稳定能级。由于第2稳定能级是导带以下的能级，因此从第1稳定能级激发的电子不会作为电流而流失，在规定时间(能级寿命通常为Ips以下)期间滞留在第2稳定能级中。在第2稳定能级中滞留的电子，之后通过放出相当于第1稳定能级和第2稳定能级间的能量差的能量，而回到原本的第1稳定能级。此时，放出的能量被称为在广义上的荧光。 该放出的能量设为hv时，通过使hv = IMO/λ，可以求出放出的光的波长λ。使放出的光的波长λ满足400nm彡λ彡SOOnm时，该光可以作为可见光而被观测到。具有满足400nm彡λ彡SOOnm的波长λ的光称为狭义上的荧光。即使是具有添加了杂质的结晶的物质，在射入该物质的能量大的情况下，入射光子根本不会与具有该结晶的物质进行相互作用。该状态示于图7和图8。就不与能量大的入射光子进行相互作用的物质而言，对于入射光子来说，相当于其厚度变薄了。所以，由于物质不会被光子赋予能量，因此由该物质产生的荧光减少。即，由荧光体产生的荧光的量变少。光子的能量与禁带的能量几乎相等时，该物质从光子获得能量的几率增大。此时，由物质产生的荧光变得最多。日本特开2002-341094号公报和日本特开平7-274417号公报的各太阳能电池中产生的电力的量少的理由是从Co-60发出的非常高的能量的γ射线入射到荧光体。从 Co-60发出的非常高的能量的γ射线入射到荧光体时，由于上述理由，滞留在第2稳定能级的电子的量变少。因此，由荧光体产生的荧光的量变少，日本特开2002-341094号公报和日本特开平7-274417号公报的各太阳能电池中，电力的产生量变少。基于此，本发明人等发现为了增大太阳能电池中的电力产生量，必须使入射到发出可见光的荧光体的放射线的能量在合适的范围内。荧光体由含杂质而产生第1和第2稳定能级的固体结晶的物质构成。产生可见光范围的光GOOnm彡λ ^ 800nm)时，放出能量hv成为满足1. kV彡hv彡!BeV的能量。荧光体的第1稳定能级和第2稳定能级间的能量差为1. 5eV ;3eV。所以，如果将具有处于 3eV以上IOOeV以下范围内的能量的光射入荧光体的话，该荧光体可以高效地发出荧光。本发明人等从利用在使用过的核燃料的再处理中产生的、由含长半衰期的放射性核种的放射性残渣物放出的电离放射线，考虑到适用具有放射线照射功效的医疗用(X射线撞击)的荧光剂或布劳恩管用(电子射线撞击)的荧光剂作为用于荧光体的荧光剂。医疗领域中，主要使用以下两种荧光剂。这些荧光剂被用于不同的增感屏。第1荧光剂是标准型的CaWO4 (钨酸钙)，构成第1增感屏。CaWO4通过放射线的入射而发出蓝色的荧光，该荧光为连续谱，在425nm的波长λ处，发光强度形成峰(参照图 4)。第2荧光剂是改良型的Gd2AS = Tb (氧硫化钆铽)，构成与上述第1增感屏不同的第2增感屏。Gd2AS = Tb通过放射线的入射而发出绿色的荧光，该荧光为线状谱，在可见光区域的中心波长550nm附近的波长λ即M5nm处，发光强度形成峰(参照图5)。图4和图5表示各荧光剂的发光光谱，横轴表示进行发光的荧光的波长，纵轴表示发光了的荧光的相对发光强度。图4和图5所示的各发光光谱记载在“増感紙 蛍光板、化成才/卜二々7株式会社、平成13年9月”的17页的图3中。可以理解向用作荧光体的第1和第2增感屏照射放射线时，通过各增感屏的各自的荧光剂而得到充分强的可见光时，太阳能电池中可以将该光转化为电力。哪种增感屏与太阳能电池很好地匹配，取决于太阳能电池的工作波长。太阳能电池的收集光谱如图6所示。图6所示的特性记载在“「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号、平成21年”中。现在， 主流的Si系太阳能电池如图6所示，单晶系(包括多晶系)在700 SOOnm附近具有峰， 非晶系在500 600nm附近具有峰，在短波长侧有效率急剧降低的倾向。结果是，首先是 Gd202S:Tb，接着成为效率比Gd2AS = Tb更低的CaW04。另外，就使用的太阳能电池而言，与单晶Si相比，优选非晶Si。本发明人等对照射于荧光体(例如医疗领域中使用的增感屏)的放射线的能量进行了研究。其结果是本发明人等确认出将放射线照射于荧光体时，即使射入荧光体的放射性的能量比第2稳定能级所对应的能量和第1稳定能级所对应的能量的差大很多，由荧光体产生的荧光(可见光)也变得非常少，由太阳能电池产生的电力变得极度地少。以下对该确认过程和结果进行说明。作为放射线，考虑使用X射线和Y射线这样的光子。作为光子和荧光体的物质的相互作用有以下三种(1)光电效果、(2)康普顿散射和(3)生成电子正电子对。荧光体吸收由这三种相互作用而射入的放射线的能量。但是，如果对荧光体照射具有IMeV以上的能量的放射线的话，C3)是不会产生的相互作用。使用过的核燃料的再处理中产生的、由含长半衰期的放射性核种的放射性残渣物放出的电离放射线，例如Y射线的能量不足lMeV，因此在荧光体内部不能发生(3)的相互作用。因此对于(1)和O)的相互作用进行研究。荧光体发出荧光时的相互作用是(1)的光电效果。所谓光电效果是指，与被照射了光子的物质的原子相互作用，将其全部能量给予被束缚在该原子中的电子的现象。被束缚在构成荧光体的物质的原子中的电子从被照射的光子中得到的能量虽然达到与光子所照射的物质的原子序数的4次方成比例的大小，但光子的能量增大的话则其急剧减小(参照图7)。该图7所述的特性记载于“増感紙 蛍光板、 化成才卜二夕^株式会社、平成13年9月”的18页的图4中。由图7可知，如果放射线的能量增加，则放射线的吸收系数呈指数函数样地减少。 这是由于χ射线或Y射线的能量增大的话，则等价地荧光剂的厚度变薄，荧光剂变得不与光子发生相互作用。因此，即使向荧光体射入具有200 300keV以上的能量的光子，该荧光体也不发出荧光。图7中，Gd2AS = Tb在50keV，CaWO4在70keV，暂且增加放射线的吸收系数。这些能量是正好等于各物质的在被称作K吸收端的位置上最内层的电子的电离能的能量。就该能量而言，相当的荧光剂的、放射线的吸收系数变大。结果是，为了在荧光体中最有效地产生荧光，需要使光子的能量在100 120keV以下。图8表示了将使用SOkV的X射线管球所产生的X射线射入荧光体时的、荧光体中的放射线的吸收状态。上述Gd2AS = Tb和CaWO4的各荧光剂在SOkV的能量下最能发光。根据图8可知，对于Gd2AS = Tb入射的X射线几乎都被吸收。另外，对于CaWO4与Gd2AS = Tb相比，虽然降低了吸收效率，但可以确保入射的放射线的充分的吸收量。图8所示的特性记载于“増感紙·蛍光板、化成才7卜二々7株式会社、平成13年9月”的18页的图5中。作为射入荧光体的放射线的放射线源，利用使用过的核燃料的再处理中产生的、 含长半衰期的放射性核种的放射性残渣物。该放射性残渣物的主要成分是Cs-137 (放出的 Y射线的能量660keV)。就该放射性残渣物而言，除了 Cs-137以外，还含有Sr_90。Sr-90 通过β衰变而成为Υ-90，Υ-90进一步进行β衰变而成为稳定的&-90。作为由Cs-137放出的放射线的Y射线的能量高达660keV，因此无法期待分别使用Gd2AS = Tb和CaWO4的各荧光体和该、射线的相互作用。因此，需要将该高的、射线能量降低至荧光体发光所必需的能量范围。该Y射线能量的降低可以通过应用(2)康普顿散射来进行。所谓康普顿散射是指光子和物质的原子核的散射，通过散射将光子的运动能量变为原子核的运动能量，减少光子的能量的相互作用。就该现象而言，因为放射线的能量减少，因此称为光子的减速。康普顿散射中，光子将所拥有的能量的一部分转移到原子核。但是，因为光子还具有能量，所以由该原子核的散射后，向不同的方向前进。之后，光子碰到几个原子核而被散射几次后，所拥有的能量降低至光电效果范围时，通过光电效果，光子被荧光体的物质吸收，从而可以发出荧光。为了将光子(放射线)的高能量降低至光电效果范围内的低能量，可以使用减速材料。通过使用该减速材料，例如，可以将从Cs-137放出的γ 射线的能量660keV降低至120keV以下，从而可以高效地将该能量作为荧光而从荧光体中取出。以上研究的结果是本发明人等发现了如下的新的见解为了将从使用过的核燃料的再处理中产生的放射性残渣物中放出的放射线射入荧光体，将荧光体产生的可见光射入太阳能电池，使其高效地产生电力，必须使用使从该放射线残渣物中放出的放射线减速的减速材料。因此，本发明人等对使从该放射线残渣物中放出的放射线减速的减速材料进行了研究。康普顿散射的大小与减速材料所含的原子的原子序数的1次方成比例。就由减速材料所带来的放射线的减速效果而言，借助含原子序数大的原子的减速材料而变得更大。 作为该减速材料，作为重金属的铅和钨是有效的。通过使用由铅(或钨)构成的减速部件， 高能量的Y射线的减速成为可能。但是，铅和钨也是放射线屏蔽体的材料。对于增厚铅 (或钨)的厚度的情况，与减速功能相比，放射线屏蔽功能变强，好不容易由减速效果所产生的低能量的Y射线被吸收了。本发明人等进行了各种研究，结果发现了 为了发挥比放射线屏蔽功能更大的减速功能，可以使由铅和钨等构成的减速部件的厚度为Iym 1mm。通过使减速部件的厚度为Iym 1mm，从而可以将从上述的放射性残渣物放出的高能量的放射线(例如从Cs-137 放出的660keV的、射线)减速，可以得到具有光电效果范围内的低的能量的放射线。由此，可以从荧光体得到会在太阳能电池中高效地产生电力的可见光。本发明人等对于在使用了 1 μ m Imm厚的减速部件时能实现什么程度的减速进行了研究。康普顿散射可以通过克莱因-仁科公式从运动学上正确地解释。但是，从放射性残渣物放出的放射线(例如Y射线)通过1次散射，其能量大概被减速约一半。因此， 为了使从Cs-137放出的γ射线的能量660keV减速至IOOkeV,可以通过用减速部件使该 Y射线散射2 3次左右来实现。S卩，通过使Y射线散射2次，能量被减速至1/4，通过散射3次，能量被减速至1/8。就放出对太阳能电池的发电有贡献的放射线的放射性残渣物而言，为了屏蔽放射线，需要收纳在用混凝土的侧壁、地板和天花板围起来的房间中。从放射性残渣物放出的放射线，不仅通过减速部件，而且也可以通过上述的房间的侧壁所产生的反射来减速。如果也考虑到由侧壁的反射所引起的减速的话，通过用减速部件使其散射2次左右，从而可以使高能量的放射线减速至光电效果范围内。也可以使用通过电子撞击而发出荧光的布劳恩管用荧光体中所使用的荧光剂来代替在医疗领域中使用的增感屏所使用的荧光剂(Gd》2S Tb或CaWO4)。作为该布劳恩管用荧光剂的例子有=ZnSiCuai (硫化锌 铜 铝)，ZnS: Cu、Au、Al (硫化锌 铜 金 铝)和 ^O2S:Eu(氧硫化钇 铕)。aiS:Cu、Al通过放射线的入射而发出波长λ为530nm的黄绿色荧光。&iS:Cu、Au、Al发出波长λ为535nm的黄绿色荧光。发出波长λ为620nm 的红色荧光。aiS:Cu、Al对X射线和γ射线也很好地发生反应。就布劳恩管用荧光剂而言，由于在布劳恩管内承受由非常多的电子所引起的撞击，因此对由晶格缺陷等引起的恶化的耐力大。可以使用由SiSCu、Al，SiSCu、Au、Al JPAAS:Eu的任一种制作的荧光体。基于以上的研究结果，本发明人等获得了以下新的发现可以将从使用过的核燃料的再处理中产生的放射性残渣物放出的电离放射线利用于使用太阳能电池的发电中。具体而言，本发明人等想出了新的发电系统，其用减速部件将从使用过的核燃料的再处理中产生的放射性残渣物放出的电离放射线减速后，射入荧光体，通过电离放射线的入射而将在荧光体中产生的可见光射入太阳能电池，产生电力。以下说明本发明的实施例。实施例1以下，对作为本发明的一个适宜实施例的实施例1的使用了太阳能电池的发电方法进行说明。首先，用图1来说明在该发电方法中使用的太阳能电池系统。本实施例的太阳能电池发电系统1具备多个发电面板2、动力调节器(直流/交流转换装置)9和放射线源11。各发电面板2具有太阳能电池3、荧光体4、反射体5、减速部件6、遮光部件7和基板(支撑部件)8。在基板8的一面上排列、设置多个太阳能电池3。荧光体4覆盖各太阳能电池3，设置在各太阳能电池3和基板8上。反射体5覆盖荧光体4，设置在荧光体4和基板8上。作为反射体5，使用铝箔或镀铬等的镜材质。减速部件6覆盖反射体5，设置在反射体5和基板8上。遮光部件(例如黑纸)7覆盖减速部件6，设置在减速部件6和基板 8上。动力调节器9通过配线10与设置在各发电面板2上的各基板8上设置的各太阳能电池3连接。在地下，形成密闭的太阳能电池收纳室12。为了屏蔽放射线，太阳能电池收纳室 12的四面的侧壁13由钢筋混凝土形成。四面的侧壁13上形成有面对太阳能电池收纳室 12的侧面14A、14B、14C、14D。太阳能电池收纳室12的地板(图未示)和天花板也由钢筋混凝土形成。太阳能电池收纳室12上形成有搬入发电面板2的出入口(图未示)，该出入口用屏蔽门(图未示)密闭。放射线源11设置在太阳能电池收纳室12内。以减速部件6朝向放射线源11、而基板8位于与放射线源11相反侧的方式，将各发电面板2设置在太阳能电池收纳室12内。 从放射性源11起朝着侧壁13顺次配置有遮光部件7、减速部件6、反射体5、荧光体4和太阳能电池3。为了避免从放射性源11放出的放射线所引起的不良影响，将通过配线10与各太阳能电池3连接的动力调节器9配置在太阳能电池收纳室12之外。各太阳能电池3中使用非晶Si太阳能电池，荧光体4中使用例如医疗领域中使用的增感屏。该增感屏，例如可以用Gd2AS = Tb来制作。含Gd2AS:Tb的荧光体4的厚度是 300 500 μ m。本实施例中，作为放射线源11，利于将使用过的核燃料的再处理中产生的、含长半衰期的放射性核种的放射性残渣物。使用过的核燃料的再处理是为了从使用过的核燃料中回收含核分裂性物质(例如U-235和Pu-239等)的核燃料物质而进行的，所述使用过的核燃料存在于从原子炉中取出、并保存在燃料储存池中的使用后的燃料聚集体内。回收到的核燃料物质作为新制造的燃料聚集体的核燃料物质而使用。使用过的核燃料的再处理中，回收到的核燃料物质以外的物质作为放射性残渣物而残留。以往，该放射性残渣物作为高水平放射性废弃物，而被玻璃固化，进行掩埋处理。但是，放射性残渣物包括Cs-137和 Sr-90等长半衰期的放射性核种，实质上无穷尽地放出放射线。对于本实施例的使用太阳能电池的发电方法来说，这种放射性残渣物是有效的资源，可以作为放射线源11而利用。放射线源11通过在密闭容器(图未示)内填充该放射性残渣物而构成。在太阳能电池收纳室12内，由放射线源11所含的各放射性核种放出的放射线朝着各发电面板12前进。这里，着眼于放射线源11所含的Cs-137来进行说明。Cs-137放出 660keV的γ射线。该γ射线在发电面板2中，透过遮光部件7，到达减速部件6。对于、 射线，实质上在遮光部件7中并不消耗能量，而是被减速部件6减速，从而降低能量。具体而言，透过减速部件6的γ射线的能量降低至平均330keV。作为减速部件6的钨膜由于还具有屏蔽放射线的功能，因此从作为放射线源11的放射性残渣物中放出的电子和α射线等的荷电粒子被钨膜屏蔽。因此，透过减速部件6的放射线可以当作光子来对待。透过减速部件6而降低了能量的γ射线透过反射体5射入荧光体4。γ射线的能量由于是330keV，大于IOOkeV,因此在荧光体4内几乎不发生、射线的能量吸收。因此， 几乎不会由330keV的γ射线而从荧光体4放出可见光。330keV的、射线透过荧光体4、 太阳能电池3和基板8，在侧面14A被反射。在侧面14A反射的、射线的前进方向根据、 射线射到侧面14A的角度而不同。例如，在侧面14A被反射的γ射线被侧面14B反射，之后被侧面14C反射，再次射入发电面板2。该γ射线再次被作为减速部件6的钨膜减速。 由在侧面14B和14C的2次反射而降低了能量的γ射线，通过因减速部件6的再次减速， 从而将能量降低至IOOkeV以下。IOOkeV以下的γ射线再次射入上述荧光体(例如具有Gd2AS = Tb作为荧光剂的增感屏)4。通过该能量的Y射线射入荧光体4，从而荧光体4产生荧光，即可见光。该荧光如下产生。如图3所示，在荧光体4中，存在于第1稳定能级的电子被所含的、射线的 IOOkeV以下的能量激发，跃迁到第2稳定能级。通过将IOOkeV以下的、射线射入荧光体 4，从第1稳定能级跃迁到第2稳定能级的电子的量变得非常多，滞留在第2稳定能级的电子的量增大。从第2稳定能级返回第1稳定能级的电子的量也增多。由于电子返回第1稳定能级时所放出的能量成为荧光，因此返回第1稳定能级的电子的量的增多就会使产生的荧光(可见光)的量增多。通过使用具有Gd2AS = Tb的增感屏，可以产生具有约10 15Cd · m^/Rsec"1的亮度、波长550nm的可见光。该亮度的值相当于太阳光条件AMI. 5的1/10000。因而，由于能够得到104R/sec以上的照射剂量，因此由荧光体4产生的可见光具有与太阳光同等以上的光强度。由荧光体4产生的可见光射入太阳能电池3。通过与入射的可见光的波长区域匹配的光电效应，太阳能电池3高效地将光能转化为电能。相应地，射入太阳能电池3的可见光的增多使得太阳能电池3中的电力产生量增大。放射线、例如Y射线从放射线源11向四周放出。因此，放出的一些Y射线被侧面14C反射后，被侧面14B反射，而射入发电面板2。被放出的其他Y射线被侧面14D反射，被侧面14C反射后，进一步被侧面14B反射，射入发电面板2。另外，被放出的Y射线中，也有的被侧面14C反射而射入发电面板2。像这样，被放出的各Y射线经过各种各样的线路，射入发电面板2。任何情况都是当被减速部件6减速的γ射线的能量成为IOOkeV以下时，荧光体4通过该γ射线而产生可见光。被减速后的Y射线的能量大于IOOkeV时， 荧光体4不会由于该、射线而发出可见光，该、射线被侧面14C反射，进而被几个侧面反射，再次被射入发电面板2。被减速部件6减速的γ射线的能量为IOOkeV以下时，如上所述，荧光体发出可见光。各太阳能电池3中产生的直流电力通过配线10而被导入动力调节器9中，转换为交流。转换为交流后的电力从动力调节器9供给给相当的负荷。从一个发电面板2的全部太阳能电池3输出到配线10的电力的电压是0.5V，电流为50mA。通过将600个电力面板 2排列，可以得到电压为300V、电流为30A，9kW的电力。本实施例由于使用具有减速部件6的发电面板2，因此可以将被减速部件6减速后的放射线射入荧光体4，可以增加可见光的产生量。通过设置减速部件6，从而可以加快放射线的减速，增加每单位时间由荧光体4产生的可见光的量。因此，与日本特开 2002-341094号公报和日本特开平7-274417号公报中记载的太阳能电池发电系统相比，可以将每一个太阳能电池(或者每单位面积)的电力的产生量提高1000倍 10000倍。本实施例中，将使用过的核燃料的再处理中产生的、含长半衰期的放射性核种的放射性残渣物用作放射线源11。该放射性残渣物是现在地球上最强的Y射线之一。以往， 放射性残渣物作为高水平放射性废弃物被当作麻烦物处理，被制成玻璃固化物而封入专用容器中，经历100年以上被保存在地下深处。因此，玻璃固化物内的从高水平放射性废弃物放出的放射线的巨大能量被用于周围地层的升温。但是，本实施例中，可以利用从以往被当作麻烦物处理的放射性残渣物放出的实质上可以说是无尽的放射线能量，产生电力。通过本实施例，可以将该放射性残渣物变为有效的资源。这对于人类来说是无法估量的价值。由于将使用过的核燃料的再处理中产生的放射性残渣物利用于放射线源11，因此将发电面板2和放射线源11设置在地下的太阳能电池收纳室12后，虽然受到放射性核种的半衰期的限制，但可以实质上半永久地得到电力。这是因为放射性残渣物包括长半衰期的放射性核种，可以将从该放射性核种半永久地放出的放射性射入发电面板2。本实施例的太阳能电池发电系统1，不会像使用现有的太阳能电池的太阳光发电那样，苦恼于因日照方向所引起的效率的变化、以及因天气和昼夜差异所引起的发电的限制等，可以连续地产生电力。进而，太阳能电池发电系统1与现有的太阳光发电同样地不会产生C02。
另外，通过将放射性残渣物用于太阳能电池发电系统1的放射线源11，从而不需要基于用作放射线源11的放射性残渣物来制造高水平放射线废弃物的玻璃固化物。因此， 降低了高水平放射线废弃物的玻璃固化物的产生量。本实施例中，由于从作为放射线源11的放射性残渣物放出的电子和α射线等荷电粒子被减速部件6阻止，因此荷电粒子不会被射入太阳能电池3。因此，通过减速部件6 的设置，可以避免太阳能电池3因荷电粒子而受到损伤。由于在本实施例中使用的发电面板2上设置有反射体5，因此提高了由荧光体4产生的可见光射入太阳能电池3的准确率。即使是由荧光体4产生的可见光向放射线源11 侧前进的情况，该可见光被反射体5反射到太阳能电池3侧，射入太阳能电池3。因此，射入太阳能电池3的可见光的量增加，进一步增大了由太阳能电池3产生的电力的量。遮光部件7屏蔽从外部侵入发电面板2内的可见光。因此，可以阻止来自发电面板2之外的可见光射入太阳能电池3。因为也可以通过减速部件6来屏蔽来自外部的可见光，所以也可以不设置遮光部件7。作为荧光体4，可以使用由CaWO4构成的厚度为300 500 μ m的增感屏。由该增感屏而得到的可见光的亮度约为1. IOCd · n^/Rsec—1，波长为300 600nm(中心:430nm)。 与Gd2AS = Tb制的增感屏相比，CaffO4制的增感屏得到的可见光的波长短，降低了太阳能电池3的可见光收集效率。具有减速部件6、CaffO4的增感屏和非晶Si的太阳能电池3的发电面板的电力产生量，虽然比发电面板2降低了，但比日本特开2002-341094号公报和日本特开平7-274417号公报提高了。钨膜的有效原子序数是74，大于CaWO4的有效原子序数62。因此，钨膜的减速效果变大。作为减速部件6，例如可以使用具有100 μ m厚度的铅膜来代替钨膜。铅膜可以与钨膜同样地将放射线减速。实施例2以下对作为本发明其他实施例的实施例2的、使用太阳能电池的发电方法进行说明。用图9来说明该发电方法所用的太阳能电池发电系统。本实施例的太阳能电池发电系统1A，在太阳能电池发电系统1中，以从放射线源11朝向侧壁13的方向，将多个发电面板 (例如3块发电面板)2平行地配置在太阳能电池收纳室12内的放射线源11和太阳能电池收纳室12的侧壁13之间。太阳能电池发电系统IA的其他构成与太阳能电池发电系统 1相同。在太阳能电池发电系统IA中，3块发电面板2A、2B、2C被配置在放射线源11和太阳能电池收纳室12的侧壁13之间，发电面板2A、2B、2C被配置为例如平行于侧面14A(图未示)。发电面板2A、2B、2C各自具有与图1所示的发电面板2相同的构成。发电面板2A、 2B、2C的各自的太阳能电池3通过配线10与动力调节器9连接。从太阳能电池收纳室12内的放射线源(包含使用过的核燃料的再处理中产生的放射性残渣物)11放出的放射线、例如从Cs-137放出的660keV的、射线16，在太阳能电池发电系统IA中，被射入离放射线源11最近的位置上的发电面板2A。该、射线16被发电面板2A的减速部件6减速，能量降低至330keV。330keV的γ射线16被发电面板2Β的减速部件6减速，能量降低至16^eV。16^eV的γ射线16在太阳能电池收纳室12的水平截面上被离放射线源11最远的位置上的发电面板2C的减速部件6减速，能量减低至约 82keV。发电面板2C中，约82keV的γ射线16被射入荧光体4，因此在荧光体4中产生可见光。由于该可见光被射入发电面板2C的太阳能电池3，因此该太阳能电池3产生电力。 在上述例子中，通过Y射线16，发电面板2Α和2Β的各荧光体4中不产生可见光。如上所述，从放射线源11放出的放射线向各个方向放出，经各个路线射入相当的发电面板。因此，通过入射的Y射线，发电面板2Α和2Β的任一发电面板的荧光体4都产生可见光，所以相当的太阳能电池3可以产生电力。发电面板2A、2B、2C上设置的全部太阳能电池3通过配线10与动力调节器9连接，所以全部太阳能电池3产生的电力被动力调节器9转换为交流。本实施例还可以得到实施例1中产生的各效果。特别是，本实施例中由于配置了多层(发电面板2A、2B、2C)发电面板，因此，与实施例1相比，可以加快放射线的减速，增加了每单位时间由荧光体4产生的可见光的量。因此，与实施例1相比，进一步增加了每单位时间的电力的产生量。实施例3以下对于作为本发明其他实施例的实施例3的、使用太阳能电池的发电方法进行说明。使用图10和图11来说明该发电方法中使用的太阳能电池发电系统1B。本实施例的太阳能电池发电系统IB具有以下结构在太阳能电池发电系统IA中，将包括发电面板2A、 2B、2C的多个发电组件15以围绕在放射线源11周围的方式配置为环状。太阳能电池发电系统IB的其他结构与太阳能电池发电系统IA相同。本实施例中使用的放射线源11是在轴方向上细长的密闭容器中收纳有使用过的核燃料的再处理中产生的放射性残渣物。该放射线源11相对于太阳能电池收纳室12的地板面垂直竖立而设置，轴方向朝向上下方向。各发电面板组件15与放射线源11同样地设置在太阳能电池收纳室12内。各发电面板组件15为，在太阳能电池发电系统IB的水平截面上，在发电面板2A、 2B、2C中，将发电面板2A配置在离放射线源11最近的位置上，将发电面板2C配置在离放射线源11最远的位置上。发电面板2B配置在发电面板2A和发电面板2C之间。换言之，发电面板2A、2B、2C顺次从放射线源11朝着侧壁13配置。多个发电面板组件15不仅围绕放射线源11配置成环状，而且在放射线源11的轴方向上也环状地配置多段(参照图11)。即，多个发电面板组件15以围绕放射线源11、例如以横截面形成八角形筒状体的方式来配置。本实施例中，从放射线源11放出的放射线、例如从Cs-137放出的、射线必定最初射入某个发电面板组件15的发电面板2A。之后，与实施例2同样地，γ射线被发电面板 2A、2B、2C的各减速部件6减速，降低能量。在该能量达到IOOkeV以下的发电面板内，通过将IOOkeV以下的γ射线射入荧光体4，从而该荧光体4产生可见光，对太阳能电池3中的电力产生做出贡献。如果被位于最外侧的发电面板2C的减速部件6减速的、射线的能量大于IOOkeV时，则该Y射线被侧壁13的侧面反射，射入任一发电面板组件15的发电面板 2C。该γ射线朝着内侧的发电面板2A前进。该过程中，Y射线被发电面板2C的减速部件6等减速，γ射线的能量减低至IOOkeV以下。能量达到IOOkeV以下的发电面板的荧光体4中产生可见光，该发电面板的太阳能电池3中产生电力。
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由于动力调节器9通过配线10与所有发电面板组件15的3块发电面板上设置的全部太阳能电池3连接，因此全部太阳能电池3中产生的电力被导入动力调节器9，转换为交流。本实施例可以得到实施例2中产生的各效果。康普顿散射后的Y射线的朝向的方向基本上是无法特定的。所以，如本实施例那样，通过将多个发电面板组件环状地配置在放射线源的周围，从而可以使康普顿散射后的Y射线射入任一发电面板组件，可以最高效地产生电力。可以用环状配置的多个发电面板组件捕捉康普顿散射后的Y射线的全部。实施例4使用图12对作为本发明其他实施例的实施例4的、使用太阳能电池的发电方法进行说明。该发电方法中所用的太阳能电池发电系统IC具有以下结构在太阳能电池发电系统1中，用放射线源IlA替代放射线源11，由通过电子撞击而发出荧光的布劳恩管用荧光体(由SiSCu、Al，SiSCu、Au、Al或IO2S:Eu构成)构成荧光体4。太阳能电池发电系统 IC的其他结构与太阳能电池发电系统1相同。本实施例中使用的放射线源IlA不是实施例 1 3中使用的具有放射性残渣物的放射线源11，而是Co-60。放射线源IlA和发电面板2 设置在太阳能电池收纳室12内。将在放射线源IlA侧形成有凹面的散射体17配置在放射线源IlA和发电面板2之间。从放射线源IlA的Co-60放出1. IMeV的、射线。该、射线通过散射体17的配置而不会直接射入发电面板2，被散射体17的凹面、或太阳能电池收纳室12的侧壁13的侧面14A、14B、14C和14D的任一个反射至少1次后，射入发电面板2。 1. IMeV的γ射线被散射体17等减速，其平均能量降低至入射时的一半的能量(约550keV) 左右。该能量的、射线被射入发电面板2时，γ射线被减速部件6进一步减速，同样由于多个减速部件6的效果，降低至入射时的γ射线的能量的一半的平均能量(约27^eV)左右。如果具有该能量的、射线被射入由布劳恩管用荧光体构成的荧光体4的话，则荧光体 4产生作为可见光的荧光。在射入该荧光的太阳能电池3中产生电力。本实施例中也可以获得实施例1中产生的各效果。放射线源IlA也可以在实施例 2和3中代替放射线源11来使用。工业上的可应用性本发明可以适用于使用太阳能电池的发电方法。
权利要求
1.一种使用太阳能电池的发电方法，其特征在于，用减速部件对从放射线源放出的放射线进行减速，通过减速而被降低了能量的所述放射线射入到荧光体，产生可见光，将该可见光射入太阳能电池而产生电力。
2.根据权利要求1记载的使用太阳能电池的发电方法，其中，作为所述放射线源，使用包含通过使用过的核燃料的再处理而产生的放射性残渣物的放射线源。
3.一种太阳能电池发电系统，其特征在于，具备太阳能电池、产生射入所述太阳能电池的可见光的荧光体以及减速部件，所述减速部件对射入所述荧光体的放射线进行减速而降低该放射线的能量。
4.根据权利要求3记载的太阳能电池发电系统，其中，具备放射线源，在从所述放射线源起离开其的方向上，顺次配置有所述减速部件、所述荧光体和所述太阳能电池。
5.根据权利要求4记载的太阳能电池发电系统，其中，所述放射线源包含通过使用过的核燃料的再处理而产生的放射性残渣物。
6.根据权利要求4或5记载的太阳能电池发电系统，其中，具备具有所述减速部件、所述荧光体和所述太阳能电池的多个发电面板，这些发电面板并列地配置在从所述放射线源起离开其的方向上。
7.根据权利要求4或5记载的太阳能电池发电系统，其中，具备具有所述减速部件、所述荧光体和所述太阳能电池的多个发电面板，这些发电面板以包围所述放射线源的方式环状地配置。
8.根据权利要求3记载的太阳能电池发电系统，其中，在所述减速部件和所述荧光体之间配置有反射体。
9.根据权利要求3记载的太阳能电池发电系统，其中，所述太阳能电池与将直流转换为交流的直流/交流转换装置连接。
10.根据权利要求3记载的太阳能电池发电系统，其中，所述荧光体含有Gd202S:Tb， CaffO4, ZnS:Cu、Al，ZnS:Cu、Au、Al 以及中的任一种。
全文摘要
本发明为使用太阳能电池的发电方法及太阳能电池发电系统。提供用可进一步提高发电量的太阳能电池的发电方法。多个发电面板(2)和放射线源(11)设在形成于地下的、密闭的太阳能电池收纳室(12)内。放射线源(11)包含在使用过的核燃料的再处理中产生的放射性残渣物。发电面板(2)在设于基板(8)上的太阳能电池(3)上，顺次设有荧光体(4)、反射体(5)和减速部件(6)。从放射线源(11)放出的放射线、例如γ射线射入发电面板(2)，被减速部件(6)减速，降低能量。由100keV以下的γ射线向荧光体(4)入射而在荧光体4中产生的可见光射入太阳能电池(3)中而产生电力。
文档编号H01L31/055GK102237430SQ20111004385
公开日2011年11月9日 申请日期2011年2月22日 优先权日2010年4月27日
发明者内田牧男, 广田淳一, 新开康弘, 熊坂绫子 申请人:株式会社日立制作所