SiCの放射線直接エネルギー変換材料への応用可能性

Possibility of direct energy conversion from radiation to electricity using SiC Schottky system

吉井 賢資  ; 福田 竜生  ; 谷田 肇  ; 塩飽 秀啓   ; 神谷 潤一郎   ; 牧野 高紘*; 山崎 雄一*; 大島 武*; 矢板 毅

Yoshii, Kenji; Fukuda, Tatsuo; Tanida, Hajime; Shiwaku, Hideaki; Kamiya, Junichiro; Makino, Takahiro*; Yamazaki, Yuichi*; Oshima, Takeshi*; Yaita, Tsuyoshi

放射性廃棄物を安定的なエネルギー源として活用するため、放射線の直接エネルギー変換研究を行った。前回の学会では、SiCやCdTeなど放射線劣化に強い半導体接合系について調べたが、有害物質を含まないSiCに絞った研究を行った。試料は単結晶SiC上にNi薄膜を80nm積層したショットキーダイオードを用いた。エネルギー変換実験は、Npからのガンマ線(30keV)およびAmからのガンマ線(60keV)の利用を想定し、SPring-8の放射光ビームラインBL22XUからの単色X線を用いて行った。さらにCuK線(8keV)を利用した実験も行った。発電実験に先立ち、暗電流条件において電流-電圧測定を行ったところ、理想のダイオードに近い良質な試料であることが分かった。ガンマ線あるいはX線照射時の電力は1cm当たり0.1W程度であった。また、市販のSi対応電池では60keV近傍においてはほとんど発電せず、SiCの優位性が判明した。入射光に対する効率は8-60keVで0.1%程度以下であった。モンテカルロ法により試料内部におけるX線のエネルギー損失過程についての計算を進めており、それに基づく効率計算なども報告する。

We have carried out direct energy conversion from gamma rays to electricity using SiC free of toxic elements. The experiments were done using synchrotron radiation at the BL22XU beamline. To utilize radioactive wastes as an energy source, the gamma ray energies were 30 and 60 keV, corresponding to the energies from Np and Am, respectively. Also, CuK X-rays were used to show a possibility of micro batteries using radioisotopes. The samples were Ni/SiC Schottky barrier junctions. From dark current experiments, it was found that the samples were regarded as ideal diodes on the basis of the so-called ideality factors. The electric powers under gamma rays and X-rays were found to be about 0.1W, corresponding to efficiencies less than 0.1%. We will also show the results of energy depositions on the basis of Monte Carlo methods.