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Direct energy conversion using Ni/SiC Schottky junction in $$^{237}$$Np and $$^{241}$$Am gamma ray regions

Ni/SiCショットキー接合を用いた$$^{237}$$Np及び$$^{241}$$Amエネルギー領域ガンマ線による放射線発電

福田 竜生  ; 小畠 雅明  ; 菖蒲 敬久  ; 吉井 賢資  ; 神谷 潤一郎   ; 岩元 洋介   ; 牧野 高紘*; 山崎 雄一*; 大島 武*; 白井 康裕*; 矢板 毅

Fukuda, Tatsuo; Kobata, Masaaki; Shobu, Takahisa; Yoshii, Kenji; Kamiya, Junichiro; Iwamoto, Yosuke; Makino, Takahiro*; Yamazaki, Yuichi*; Oshima, Takeshi*; Shirai, Yasuhiro*; Yaita, Tsuyoshi

Ni/SiCショットキー接合による放射線から電気エネルギーへの変換を、特に$$^{237}$$Am (30keV)及び$$^{241}$$Am (60keV)の$$gamma$$線に着目して調べた。変換効率は吸収量ベースで最大1.6%であった。SiCは比較的放射線耐性があることから、これは放射性廃棄物からの$$gamma$$線エネルギーの再生に利用できる可能性を示している。また、高X線光電子分光(HAXPES)及び二次イオン質量分析法(SIMS)を組み合わせることで、接合界面にNi-Si化合物が生成されると効率が低下することも分かった。これは電気測定に加えてHAXPES及びSIMSの2つの手法を組み合わせて判明したことであり、今後のデバイス作成プロセスへのフィードバックが期待できる結果である。

Direct energy conversion has been investigated using Ni/SiC Schottky junctions with the irradiation of monochromatized synchrotron X-rays simulating the gamma rays of $$^{237}$$Np (30 keV) and $$^{241}$$Am (60 keV). From current-voltage measurements, electrical energies were obtained for both kinds of gamma rays. The energy conversion efficiencies were found to reach up to $$sim$$1.6%, which is comparable to those of a few other semiconducting systems reported thus far. This result shows a possibility of energy recovery from nuclear wastes using the present system, judging from the radiation tolerant nature of SiC. Also, we found different conversion efficiencies between the two samples. This could be understandable from hard X-ray photoelectron spectroscopy and secondary ion mass spectroscopy measurements, suggesting the formation of Ni-Si compounds at the interface in the sample with a poor performance. Hence, such combined measurements are useful to provide information that cannot be obtained by electrical measurements alone.

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