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【発明の名称】 元素変換体およびその製造方法
【発明者】 【氏名】岩村　康弘
【住所又は居所】兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号　三菱重工業株式会社高砂研究所内

【氏名】伊藤　岳彦
【住所又は居所】神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１　三菱重工業株式会社先進技術研究センター内

【氏名】坂野　充
【住所又は居所】神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１　三菱重工業株式会社先進技術研究センター内

【氏名】坂井　智嗣
【住所又は居所】神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１　三菱重工業株式会社先進技術研究センター内
【要約】 【課題】サイズの大型化をもたらすことなく表面層の表面積を大きくすることによって、放射性の被変換物質を非放射性の安定元素へ変換する効率を高める。

【解決手段】本発明の元素変換体によれば、少なくとも一方の表面の立断面形状がシ゛ク゛サ゛ク゛形状をなし、Ｐｒ、Ｐｒ合金、Ｐｒ以外の水素貯蔵金属、およびＰｒ合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる基板１２と、基板１２と同一の物質と、この物質よりも仕事関数が小さい物質とを混合してなり、基板１２のシ゛ク゛サ゛ク゛形状をなす一方の表面上に積層配置された薄膜状の混合層１４と、基板１２と同一の物質から構成してなり、混合層１４の非基板側の表面上に積層配置された薄膜状の表面層１６とを備えている。そして、表面層１６の非混合層側の表面上に被変換物質が配置され、表面層１６側から基板１２側へと重水素が通過されることによって、被変換物質の元素変換が行われる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略平板形状をなす基板であって、この平板の少なくとも一方の表面の立断面形状がジグザグ形状をなし、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる基板と、
前記基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを混合してなり、前記基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に積層配置されることによって、自己の立断面形状がジグザグ形状をなす薄膜状の混合層と、
前記基板と同一の物質から構成してなり、前記混合層の非基板側の表面上に積層配置されることによって、自己の立断面形状がジグザグ形状をなす薄膜状の表面層とを備え、
前記表面層の非混合層側に被変換物質が配置され、前記表面層側から前記基板側へと重水素が通過されることによって、前記被変換物質の元素変換が行われるようにした元素変換体。
【請求項２】
略平板形状をなす基板であって、この平板の少なくとも一方の表面の立断面形状がジグザグ形状をなし、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる基板と、
前記基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを混合してなり、前記基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に積層配置されることによって、自己の立断面形状がジグザグ形状をなす薄膜状の混合層と、
前記基板と同一の物質からなる粉体によって、前記混合層の非基板側の表面上を覆うように配置されることによって、自己の立断面形状が略ジグザグ形状をなす薄膜状の表面層とを備え、
前記表面層の非混合層側に被変換物質が配置され、前記表面層側から前記基板側へと重水素が通過されることによって、前記被変換物質の元素変換が行われるようにした元素変換体。
【請求項３】
略平板形状をなす基板であって、この平板の少なくとも一方の表面の立断面形状がジグザグ形状をなし、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる基板と、
前記基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを混合してなり、前記基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に積層配置されることによって、自己の立断面形状がジグザグ形状をなす薄膜状の混合層と、
前記基板と同一の物質から構成してなり、前記混合層の非基板側の表面上に積層配置されることによって、自己の立断面形状が略ジグザグ形状をなす多孔質状の表面層とを備え、
前記表面層の非混合層側に被変換物質が配置され、前記表面層側から前記基板側へと重水素が通過されることによって、前記被変換物質の元素変換が行われるようにした元素変換体。
【請求項４】
パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる平板を真空雰囲気で所定のアニール時間に亘ってアニールした後に、重水素置換された強酸で少なくとも一方の表面を所定時間に亘ってエッジングすることによって、この表面の立断面形状がジグザグ形状をなす前記基板を形成し、
前記形成された基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に、前記基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを、スパッタリングによって交互に配置させることによって、前記基板に混合層を積層配置させ、
前記積層配置された混合層の非基板側に、前記基板と同一の物質をスパッタリングすることによって、前記混合層に表面層を積層配置させることによって請求項１に記載の元素変換体を製造するようにした元素変換体の製造方法。
【請求項５】
パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる平板を真空雰囲気で所定のアニール時間に亘ってアニールした後に、少なくとも一方の表面を機械加工することによって、この表面の立断面形状がジグザグ形状をなす基板を形成し、
前記形成された基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に、前記基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを、スパッタリングによって交互に配置させることによって、前記基板に混合層を積層配置させ、
前記積層配置された混合層の非基板側の表面上に、前記基板と同一の物質をスパッタリングすることによって、前記混合層に表面層を積層配置させて請求項１に記載の元素変換体を製造するようにした元素変換体の製造方法。
【請求項６】
パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる平板を真空雰囲気で所定のアニール時間に亘ってアニールした後に、重水素置換された強酸で少なくとも一方の表面を、所定時間に亘ってエッジングするかまたは機械加工することによって、この表面の立断面形状がジグザグ形状をなす基板を形成し、
前記形成された基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に、前記基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを、スパッタリングによって交互に配置させることによって、前記基板に混合層を積層配置させ、
前記積層配置された混合層の非基板側の表面上に、前記基板と同一の物質からなる粉体を分散配置させた後に焼結し、前記混合層に表面層を積層配置させることによって請求項２に記載の元素変換体を製造するようにした元素変換体の製造方法。
【請求項７】
パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる平板を真空雰囲気で所定のアニール時間に亘ってアニールした後に、重水素置換された強酸で少なくとも一方の表面を、所定時間に亘ってエッジングするかまたは機械加工することによって、この表面の立断面形状がジグザグ形状をなす基板を形成し、
前記形成された基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に、前記基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを、スパッタリングによって交互に配置させることによって、前記基板に混合層を積層配置させ、
前記積層配置された混合層の非基板側の表面上に、前記基板と同一の物質を電着させることによって、前記混合層に多孔質状の表面層を積層配置させることによって請求項３に記載の元素変換体を製造するようにした元素変換体の製造方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば原子力施設において生成される長寿命の放射性物質を、重水素と反応させることによって、非放射性の安定元素に変換させるための元素変換体およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所等の原子力施設において発生するＣｓ−１３７（セシウム１３７）や、Ｓｒ−９０（ストロンチウム９０）等の長半減期の放射性元素を、安定した非放射性元素に変換させるための技術として、例えば、本出願人によって出願された特願２００１−２０１８７５がある。
【０００３】
特願２００１−２０１８７５では、図９に示すように、Ｐｄ（パラジウム）等の複合体からなる平板状の元素変換体５０が、２つのセル５１，５２から構成されてなる反応室５３の、両セル５１，５２の境界部に配置される。そして、Ｃｓ−１３７や、Ｓｒ−９０等の被変換物質５４が元素変換体５０のセル５１側の表面に配置された状態で、セル５１側からセル５２側へと重水素ガスが図中の矢印Ｄに示す方向に供給される。
【０００４】
元素変換体５０は、その構成を図１０に示すように、平板状（例えば２５ｍｍ平方で０．１ｍｍ厚）の基板５６と、その上面に積層配置された薄膜状の混合層５７と、さらに混合層５７の上面に積層配置された薄膜状の表面層５８とからなる３層の積層構造体である。
【０００５】
基板５６は、Ｐｄ、Ｐｄ合金、Ｐｄ以外の水素貯蔵金属、およびＰｄ合金以外の水素貯蔵合金によって構成されている。
【０００６】
混合層５７は、基板５６に用いられている物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とが混合して形成されている。Ｐｄの仕事関数は、５．０ｅＶであるので、基板５６にＰｄが用いられたとき、例えば、ＰｄとＣａＯ（酸化カルシウム）とが混合されることによって、あるいはＰｄとＹ２Ｏ３（酸化イットリウム）とが混合されることによって、あるいはＰｄとＴｉＣ（炭化チタン）とが混合されることによって混合層が形成される。ＣａＯ、Ｙ２Ｏ３、およびＴｉＣの仕事関数はそれぞれ１．６ｅＶ、２．０ｅＶ、および２．３ｅＶでありいずれもＰｄの仕事関数より小さい。このようにして形成される混合層５７の厚みは数１０ｎｍ〜数１００ｎｍである。
【０００７】
表面層５８は、基板５６に用いられている物質と同一の物質から構成され、その厚みは、１μｍ以下である。
【０００８】
このように構成された元素変換体５０の表面層５８の表面に放射性の被変換物質５４が塗布等により配置された状態で、図９中の矢印Ｄに示す方向に重水素ガスが供給されると、以下のようなメカニズムによって、被変換物質５４が非放射性の安定元素に変換される。
【０００９】
すなわち、図１１に示すように、混合層５７の光電効果に対する仕事関数は、表面層５８の光電効果に対する仕事関数よりも低いことから、混合層５７は表面層５８よりも電子を放出し易い。このため、表面層５８は、混合層５７から放出された電子（ｅ）が供給された電子過剰の状態となっている。
【００１０】
このような電子過剰の状態の表面層５８に重水素（ｄ）が供給されると、以下に示す（１）式に示すような反応によって、中性子（ｎ）とニュートリノ（ν）とが生成される。
１ｄ２＋−１ｅ０　→　０ｎ２＋ν　・・・・（１）
更に、上記（１）式にしたがって生成された中性子（ｎ）が被変換物質５４と結合することによって、非放射性の安定元素に変換される。例えば、被変換物質５４がＣｓ−１３３の場合、以下に示す（２）式に示すような反応によって、Ｃｓ−１３３が、非放射性の安定元素であるＰｒ−１４１（プラセオジウム１４１）に変換される。
５５Ｃｓ１３３＋４０ｎ２　→　５９Ｐｒ１４１　・・・・（２）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の元素変換体では、以下のような問題がある。
【００１２】
すなわち、被変換物質５４を非放射性の安定元素に変換するための変換効率は、表面層５８の表面積に依存する。つまり、表面層５８に対して、できる限り多量の被変換物質５４を配置することができれば、それだけ多くの被変換物質５４を非放射性の安定元素に変換することができるために、変換効率を高めることができる。
【００１３】
しかしながら、従来技術の元素変換体５０は、図１０に示すように、表面層５８が平坦であるために、変換効率を高めるためには、表面層５８の大きさそのものを大きくする必要があり、元素変換体５０のサイズの大型化をもたらしてしまう。これは、元素変換体５０のみならず、反応室５３の大型化をももたらし、コストアップにつながるという問題がある。
【００１４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、サイズの大型化をもたらすことなく表面層の表面積を大きくすることによって、放射性の被変換物質を非放射性の安定元素へ変換する効率を高めることが可能な元素変換体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１６】
すなわち、請求項１の発明の元素変換体は、略平板形状をなす基板であって、この平板の少なくとも一方の表面の立断面形状がジグザグ形状をなし、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる基板と、基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを混合してなり、基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に積層配置されることによって、自己の立断面形状がジグザグ形状をなす薄膜状の混合層と、基板と同一の物質から構成してなり、混合層の非基板側の表面上に積層配置されることによって、自己の立断面形状がジグザグ形状をなす薄膜状の表面層とを備えている。そして、表面層の非混合層側の表面上に被変換物質が配置され、表面層側から基板側へと重水素が通過されることによって、被変換物質の元素変換が行われる。
【００１７】
従って、請求項１の発明の元素変換体においては、以上のような手段を講じることにより、ジグザグ形状によって表面層の表面積を増やすことによって、サイズの大型化をもたらすことなく、より多くの被変換物質を配置することができるようになる。その結果、変換効率を高めることが可能となる。
【００１８】
請求項２の発明の元素変換体は、略平板形状をなす基板であって、この平板の少なくとも一方の表面の立断面形状がジグザグ形状をなし、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる基板と、基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを混合してなり、基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に積層配置されることによって、自己の立断面形状がジグザグ形状をなす薄膜状の混合層と、基板と同一の物質からなる粉体によって、混合層の非基板側の表面上を覆うように配置されることによって、自己の立断面形状が略ジグザグ形状をなす薄膜状の表面層とを備えている。そして、表面層の非混合層側の表面上に被変換物質が配置され、表面層側から基板側へと重水素が通過されることによって、被変換物質の元素変換が行われる。
【００１９】
以上のような手段を講じることによって、請求項１の発明の元素変換体よりも更に表面層の表面積を増やすことができる。その結果、サイズの大型化をもたらすことなく、変換効率を高めることが可能となる。
【００２０】
請求項３の発明の元素変換体は、略平板形状をなす基板であって、この平板の少なくとも一方の表面の立断面形状がジグザグ形状をなし、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる基板と、基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを混合してなり、基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に積層して密着配置されることによって、自己の立断面形状がジグザグ形状をなす薄膜状の混合層と、基板と同一の物質から構成してなり、混合層の非基板側の表面上に積層配置されることによって、自己の立断面形状が略ジグザグ形状をなす多孔質状の表面層とを備えている。そして、表面層の非混合層側に被変換物質が配置され、表面層側から基板側へと重水素が通過されることによって、被変換物質の元素変換が行われる。
【００２１】
以上のような手段を講じることによって、請求項１の発明の元素変換体よりも更に表面層の表面積を増やすことができる。その結果、サイズの大型化をもたらすことなく、変換効率を高めることが可能となる。
【００２２】
請求項４の発明の元素変換体の製造方法は、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる平板を真空雰囲気で所定のアニール時間に亘ってアニールした後に、重水素置換された強酸で少なくとも一方の表面を所定時間に亘ってエッジングすることによって、この表面の立断面形状がジグザグ形状をなす基板を形成する。次に、形成された基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に、基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを、スパッタリングによって交互に配置させることによって、基板に混合層を積層配置させる。そして、積層配置された混合層の非基板側の表面上に、基板と同一の物質をスパッタリングによって配置することによって、混合層に表面層を積層配置させることによって請求項１の発明の元素変換体を製造する。
【００２３】
従って、請求項４の発明の元素変換体の製造方法においては、以上のような手段を講じることにより、表面層の立断面形状がジグザグ形状をなすような元素変換体を製造することができる。その結果、表面層が平坦な場合よりも、大きく表面積をとれることから、元素変換体のサイズの大型化をもたらすことなく、より多くの被変換物質を同時に変換処理することが可能となる。
【００２４】
請求項５の発明の元素変換体の製造方法は、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる平板を真空雰囲気で所定のアニール時間に亘ってアニールした後に、少なくとも一方の表面を機械加工することによって、この表面の立断面形状がジグザグ形状をなす基板を形成する。次に、形成された基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に、基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを、スパッタリングによって交互に配置させることによって、基板に混合層を積層配置させる。そして、積層配置された混合層の非基板側の表面上に、基板と同一の物質をスパッタリングすることによって、混合層に表面層を積層配置させて請求項１の発明の元素変換体を製造する。
【００２５】
従って、請求項５の発明の元素変換体の製造方法においては、以上のような手段を講じることにより、表面層を機械加工することによって、その立断面形状に精密にジグザグ形状を形成することができる。その結果、表面層が平坦な場合よりも、大きく表面積をとれることから、元素変換体のサイズの大型化をもたらすことなく、より多くの被変換物質を同時に変換処理することが可能となる。
【００２６】
請求項６の発明の元素変換体の製造方法は、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる平板を真空雰囲気で所定のアニール時間に亘ってアニールした後に、重水素置換された強酸で少なくとも一方の表面を、所定時間に亘ってエッジングするかまたは機械加工することによって、この表面の立断面形状がジグザグ形状をなす基板を形成する。次に、形成された基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に、基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを、スパッタリングによって交互に配置させることによって、基板に混合層を積層配置させる。そして、積層配置された混合層の非基板側の表面上に、基板と同一の物質からなる粉体を分散配置させた後に焼結し、混合層に表面層を積層配置させることによって請求項２の発明の元素変換体を製造する。
【００２７】
従って、請求項６の発明の元素変換体の製造方法においては、以上のような手段を講じることにより、請求項２の発明の元素変換体を製造することができる。
【００２８】
請求項７の発明の元素変換体の製造方法は、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム以外の水素貯蔵金属、およびパラジウム合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる平板を真空雰囲気で所定のアニール時間に亘ってアニールした後に、重水素置換された強酸で少なくとも一方の表面を、所定時間に亘ってエッジングするかまたは機械加工することによって、この表面の立断面形状がジグザグ形状をなす基板を形成する。次に、形成された基板のジグザグ形状をなす一方の表面上に、基板と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを、スパッタリングによって交互に配置させることによって、基板に混合層を積層配置させる。そして、積層配置された混合層の非基板側の表面上に、基板と同一の物質を電着させることによって、混合層に多孔質上の表面層を積層配置させることによって請求項３の発明の元素変換体を製造する。
【００２９】
従って、請求項７の発明の元素変換体の製造方法においては、以上のような手段を講じることにより、請求項３の発明の元素変換体を製造することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１から図３を用いて説明する。
【００３２】
図１は、第１の実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって製造した元素変換体の構成例を示す立断面図である。
【００３３】
すなわち、図１にその立断面図を示すような元素変換体１０は、基板１２と、混合層１４と、表面層１６とからなる３層の積層構造体である。
【００３４】
基板１２は、平板形状（例えば２５ｍｍ平方で０．１ｍｍ厚）をなし、混合層１４側の表面の立断面形状がジグザグ形状をなし、Ｐｄ、Ｐｄ合金、Ｐｄ以外の水素貯蔵金属、およびＰｄ合金以外の水素貯蔵合金のうちの何れかから構成してなる。ジグザグのピッチｐおよび高低差ｈともに数μｍ程度である。
【００３５】
混合層１４は、従来技術と同様、基板１２と同一の物質と、この物質よりも光電効果における電子発生効率に対する仕事関数が小さい物質とを混合してなる。従来技術で説明したように、基板５６にＰｄが用いられたとき、例えば、ＰｄとＣａＯ（酸化カルシウム）とを混合することによって、あるいはＰｄとＹ２Ｏ３（酸化イットリウム）とを混合することによって、あるいはＰｄとＴｉＣ（炭化チタン）とを混合することによって混合層１４を形成する。そして、基板１２のジグザグ形状をなす一方の表面上に、立断面形状がジグザグ形状をなすように積層配置している。混合層１４の厚みｔ１は、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍである。
【００３６】
表面層１６もまた、従来技術で説明したように、基板１２に用いられている物質と同一の物質から構成され、その厚みｔ２は、１μｍ以下の薄膜状の層である。そして、混合層１４の非基板側の表面上に、立断面形状がジグザグ形状をなすように積層配置している。
【００３７】
このように構成された元素変換体１０の表面層１６のジグザグ面に、Ｃｓ−１３７やＳｒ−９０等の放射性の被変換物質５４を配置する。そして、図９に示すように、この元素変換体１０を、元素変換体５０と同様に、２つのセル５１，５２から構成されてなる反応室５３の、両セル５１，５２の境界部に配置する。そして、セル５１側からセル５２側へと重水素ガスを図中の矢印Ｄに示す方向に供給する。これによって、従来技術で説明したようなメカニズムにしたがって被変換物質５４を非放射性の安定元素に変換する。
【００３８】
このように、表面層１６にジグザグ面を形成することによって、表面層１６の表面積を増やすことができる。これによって、元素変換体１０のサイズの大型化をもたらすことなく、より多くの被変換物質５４を表面層１６に配置することができるようにしている。その結果、より多くの被変換物質５４を安定元素に変換することができるようになり、変換効率を高めている。
【００３９】
次に、以上のように構成した元素変換体１０の製造方法について、図２に示すフローチャートを用いて以下に説明する。
【００４０】
すなわち、図１に示すような元素変換体１０を製造するためには、まず、基板１２の材料で構成してなる平板を、１０−７気圧程度の真空雰囲気で、約１０時間に亘ってアニールする（Ｓ１）。
【００４１】
その後、ＤＣｌ／Ｄ２Ｏと、ＤＮＯ３／Ｄ２Ｏとの混合溶液である重王水等の重水素置換された強酸を用いて、少なくとも一方の表面を１００秒間に亘ってエッジングする（Ｓ２）。これによって、エッジングした表面に山谷が形成される。
【００４２】
しかる後に、アルゴンイオンビームスパッタ法によって、厚み２ｎｍ程度の例えばＣａＯと、厚み１８ｎｍ程度の例えばＰｄとを交互に４回ずつスパッタすることによって、図３に示すように、厚み８０ｎｍ程度の混合層１４が形成される（Ｓ３）。
【００４３】
更に、混合層１４の表面に表面層１６を形成する物質（例えばＰｄ）を、その厚みが４０ｎｍ程度になるまでスパッタリングすることによって、図３にその拡大図を示すように、断面がジグザグ形状の表面層１６が形成される（Ｓ４）。
【００４４】
なお、ステップＳ２におけるエッジングに代えて、ナノオーダで機械加工し、基板１２の表面に凹凸をつけることによって、その立断面形状をジグザグ形状にするようにしても良い。
【００４５】
上述したように、本実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって、表面層１６の表面の立断面形状がジグザグ形状の元素変換体１０を製造することができる。
【００４６】
このようにして製造された元素変換体１０は、表面層１６の表面積を増やすことができる。これによって、元素変換体１０のサイズの大型化をもたらすことなく、より多くの被変換物質５４を表面層１６に配置することが可能となる。その結果、変換効率の向上を図ることが可能となる。
【００４７】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図４から図５を用いて説明する。
【００４８】
図４は、第２の実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって製造した元素変換体の構成例を示す立断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４９】
すなわち、図４にその立断面図を示すような元素変換体１８は、図１にその立断面図を示すような元素変換体１０と同様に、立断面形状がジグザグ形状をなす表面を有する基板１２と、立断面形状がジグザグ形状をなす表面に積層配置された混合層１４と、表面層とからなる３層の積層構造体であるが、混合層１４の表面に多数の粉体２０を分散配置させることによって、その立断面形状が略ジグザグ形状となるような表面層を形成している。この粉体は、第１の実施の形態で説明したように、基板１２に用いられている物質と同一の物質を粉体化したものである。
【００５０】
次に、以上のように構成した元素変換体１８の製造方法について、図５に示すフローチャートを用いて以下に説明する。
【００５１】
すなわち、図４に示すような元素変換体１８を製造するためには、図２のフローチャートに示すステップＳ１からステップＳ３と同様の処理を行うことによって、図３に示すような、厚み１００ｎｍ程度の混合層１４が形成される。
【００５２】
更に、表面層１６を形成する物質（例えばＰｄ）の粉体２０を、混合層１４の表面に分散させる（Ｓ５）。なお、粉体２０の径は、４０ｎｍ程度が好適である。粉体２０を分散後、１０気圧程度のアルゴン雰囲気で高温にして焼結させることによって、厚みが４０ｎｍ程度の表面層が形成される（Ｓ６）。
【００５３】
なお、第１の実施の形態と同様に、ステップＳ２におけるエッジングに代えて、ナノオーダで機械加工し、基板１２の表面に凹凸をつけることによって、その立断面形状をジグザグ形状にするようにしても良い。
【００５４】
上述したように、本実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって、多数の粉体２０から形成されてなり、かつその表面の立断面形状がジグザグ形状の表面層を有する元素変換体１８を製造することができる。
【００５５】
このような構成の元素変換体１８は、第１の実施の形態の元素変換体１０よりも表面層の表面積を更に増やすことができる。これによって、元素変換体１８のサイズの大型化をもたらすことなく、更により多くの被変換物質５４を一度に配置することが可能となる。その結果、更なる変換効率の向上を図ることが可能となる。
【００５６】
（第３の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図６から図８を用いて説明する。
【００５７】
図６は、第３の実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって製造した元素変換体の構成例を示す立断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００５８】
すなわち、図６にその立断面図を示すような元素変換体２２は、図１にその立断面図を示すような元素変換体１０と同様に、立断面形状がジグザグ形状をなす表面を有する基板１２と、立断面形状がジグザグ形状をなす表面に積層配置された混合層１４と、表面層とからなる３層の積層構造体であるが、混合層１４の表面に多孔質状の表面層２４を配置している。多孔質状の表面層２４は、その詳細を図７に示すように、多数の空洞２６を有している。このような表面層２４もまた、第１の実施の形態で説明したように、基板１２に用いられている物質と同一の物質からなるものである。
【００５９】
次に、以上のように構成した元素変換体２２の製造方法について、図８に示すフローチャートを用いて以下に説明する。
【００６０】
すなわち、図６に示すような元素変換体２２を製造するためには、図２のフローチャートに示すステップＳ１からステップＳ３と同様の処理を行うことによって、図３に示すような、厚み１００ｎｍ程度の混合層１４が形成される。
【００６１】
その後、表面層２４を形成する物質（例えばＰｄ）を含んだ溶液中で、厚みが４０ｎｍ程度の表面層形成物質（例えばＰｄ）を電着させる（Ｓ７）。これによって、多数の空洞２６を有する多孔質状の表面層２４が形成される。なお、表面層２４の表面積を決定する空洞２６の大きさ、および分布密度については、電着の際の電流密度によって制御することが可能である。
【００６２】
なお、第１の実施の形態と同様に、ステップＳ２におけるエッジングに代えて、ナノオーダで機械加工し、基板１２の表面に凹凸をつけることによって、その立断面形状をジグザグ形状にするようにしても良い。
【００６３】
上述したように、本実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって、多数の空洞２６を有する多孔質状の表面層２４を有する元素変換体２２を製造することができる。
【００６４】
このような構成の元素変換体２２もまた、第１の実施の形態の元素変換体１０よりも表面層の表面積を更に増やすことができる。これによって、元素変換体２２のサイズの大型化をもたらすことなく、更により多くの被変換物質５４を一度に配置することが可能となる。その結果、更に変換効率の向上を図ることができる。
【００６５】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サイズの大型化をもたらすことなく表面層の表面積を大きくすることによって、放射性の被変換物質を非放射性の安定元素へ変換する効率を高めることが可能な元素変換体およびその製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって製造した元素変換体の構成例を示す立断面図
【図２】第１の実施の形態に係る元素変換体の製造方法における処理を示すフローチャート
【図３】第１の実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって製造した元素変換体の表面層近傍の立断面構成例を示す模式図
【図４】第２の実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって製造した元素変換体の構成例を示す立断面図
【図５】第２の実施の形態に係る元素変換体の製造方法における処理を示すフローチャート
【図６】第３の実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって製造した元素変換体の構成例を示す立断面図
【図７】第３の実施の形態に係る元素変換体の製造方法によって製造した元素変換体の多孔質状の表面層を示す模式図
【図８】第３の実施の形態に係る元素変換体の製造方法における処理を示すフローチャート
【図９】元素変換体に重水素ガスを供給することによって元素変換反応を引き起こす反応室の構成を示す立断面図
【図１０】従来技術による元素変換体の構成を示す立断面図
【図１１】混合層から放出された電子によって電子過剰となっている表面層の状態を説明するための概念図
【符号の説明】
１０，１８，２２，５０…元素変換体
１２，５６…基板
１４，５７…混合層
１６，２４，５８…表面層
２０…粉体
２６…空洞
５１，５２…セル
５３…反応室
５４…被変換物質
【出願人】 【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
【住所又は居所】東京都港区港南二丁目１６番５号
【出願日】 平成１４年８月１２日（２００２．８．１２）
【代理人】 【識別番号】１０００５８４７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江　武彦

【識別番号】１０００８４６１８
【弁理士】
【氏名又は名称】村松　貞男

【識別番号】１０００６８８１４
【弁理士】
【氏名又は名称】坪井　淳

【識別番号】１０００９２１９６
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本　良郎

【識別番号】１０００９１３５１
【弁理士】
【氏名又は名称】河野　哲

【識別番号】１００１００９５２
【弁理士】
【氏名又は名称】風間　鉄也
【公開番号】 特開２００４−７７２００（Ｐ２００４−７７２００Ａ）
【公開日】 平成１６年３月１１日（２００４．３．１１）
【出願番号】 特願２００２−２３５１２３（Ｐ２００２−２３５１２３）