ベータ線を電力に変えるしくみ

17keVのβ線を電力に変えるにはどうするのでしょうか?太陽電池と似た機構を使います。半導体に高エネルギー粒子が当たると化学結合を作っている価電子が多数弾き飛ばされ、最終的には電子・正孔対が多数生じます。ただの半導体だと、電子と正孔が再結合して光や熱を出して終わりですが、半導体にpn接合などが作ってあって内部電界が存在すると電子と正孔が反対方向に進み分離されます。そこに金属電極を付けておけば、電子と正孔が電極に現れ、起電力が生じ、負荷回路がつながっていれば電流が流れます。起電力の最大値は半導体のバンドギャップになります。太陽電池のような可視光の場合は光子1個に対して電子正孔対は1対(紫外線をナノ構造に当てると2個以上できることもありますが、研究レベル)ですが、高エネルギー粒子の場合はたくさん作ることができます。Betavolt社やブリストル大学は半導体としてダイヤモンドを使っています。ダイヤモンドはp型ドープしかうまくできませんが、ショットキー接合を作れば内部電界ができるので、動作は可能です。ダイヤモンドはバンドギャップが5.5eVと大きいこと、放射化しにくいこと、熱伝導性がよいこと、堅牢なことなどがこの用途に向いています。細かい計算はしていませんが、再結合を避けるには内部電界が大きいほうがいいと思います。したがってバンドギャップが大きいほうが発電能力に有利です。AlNなども使えると思います。
ブリストル大学のCabot研究所はベンチャーを作って14C(β崩壊、半減期5760年)を混ぜたダイヤモンドでダイヤモンド電池を作ろうとしています。
https://en.wikipedia.org/wiki/Diamond_battery
中国のBetavolt社(北京贝塔伏特新能科技有限公司)はリンクが繋がらなくなっています(国外を遮断?)。下記は中国の紹介記事で、63Niは金より高価だと書いてあります。
https://www.cnnpn.cn/article/40632.html
米国の掲示板redditでは1970年代からペースメーカーに使われているのに何を言っているんだ、という論調です。

[deleted by user]
by intechnology


いろいろ書きこみがありますが、そこらで使って壊れたものを子供が飲んだらどうするんだ、などの意見は信頼できますね。新技術としては極薄のダイヤモンド半導体を使った小型化が売りだと思います。用途は体内埋め込みや装置内部など、通常触れない場所に限定されるべきでしょう。β線を使った原子力電池の歴史は下記に詳しいです。
https://en.wikipedia.org/wiki/Betavoltaic_device

英語は https://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_battery から
atomic battery = nuclear battery = radioisotope battery = radioisotope generator 原子力電池、放射性同位体電池
chain reaction 連鎖反応
“Although they are very costly, they have extremely long lives and high energy density, so they are typically used as power sources for equipment that must operate unattended for long periods, such as spacecraft, pacemakers, underwater systems, and automated scientific stations in remote parts of the world.”
be costly お金がかかる
equipment 装置
operate unattended for long periods 長期間無人で運転される   operate「オ」ペレイト  は能動態で日本語では「運転される」になります。
spacecraft宇宙機
pacemaker ペースメーカー
remote parts of the world 世界の遠隔地
”Nuclear batteries began in 1913, when Henry Moseley first demonstrated a current generated by charged-particle radiation. ” モーズレーは特性X線の波長の解析からモーズレーの法則を導き、原子番号が原子核の電荷数であることを発見した人。
“The scientific principles are well known, but modern nano-scale technology and new wide-bandgap semiconductors have allowed the making of new devices and interesting material properties not previously available. ”
not previously available 以前は手に入らなかった
“Atomic batteries usually have an efficiency of 0.1–5%. High-efficiency betavoltaic devices can reach 6–8% efficiency.”
※効率が6-8%ということは、昨日の63Niの必要量の見積もりは12-16倍しないといけないということで、危険性は増します。

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