凝集系構造体の製造方法および凝集系構造体の製造装置
【課題】 簡便に混合層を製造することができて安価にかつ大量に凝集系構造体を製造することができる凝集系構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】 ＣａＯ層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を基材上に備えた凝集系構造体に対して核種変換を施す物質を接触させ、凝集系構造体に対して重水素を流して、核種変換を施す物質に核反応を生じさせる凝集系核反応に用いる凝集系構造体の製造方法であって、ＣａＯ層は、Ｐｄ基板２３を設置した気密容器７２中にＣａＯのアルコキシドを導入した後に、水分を気密容器７２中に導入することによってＰｄ基材２３上に製膜されることを特徴とする。
【解決手段】 ＣａＯ層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を基材上に備えた凝集系構造体に対して核種変換を施す物質を接触させ、凝集系構造体に対して重水素を流して、核種変換を施す物質に核反応を生じさせる凝集系核反応に用いる凝集系構造体の製造方法であって、ＣａＯ層は、Ｐｄ基板２３を設置した気密容器７２中にＣａＯのアルコキシドを導入した後に、水分を気密容器７２中に導入することによってＰｄ基材２３上に製膜されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凝集系構造体の製造方法および凝集系構造体の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パラジウム等の固体からなる凝集系構造体に対して、核種反応を施す物質を接触させ、凝集系構造体に対して重水素を流し、凝集系反応を生じさせて核種変換を行う方法は、種々報告されている（例えば特許文献１参照）。
このような凝集系構造体は、Ｐｄ基板上に、ＣａＯ層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を備えている（特許文献１の図５（ａ）参照）。この混合層は、例えばスパッタ法によって形成される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２０２３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
混合層を形成する際にスパッタ法を用いると、高真空を実現する真空チャンバを始め、多数の製膜装置が必要となる。また、ＣａＯ層とＰｄ層に応じてターゲットを変更する必要があり、バッチ処理とならざるを得ない。このような理由から、スパッタ法では、混合層を大量に製造することができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡便に混合層を製造することができて安価にかつ大量に凝集系構造体を製造することができる凝集系構造体の製造方法および凝集系構造体の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の凝集系構造体の製造方法および凝集系構造体の製造装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる凝集系構造体の製造方法は、ＣａＯ層又はY2O3層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を基材上に備えた凝集系構造体に対して核種変換を施す物質を接触させ、前記凝集系構造体に対して重水素を流して、前記核種変換を施す物質に核反応を生じさせる凝集系核反応に用いる凝集系構造体の製造方法であって、前記ＣａＯ層又はY2O3層は、前記基材を設置した減圧容器中にＣａＯのアルコキシドまたはY2O3のアルコキシドを導入した後に、水分を該減圧容器中に導入することによって前記基材上または前記Ｐｄ層上に製膜されることを特徴とする。
【０００７】
例えば１Ｔｏｒｒ程度とされた減圧容器中に、ＣａＯ又はY2O3のアルコキシドを導入する。そして、例えば減圧容器中に大気を少しずつリークすることによって大気に含まれる水分を減圧容器中に導入する。これにより、基材上またはＰｄ層上でアルコキシドが加水分解してＣａＯ層又はY2O3層が製膜されることになる。このように、高い真空度を要求しない減圧容器を用いるだけでＣａＯ層又はY2O3層を形成することができるので、ＣａＯ層又はY2O3層を備えた凝集系構造体を安価にかつ大量に製造することができる。
また、基材上の所望領域にのみＣａＯ層又はY2O3層を形成するために、基材をマスキングすることが好ましい。
なお、凝集系構造物に用いられる基材としては、パラジウム（Ｐｄ）またはＰｄの合金、あるいはその他の水素を吸蔵する金属（例えば、Ｔｉ等）またはこれらの合金が挙げられる。
【０００８】
さらに、本発明の凝集系構造体の製造方法は、ＣａＯ層又はY2O3層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を基材上に備えた凝集系構造体に対して核種変換を施す物質を接触させ、前記凝集系構造体に対して重水素を流して、前記核種変換を施す物質に核反応を生じさせる凝集系核反応に用いる凝集系構造体の製造方法であって、前記ＣａＯ層又はY2O3層が製膜された前記基材を一方の電極に設置し、ＰｄＮＯ３水溶液が表面張力によって上方に膨出する状態でかつ他方の電極に接液する状態で該ＰｄＮＯ３水溶液を収容し、前記電極間に所定電圧を印可した状態で前記ＣａＯ層又はY2O3層と前記ＰｄＮＯ３水溶液の膨出した頂部とを接触させることにより、前記Ｐｄ層を製膜することを特徴とする。
【０００９】
ＰｄＮＯ３水溶液が表面張力によって上方に膨出した状態で当該水溶液を他方の電極に収容し、この膨出した頂部を対向する電極に設置されたＣａＯ層又はY2O3層に接触させることとしたので、Ｐｄ膜の製膜位置が容易に決定される。したがって、迅速に位置決めしてＰｄ膜を電着により製膜することができるので、凝集系構造体を安価にかつ大量に製造することができる。
また、ＣａＯ層は水に溶けやすいので、迅速に電着が開始することによりＰｄＮＯ３水溶液の水分中にＣａＯ層が溶出することがない。
【００１０】
さらに、本発明の凝集系構造体の製造方法は、上記の凝集系構造体の製造方法によって前記基材上に前記ＣａＯ層又はY2O3層を製膜した後に、上記の凝集系構造体の製造方法によって前記基材上に製膜された前記ＣａＯ層上又はY2O3層上に前記Ｐｄ層を製膜し、これら工程を繰り返すことによって前記混合層を形成することを特徴とする。
【００１１】
上述の製造方法によってＣａＯ層又はY2O3層を製膜した後に、上述の製造方法によってＰｄ層を製膜し、これら工程を繰り返して混合層を形成することとしたので、凝集系構造体を安価にかつ大量に製造することができる。
【００１２】
また、さらに、本発明の凝集系構造体の製造装置は、ＣａＯ層又はY2O3層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を基材上に備えた凝集系構造体に対して核種変換を施す物質を接触させ、前記凝集系構造体に対して重水素を流して、前記核種変換を施す物質に核反応を生じさせる凝集系核反応に用いる凝集系構造体の製造装置であって、前記基材が設置されるとともに減圧可能とされた容器と、該容器内にＣａＯのアルコキシド又はY2O3のアルコキシドが導入可能とされたアルコキシド供給手段と、前記容器内に水分を含むガスが導入可能とされた水分供給手段とを備え、前記基材を設置した前記容器中に前記アルコキシド供給手段からＣａＯのアルコキシド又はY2O3のアルコキシドを導入した後に、前記水分供給手段から水分を前記容器中に導入することによって、前記基材上または前記Ｐｄ層上に前記ＣａＯ層又はY2O3層が製膜されることを特徴とする。
【００１３】
例えば１Ｔｏｒｒ程度に減圧された容器中に、アルコキシド供給手段からＣａＯのアルコキシド又はY2O3のアルコキシドを導入する。そして、例えば大気に接続されたバルブ（水分供給手段）を徐々に開放して大気を少しずつリークすることによって大気に含まれる水分を容器中に導入する。これにより、基材上またはＰｄ層上でアルコキシドが加水分解してＣａＯ層又はY2O3層が製膜されることになる。このように、高い真空度を要求しない減圧容器を用いるだけでＣａＯ層又はY2O3層を形成することができるので、ＣａＯ層又はY2O3層を備えた凝集系構造体を安価にかつ大量に製造することができる。
また、基材上の所望領域にのみＣａＯ層又はY2O3層を形成するために、基材をマスキングすることが好ましい。
なお、凝集系構造物に用いられる基材としては、パラジウム（Ｐｄ）またはＰｄの合金、あるいはその他の水素を吸蔵する金属（例えば、Ｔｉ等）またはこれらの合金が挙げられる。
【００１４】
さらに、本発明の凝集系構造体の製造装置は、ＣａＯ層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を基材上に備えた凝集系構造体に対して核種変換を施す物質を接触させ、前記凝集系構造体に対して重水素を流して、前記核種変換を施す物質に核反応を生じさせる凝集系核反応に用いる凝集系構造体の製造装置であって、前記ＣａＯ層が製膜された前記基材が設置可能とされた一方の電極と、ＰｄＮＯ３水溶液が表面張力によって上方に膨出する状態でかつ他方の電極部に接液する状態で該ＰｄＮＯ３水溶液を収容する他方の電極と、前記電極間に所定電圧を印可する電源とを備え、該電源によって前記電極間に所定電圧を印可した状態で、前記一方の電極と前記他方の電極とを接近させ、前記ＣａＯ層と前記ＰｄＮＯ３水溶液の膨出した頂部とを接触させることにより、前記Ｐｄ層を製膜することを特徴とする。
【００１５】
ＰｄＮＯ３水溶液が表面張力によって上方に膨出した状態で他方の電極に設置し、この膨出した頂部を対向する電極に設置されたＣａＯ層又はY2O3層に接触させることとしたので、Ｐｄ膜の製膜位置が容易に決定される。したがって、迅速に位置決めしてＰｄ膜を電着により製膜することができるので、凝集系構造体を安価にかつ大量に製造することができる。
また、ＣａＯ層は水に溶けやすいので、迅速に電着が開始することによりＰｄＮＯ３水溶液の水分中にＣａＯ層が溶出することがない。
【発明の効果】
【００１６】
ＣａＯまたはY2O3のアルコキシドの加水分解によって１Ｔｏｒｒ程度の減圧容器内でＣａＯ層又はY2O3層を製膜することとしたので、高真空が要求される真空容器を用いるスパッタ法に比べて、ＣａＯ層又はY2O3層を備えた凝集系構造体を安価にかつ大量に製造することができる。
また、ＰｄＮＯ３水溶液が表面張力によって上方に膨出した頂部を対向する電極に設置されたＣａＯ層又はY2O3層に接触させることとしたので、迅速に位置決めしてＰｄ膜を製膜することができ、凝集系構造体を安価にかつ大量に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかる一実施形態について、図面を参照して説明する。
先ず、凝集系構造体を用いた凝集系核反応を説明した後に、本発明の凝集系構造体の製造方法および凝集系構造体の製造装置について説明する。
【００１８】
図１には、凝集系核反応を実現する装置１０の概略が示されている。
この装置１０は、パラジウム（Ｐｄ）またはＰｄの合金、あるいはその他の水素を吸蔵する金属（例えば、Ｔｉ等）またはこれらの合金等からなる、例えば略板状の構造体（凝集系構造体）１１を備えている。この構造体１１の一方の表面１１Ａ上には、核種変換を施す物質１４が接触させられている。この一方の表面１１Ａ側は、例えば加圧あるいは電気分解等によって、重水素の圧力が高い領域１２とされている。構造体１１の他方の表面１１Ｂ側は、例えば真空排気等により重水素の圧力が低い領域１３とされている。これにより、構造体１１内に重水素の流れ１５が生成され、重水素と核種変換を施す物質１４とが反応することによって核種変換が行われる。
ここで、構造体１１は、図２に示すように、好ましくはＰｄ基板２３の表面上に、相対的に仕事関数が低い物質つまり電子を放出し易い物質（例えば、仕事関数が３ｅＶ未満の物質）とＰｄとの混合層２２が形成され、この混合層２２の表面上にＰｄ層２１が積層されて形成されている。
【００１９】
図３には、図１に示した装置１０をさらに具体化した核種変換装置３０が示されている。核種変換装置３０は、内部が気密保持可能とされた吸蔵室３１と、この吸蔵室３１の内部にて多層構造体３２を介して気密保持可能に設けられた放出室３４と、バリアブルリークバルブ３３を介して吸蔵室３１内に重水素を供給する重水素ボンベ３５と、放出室３４内の真空度を検出する放出室真空計３６と、例えば多層構造体（凝集系構造体）３２から生成されるガス状の反応生成物を検出すると共に放出室３４内の重水素量を計測することにより多層構造体３２を透過する重水素の透過量を評価する質量分析器３７と、放出室３４内を常に真空状態に保つターボ分子ポンプ３８と、放出室３４及びターボ分子ポンプ３８内を荒引きするためのロータリーポンプ３９とを備えて構成されている。
【００２０】
さらに、核種変換装置３０は、例えばＸ線や電子線、粒子線等の照射により励起された多層構造体３２の表面上の原子から放出される光電子やイオン等を検出する静電アナライザー４０と、多層構造体３２の両面のうち吸蔵室３１内の重水素に曝される表面上にＸ線を照射するＸＰＳ（X-ray Photo-electron Spectrometry：Ｘ線照射光電子スペクトル分析）用のＸ線銃４１と、内部に重水素が導入された吸蔵室３１内の圧力を検出する圧力計４２と、例えばベリリウム窓４３を有する高純度ゲルマニウム検出器４４からなるＸ線検出器と、吸蔵室３１内の真空度を検出する吸蔵室真空計４５と、例えば重水素の導入以前等に吸蔵室３１内を真空状態に保持する真空バルブ４６と、吸蔵室３１を真空状態にするターボ分子ポンプ４７と、吸蔵室３１及びターボ分子ポンプ４７内を荒引きするためのロータリーポンプ４８とを備えて構成されている。
【００２１】
そして、多層構造体３２の吸蔵室３１側を相対的に重水素の圧力が高い状態とし、多層構造体３２の放出室３４側を相対的に重水素の圧力が低い状態として、多層構造体３２の両面において重水素の圧力差を形成することで、吸蔵室３１側から放出室３４側へ重水素の流れを作り出す。ここで、例えば図４に示すように、多層構造体３２は、Ｐｄ基板２３の表面上に相対的に仕事関数が低い物質（例えば、仕事関数が３ｅＶ未満の物質）とＰｄとの混合層２２が形成され、この混合層２２の表面上にＰｄ層２１が積層され、さらに、Ｐｄ層２１の表面上に核種変換を施す物質としてセシウム（Ｃｓ）層５２が添加（接触）されて構成されている。
【００２２】
本実施の形態による核種変換装置３０は上記構成を備えており、次に、この核種変換装置３０を用いて核種変換を行う方法について添付図面を参照しながら説明する。
【００２３】
先ず、例えば図２に示すＰｄ基板２３（例えば、縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ、純度９９．５％以上）をアセトン中で所定時間に亘って超音波洗浄することにより脱脂する。そして、真空中（例えば、１．３３×１０-5Ｐａ以下）において、例えば９００℃の温度で所定時間（例えば、１０時間）に亘ってアニールつまり加熱処理を行う（ステップＳ０１）。次に、例えば室温でアニール後のＰｄ基板２３を重王水により所定時間（例えば、１００秒間）に亘ってエッチング処理を施して表面の不純物を除去する（ステップＳ０２）。
【００２４】
次に、アルゴンイオンビームによるスパッタ法を用いて、エッチング処理後のＰｄ基板２３上に成膜処理を施して構造体１１を作成する。ここで、例えば図２に示すＰｄ層２１の厚さは４００・１０-10ｍとし、仕事関数の低い物質とＰｄとの混合層２２は、例えば図５（ａ）に示すように、例えば厚さ１００・１０-10ｍのＣａＯ層５７と、例えば厚さ１００・１０-10ｍのＰｄ層５６とを交互に積層して形成し、この混合層２２の厚さを１０００・１０-10ｍとした。そして、混合層２２の表面上にＰｄ層２１を４００・１０-10ｍで成膜することにより、構造体１１を形成した（ステップＳ０３）。
【００２５】
次に、ＣｓＮＯ3のＤ2Ｏ希薄水溶液（ＣｓＮＯ3／Ｄ2Ｏ溶液）の電気分解により、核種変換を施す物質として、例えばＣｓを構造体１１の成膜処理表面に添加する。例えば、図６に示す電着装置６０のように、１ｍＭのＣｓＮＯ3／Ｄ2Ｏ溶液を電解液６２として、電源６１の陽極に白金陽極６３を接続し、陰極に構造体１１を接続して、例えば１Ｖの電圧で１０秒間に亘って電気分解を行い、構造体１１の表面上で下記化学式に示す反応を発生させてＣｓ層５２を添加して、多層構造体３２を形成する（ステップＳ０４）。
Ｃｓ＋＋ｅ−→Ｃｓ
【００２６】
そして、多層構造体３２のＣｓ層５２を吸蔵室３１側に向けて、多層構造体３２を介在させて吸蔵室３１と放出室３４とをそれぞれ気密状態に閉塞して、先ず、放出室３４をロータリーポンプ３９およびターボ分子ポンプ３８により真空排気する。そして、バリアブルリークバルブ３３を閉じ、真空バルブ４６を開いて吸蔵室３１をロータリーポンプ４８およびターボ分子ポンプ４７により真空排気する（ステップＳ０５）。次に、吸蔵室３１の真空度が充分安定した後（例えば、１×１０-5Ｐａ以下の状態）に、ＸＰＳにより吸蔵室３１側の多層構造体３２の表面上に存在する元素を分析する（ステップＳ０６）。すなわち、Ｘ線銃４１からのＸ線を多層構造体３２の表面に照射して、このＸ線の照射により励起された多層構造体３２の表面上の原子から放出される光電子のエネルギーを静電アナライザー４０により検出する。これにより、多層構造体３２の吸蔵室３１側の表面上に存在する元素を同定する。
【００２７】
次に、多層構造体３２を、加熱装置（図示略）により例えば７０℃の温度で加熱した後、真空バルブ４６を閉じて吸蔵室３１の真空排気を停止して、バリアブルリークバルブ３３を開いて吸蔵室３１内に所定のガス圧力で重水素ガスを導入して、核種変換の実験を開始する。ここで、重水素ガスを導入する際の所定のガス圧力は例えば１．０１３２５×１０5Ｐａ（いわゆる１気圧）とした。そして、放出室３４の質量分析器３７でガス状の反応生成物（例えば、質量数Ａ＝１〜１４０）の測定を行い、多層構造体３２を透過して放出室３４内に放出された重水素の拡散挙動の評価を行う。また、多層構造体３２の吸蔵室３１側の高純度ゲルマニウム検出器４４によりＸ線の測定を行う（ステップＳ０７）。なお、多層構造体３２を透過して放出室３４内に放出された重水素量は、例えば放出室真空計３６により検出される放出室３４内の真空度と、ターボ分子ポンプ３８の排気速度とに基づいて算出する。
【００２８】
吸蔵室３１内に重水素ガスの導入を開始してから所定時間、例えば数十時間後に、多層構造体３２の温度を常温に戻す。そして、バリアブルリークバルブ３３を閉じて吸蔵室３１内への重水素ガスの導入を停止して、さらに、真空バルブ４６を開いて吸蔵室３１を真空排気して核種変換の実験を終了する。そして、吸蔵室３１内の真空度が充分安定した後（例えば、１×１０-5Ｐａ以下の状態）に、ＸＰＳにより吸蔵室３１側の多層構造体３２の表面上に存在する元素を分析して生成物の測定を行う（ステップＳ０８）。
【００２９】
そして、上述したステップＳ０６〜ステップＳ０７の処理を繰り返して、核種変換反応の時間変化を測定する（ステップＳ０９）。そして、多層構造体３２を核種変換装置３０から取り出して、核種変換の実験を終了する（ステップＳ１０）。
【００３０】
以上の実験により、以下の核反応が確認された（詳細には特許文献１参照）。
133Ｃｓ→141Ｐｒ
【００３１】
次に、上述した凝集系核反応に用いられる凝集系構造体の製造方法および製造装置について説明する。
図７には、Ｐｄ基板（基材）２３（図４及び図５参照）上にＣａＯ層を製膜するＣａＯ製膜装置（凝集系構造体の製造装置）の概略が示されている。
ＣａＯ製膜装置７０は、１Ｔｏｒｒ程度まで減圧できる程度の気密とされた気密容器７２を備えている。気密容器７２には、ドライポンプ等の真空ポンプ７４が排気バルブ７５を介して接続されている。
また、気密容器７２には、大気導入管７６が接続されており、大気導入管７６に設けられた大気用バルブ７７によって、気密容器７２内部と大気とが連通可能となっている。
さらに、気密容器７２には、アルコキシド用バルブ７８を介してアルコキシド供給源７９が接続されている。アルコキシド供給源７９には、ＣａＯのアルコキシド(alkoxide)であるCa(OCH3)
2が貯留されている。
気密容器７２内には、Ｐｄ基板２３が設置可能となっている。Ｐｄ基板２３には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製のマスク８２によってマスキングが施されており、ＣａＯ層を製膜する領域８３のみが露出されるようになっている。
【００３２】
上記構成のＣａＯ製膜装置７０は以下のように用いられる。
先ず、気密容器７２内にマスキングされたＰｄ基板２３を設置する。そして、大気用バルブ７７及びアルコキシド用バルブ７８を閉じた状態で、排気バルブ７５を開け、真空ポンプ７４によって気密容器７２内を１Ｔｏｒｒ程度まで減圧する。
その後、排気バルブ７５を閉じ、アルコキシド用バルブ７８を開け、１μＬ（マイクロリットル）〜１０μＬのＣａＯアルコキシドを気密容器７２内に導入する。
数分間待機した後に、大気用バルブを徐々に開けていき、大気圧まで１０分程度かけて気密容器７２内に大気を導入する。大気には、湿分が含まれているため、所定量の水分が気密容器７２内に導入されることになる。この水分により、ＣａＯアルコキシドが加水分解し、Ｐｄ基板２３の表面にＣａＯ層が製膜される。この反応は以下の通りである。
Ca(OCH3)2+H2O→CaO+2CH3OH
その後、Ｐｄ基板２３を覆っているマスク８２を取外し、ＣａＯ層が製膜されたＰｄ基板２３を１００℃程度まで加熱し、余分なＣａＯアルコキシドを除去する。
【００３３】
このようにＣａＯ層が製膜されたＰｄ基板２３は、図８に示すＰｄ製膜装置（凝集系構造体の製造装置）８５に取り付けられる。
図８に示すＰｄ層製膜装置８５は、負極電極８７と、正極電極８８と、これら電極８７，８８間に所定電圧を印可する直流電源（図示せず）とを備えている。
なお、詳細な構造は示していないが、負極電極８７と正極電極８８とは、互いに接近離間できるようになっている。
【００３４】
負極電極８７は、ステンレス製とされた電極板８９を備えており、この電極板８９に電気的に接触するようにＰｄ基板２３が取り付けられる。このときＰｄ基板２３は、製膜されたＣａＯ層５７が正極電極８８を向くように取り付けられる。
正極電極８８は、ステンレス製の基部９１と、この基部９１に形成した凹所に嵌合された白金（Ｐｔ）電極９２と、基部９１及び白金電極９２上に設けられた収容部９４とを備えている。
収容部９４は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の電気絶縁性を有する材料で形成されている。収容部９４は、図８から分かるように、縦断面視した状態で側部から中央にかけて肉厚が大きくなる略山形形状となっている。この山形形状の中央には、底部まで貫通する孔部９４ａが形成されており、この孔部９４ａの底部を白金電極９２で塞ぐことによって、孔部９４ａ内に水溶液９５が貯留できるようになっている。したがって、孔部９４ａ内に貯留された水溶液９５は白金電極９２に接液することとなる。孔部９４ａの径は、孔部９４ａ内に水溶液９５を入れた場合に、水溶液９５の表面張力によって水溶液９５の上部９５ａが上方に膨出する程度の径が選定される。また、孔部９４ａの径は、Ｐｄ基板２３に製膜されたＣａＯ層５７の径と同等かそれよりも僅かに小さい径とされる。
孔部９４ａ内に貯留される水溶液としては、ＰｄＮＯ３水溶液が用いられる。
【００３５】
上記構成のＰｄ製膜装置８５は以下のように用いられる。
負極電極８７の電極板８９に対して、Ｐｄ基板２３を取り付ける。また、正極電極８８の孔部９４ａ内に、１ｍｍｏｌ／Ｌ〜１ｍｏｌ／Ｌ程度のＰｄＮＯ３水溶液を供給する。このときに、ＰｄＮＯ３水溶液９５の上部９５ａが上方に膨出し、収容部９４よりも上方に突出するまでＰｄＮＯ３水溶液を供給する。
そして、図示しない直流電源によって１Ｖ〜３Ｖ程度の電圧を電極８７，８８間に印可した状態で、負極電極８７と正極電極８８とを近付けて、Ｐｄ基板２３上に製膜したＣａＯ層５７とＰｄＮＯ３水溶液９５の上部９５ａとを接触させる。このとき、既に電圧が印可されているので、ＰｄＮＯ３水溶液９５がＣａＯ層５７に接触すると同時に電着（めっき）が進行する。電着によりＣａＯ層５７上にＰｄ層が製膜される。
所定時間経過後、電極８７，８８間を離間させ、電着を終了させる。
電着終了後、純水で洗浄して乾燥させる。
【００３６】
このようにしてＰｄ基板８１上にＣａＯ層とＰｄ層が交互に形成される。そして、ＣａＯ製膜装置７０によってＰｄ層上に更にＣａＯ層を製膜し、Ｐｄ製膜装置８５によってＣａＯ層上にさらにＰｄ層を製膜する。この工程を繰り返すことにより、ＣａＯ層とＰｄ層が所定回数繰り返された混合層２２（図４，図５等を参照）が形成されることになる。
【００３７】
上述したＣａＯ製膜装置７０およびＰｄ製膜装置８５を備えた凝集系構造物の製造装置によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態のＣａＯ製膜装置７０によれば、気密容器７２内にアルコキシドを導入する湿式法によりＣａＯ層を製膜することができるので、高い真空度を要求する真空容器を必要としない。したがって、簡便にＣａＯ層を形成することができるので、ＣａＯ層を備えた凝集系構造体を安価にかつ大量に製造することができる。
本実施形態のｐｄ製膜装置８５によれば、ＰｄＮＯ３水溶液９５が表面張力によって上方に膨出した状態で当該水溶液９５を正極電極８８の孔部９４ａに収容し、この膨出した頂部を対向する負極電極８７に設置されたＰｄ基板２３上のＣａＯ層５７に接触させることとしたので、Ｐｄ膜の製膜位置が容易に決定される。したがって、迅速に位置決めしてＰｄ膜を電着により製膜することができるので、凝集系構造体を安価にかつ大量に製造することができる。
また、ＣａＯ層は水に溶けやすいので、迅速に電着が開始することによりＰｄＮＯ３水溶液の水分中にＣａＯ層が溶出することがない。
また、ＰｄＮＯ３水溶液９５がＣａＯ層５７に接触すると同時に電着を開始することとしたので、水に溶けやすいＣａＯ層を劣化させることなくＰｄ層を製膜することができる。これにより、膜質に優れた混合層を形成することができる。
【００３８】
なお、図７に示したマスク８２に加えて、図９に示すようにＰｄ基板２３と電気接触する銅線９６を設けることとしても良い。この銅線９６によってマスク８２内のＰｄ基板２３とマスク８２外との電気的導通をとることができるので、図７に示したＣａＯ製膜装置７０によってＣａＯを製膜した後にマスク８２を取り外すことなく、図８に示したＰｄ製膜装置の負極電極８９に取り付けることができる。
また、図１０に示すように、Ｐｄ基板２３を金属板９７によって挟み込み電気的導通を得ることとしても良い。この場合、Ｐｄ基板２３の周囲はＰＴＦＥ等の絶縁性シール９８によって保護することが好ましい。
【００３９】
また、上記実施形態では、ＣａＯアルコキシドを用いてＣａＯ層を製膜する方法について説明したが、ＣａＯ層に代えて、Y2O3のアルコキシド（Y(OCH3)3）を用いて同様にY2O3層を製膜することとしても良い。Y2O3アルコキシドの加水分解の反応は下式の通りである。
2Y(OCH3)3+3H2O→Y2O3+6CH3OH
このようにして得られたY2O3層とＰｄ層とが交互に形成された混合層についても、凝集系核反応に用いられる凝集系構造物に好適に適用することができる（例えば特開２０００−２５８５７３号公報の段落［００１２］参照）。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の前提として用いられる核種変換方法の原理を説明する概略図である。
【図２】図１の核種変換方法にて使用される構造体を示す断面図である。
【図３】核種変換方法を実現する核種変換装置の構成図である。
【図４】図３に示す核種変換装置で使用する多層構造体を示す断面図である。
【図５】（ａ）は混合層の断面構成図であり、（ｂ）は混合層を含む構造体の断面図である。
【図６】構造体に核種変換を施す物質を添加する装置の概略構成図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかるＣａＯ製膜装置を示した概略構成図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかるＰｄ製膜装置を示した概略構成図である。
【図９】図７に示したマスクの変形例を示した縦断面図である。
【図１０】図７に示したマスクの他の変形例を示した縦断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
２２ 混合層
２３ Ｐｄ基板（基材）
７０ ＣａＯ製膜装置（凝集系構造体の製造装置）
７２ 気密容器（減圧容器）
８２ マスク
８５ Ｐｄ製膜装置（凝集系構造体の製造装置）
８７ 負極電極（一方の電極）
８８ 正極電極（他方の電極）
９５ ＰｄＮＯ３水溶液
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凝集系構造体の製造方法および凝集系構造体の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パラジウム等の固体からなる凝集系構造体に対して、核種反応を施す物質を接触させ、凝集系構造体に対して重水素を流し、凝集系反応を生じさせて核種変換を行う方法は、種々報告されている（例えば特許文献１参照）。
このような凝集系構造体は、Ｐｄ基板上に、ＣａＯ層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を備えている（特許文献１の図５（ａ）参照）。この混合層は、例えばスパッタ法によって形成される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２０２３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
混合層を形成する際にスパッタ法を用いると、高真空を実現する真空チャンバを始め、多数の製膜装置が必要となる。また、ＣａＯ層とＰｄ層に応じてターゲットを変更する必要があり、バッチ処理とならざるを得ない。このような理由から、スパッタ法では、混合層を大量に製造することができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡便に混合層を製造することができて安価にかつ大量に凝集系構造体を製造することができる凝集系構造体の製造方法および凝集系構造体の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の凝集系構造体の製造方法および凝集系構造体の製造装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる凝集系構造体の製造方法は、ＣａＯ層又はY2O3層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を基材上に備えた凝集系構造体に対して核種変換を施す物質を接触させ、前記凝集系構造体に対して重水素を流して、前記核種変換を施す物質に核反応を生じさせる凝集系核反応に用いる凝集系構造体の製造方法であって、前記ＣａＯ層又はY2O3層は、前記基材を設置した減圧容器中にＣａＯのアルコキシドまたはY2O3のアルコキシドを導入した後に、水分を該減圧容器中に導入することによって前記基材上または前記Ｐｄ層上に製膜されることを特徴とする。
【０００７】
例えば１Ｔｏｒｒ程度とされた減圧容器中に、ＣａＯ又はY2O3のアルコキシドを導入する。そして、例えば減圧容器中に大気を少しずつリークすることによって大気に含まれる水分を減圧容器中に導入する。これにより、基材上またはＰｄ層上でアルコキシドが加水分解してＣａＯ層又はY2O3層が製膜されることになる。このように、高い真空度を要求しない減圧容器を用いるだけでＣａＯ層又はY2O3層を形成することができるので、ＣａＯ層又はY2O3層を備えた凝集系構造体を安価にかつ大量に製造することができる。
また、基材上の所望領域にのみＣａＯ層又はY2O3層を形成するために、基材をマスキングすることが好ましい。
なお、凝集系構造物に用いられる基材としては、パラジウム（Ｐｄ）またはＰｄの合金、あるいはその他の水素を吸蔵する金属（例えば、Ｔｉ等）またはこれらの合金が挙げられる。
【０００８】
さらに、本発明の凝集系構造体の製造方法は、ＣａＯ層又はY2O3層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を基材上に備えた凝集系構造体に対して核種変換を施す物質を接触させ、前記凝集系構造体に対して重水素を流して、前記核種変換を施す物質に核反応を生じさせる凝集系核反応に用いる凝集系構造体の製造方法であって、前記ＣａＯ層又はY2O3層が製膜された前記基材を一方の電極に設置し、ＰｄＮＯ３水溶液が表面張力によって上方に膨出する状態でかつ他方の電極に接液する状態で該ＰｄＮＯ３水溶液を収容し、前記電極間に所定電圧を印可した状態で前記ＣａＯ層又はY2O3層と前記ＰｄＮＯ３水溶液の膨出した頂部とを接触させることにより、前記Ｐｄ層を製膜することを特徴とする。
【０００９】
ＰｄＮＯ３水溶液が表面張力によって上方に膨出した状態で当該水溶液を他方の電極に収容し、この膨出した頂部を対向する電極に設置されたＣａＯ層又はY2O3層に接触させることとしたので、Ｐｄ膜の製膜位置が容易に決定される。したがって、迅速に位置決めしてＰｄ膜を電着により製膜することができるので、凝集系構造体を安価にかつ大量に製造することができる。
また、ＣａＯ層は水に溶けやすいので、迅速に電着が開始することによりＰｄＮＯ３水溶液の水分中にＣａＯ層が溶出することがない。
【００１０】
さらに、本発明の凝集系構造体の製造方法は、上記の凝集系構造体の製造方法によって前記基材上に前記ＣａＯ層又はY2O3層を製膜した後に、上記の凝集系構造体の製造方法によって前記基材上に製膜された前記ＣａＯ層上又はY2O3層上に前記Ｐｄ層を製膜し、これら工程を繰り返すことによって前記混合層を形成することを特徴とする。
【００１１】
上述の製造方法によってＣａＯ層又はY2O3層を製膜した後に、上述の製造方法によってＰｄ層を製膜し、これら工程を繰り返して混合層を形成することとしたので、凝集系構造体を安価にかつ大量に製造することができる。
【００１２】
また、さらに、本発明の凝集系構造体の製造装置は、ＣａＯ層又はY2O3層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を基材上に備えた凝集系構造体に対して核種変換を施す物質を接触させ、前記凝集系構造体に対して重水素を流して、前記核種変換を施す物質に核反応を生じさせる凝集系核反応に用いる凝集系構造体の製造装置であって、前記基材が設置されるとともに減圧可能とされた容器と、該容器内にＣａＯのアルコキシド又はY2O3のアルコキシドが導入可能とされたアルコキシド供給手段と、前記容器内に水分を含むガスが導入可能とされた水分供給手段とを備え、前記基材を設置した前記容器中に前記アルコキシド供給手段からＣａＯのアルコキシド又はY2O3のアルコキシドを導入した後に、前記水分供給手段から水分を前記容器中に導入することによって、前記基材上または前記Ｐｄ層上に前記ＣａＯ層又はY2O3層が製膜されることを特徴とする。
【００１３】
例えば１Ｔｏｒｒ程度に減圧された容器中に、アルコキシド供給手段からＣａＯのアルコキシド又はY2O3のアルコキシドを導入する。そして、例えば大気に接続されたバルブ（水分供給手段）を徐々に開放して大気を少しずつリークすることによって大気に含まれる水分を容器中に導入する。これにより、基材上またはＰｄ層上でアルコキシドが加水分解してＣａＯ層又はY2O3層が製膜されることになる。このように、高い真空度を要求しない減圧容器を用いるだけでＣａＯ層又はY2O3層を形成することができるので、ＣａＯ層又はY2O3層を備えた凝集系構造体を安価にかつ大量に製造することができる。
また、基材上の所望領域にのみＣａＯ層又はY2O3層を形成するために、基材をマスキングすることが好ましい。
なお、凝集系構造物に用いられる基材としては、パラジウム（Ｐｄ）またはＰｄの合金、あるいはその他の水素を吸蔵する金属（例えば、Ｔｉ等）またはこれらの合金が挙げられる。
【００１４】
さらに、本発明の凝集系構造体の製造装置は、ＣａＯ層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を基材上に備えた凝集系構造体に対して核種変換を施す物質を接触させ、前記凝集系構造体に対して重水素を流して、前記核種変換を施す物質に核反応を生じさせる凝集系核反応に用いる凝集系構造体の製造装置であって、前記ＣａＯ層が製膜された前記基材が設置可能とされた一方の電極と、ＰｄＮＯ３水溶液が表面張力によって上方に膨出する状態でかつ他方の電極部に接液する状態で該ＰｄＮＯ３水溶液を収容する他方の電極と、前記電極間に所定電圧を印可する電源とを備え、該電源によって前記電極間に所定電圧を印可した状態で、前記一方の電極と前記他方の電極とを接近させ、前記ＣａＯ層と前記ＰｄＮＯ３水溶液の膨出した頂部とを接触させることにより、前記Ｐｄ層を製膜することを特徴とする。
【００１５】
ＰｄＮＯ３水溶液が表面張力によって上方に膨出した状態で他方の電極に設置し、この膨出した頂部を対向する電極に設置されたＣａＯ層又はY2O3層に接触させることとしたので、Ｐｄ膜の製膜位置が容易に決定される。したがって、迅速に位置決めしてＰｄ膜を電着により製膜することができるので、凝集系構造体を安価にかつ大量に製造することができる。
また、ＣａＯ層は水に溶けやすいので、迅速に電着が開始することによりＰｄＮＯ３水溶液の水分中にＣａＯ層が溶出することがない。
【発明の効果】
【００１６】
ＣａＯまたはY2O3のアルコキシドの加水分解によって１Ｔｏｒｒ程度の減圧容器内でＣａＯ層又はY2O3層を製膜することとしたので、高真空が要求される真空容器を用いるスパッタ法に比べて、ＣａＯ層又はY2O3層を備えた凝集系構造体を安価にかつ大量に製造することができる。
また、ＰｄＮＯ３水溶液が表面張力によって上方に膨出した頂部を対向する電極に設置されたＣａＯ層又はY2O3層に接触させることとしたので、迅速に位置決めしてＰｄ膜を製膜することができ、凝集系構造体を安価にかつ大量に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかる一実施形態について、図面を参照して説明する。
先ず、凝集系構造体を用いた凝集系核反応を説明した後に、本発明の凝集系構造体の製造方法および凝集系構造体の製造装置について説明する。
【００１８】
図１には、凝集系核反応を実現する装置１０の概略が示されている。
この装置１０は、パラジウム（Ｐｄ）またはＰｄの合金、あるいはその他の水素を吸蔵する金属（例えば、Ｔｉ等）またはこれらの合金等からなる、例えば略板状の構造体（凝集系構造体）１１を備えている。この構造体１１の一方の表面１１Ａ上には、核種変換を施す物質１４が接触させられている。この一方の表面１１Ａ側は、例えば加圧あるいは電気分解等によって、重水素の圧力が高い領域１２とされている。構造体１１の他方の表面１１Ｂ側は、例えば真空排気等により重水素の圧力が低い領域１３とされている。これにより、構造体１１内に重水素の流れ１５が生成され、重水素と核種変換を施す物質１４とが反応することによって核種変換が行われる。
ここで、構造体１１は、図２に示すように、好ましくはＰｄ基板２３の表面上に、相対的に仕事関数が低い物質つまり電子を放出し易い物質（例えば、仕事関数が３ｅＶ未満の物質）とＰｄとの混合層２２が形成され、この混合層２２の表面上にＰｄ層２１が積層されて形成されている。
【００１９】
図３には、図１に示した装置１０をさらに具体化した核種変換装置３０が示されている。核種変換装置３０は、内部が気密保持可能とされた吸蔵室３１と、この吸蔵室３１の内部にて多層構造体３２を介して気密保持可能に設けられた放出室３４と、バリアブルリークバルブ３３を介して吸蔵室３１内に重水素を供給する重水素ボンベ３５と、放出室３４内の真空度を検出する放出室真空計３６と、例えば多層構造体（凝集系構造体）３２から生成されるガス状の反応生成物を検出すると共に放出室３４内の重水素量を計測することにより多層構造体３２を透過する重水素の透過量を評価する質量分析器３７と、放出室３４内を常に真空状態に保つターボ分子ポンプ３８と、放出室３４及びターボ分子ポンプ３８内を荒引きするためのロータリーポンプ３９とを備えて構成されている。
【００２０】
さらに、核種変換装置３０は、例えばＸ線や電子線、粒子線等の照射により励起された多層構造体３２の表面上の原子から放出される光電子やイオン等を検出する静電アナライザー４０と、多層構造体３２の両面のうち吸蔵室３１内の重水素に曝される表面上にＸ線を照射するＸＰＳ（X-ray Photo-electron Spectrometry：Ｘ線照射光電子スペクトル分析）用のＸ線銃４１と、内部に重水素が導入された吸蔵室３１内の圧力を検出する圧力計４２と、例えばベリリウム窓４３を有する高純度ゲルマニウム検出器４４からなるＸ線検出器と、吸蔵室３１内の真空度を検出する吸蔵室真空計４５と、例えば重水素の導入以前等に吸蔵室３１内を真空状態に保持する真空バルブ４６と、吸蔵室３１を真空状態にするターボ分子ポンプ４７と、吸蔵室３１及びターボ分子ポンプ４７内を荒引きするためのロータリーポンプ４８とを備えて構成されている。
【００２１】
そして、多層構造体３２の吸蔵室３１側を相対的に重水素の圧力が高い状態とし、多層構造体３２の放出室３４側を相対的に重水素の圧力が低い状態として、多層構造体３２の両面において重水素の圧力差を形成することで、吸蔵室３１側から放出室３４側へ重水素の流れを作り出す。ここで、例えば図４に示すように、多層構造体３２は、Ｐｄ基板２３の表面上に相対的に仕事関数が低い物質（例えば、仕事関数が３ｅＶ未満の物質）とＰｄとの混合層２２が形成され、この混合層２２の表面上にＰｄ層２１が積層され、さらに、Ｐｄ層２１の表面上に核種変換を施す物質としてセシウム（Ｃｓ）層５２が添加（接触）されて構成されている。
【００２２】
本実施の形態による核種変換装置３０は上記構成を備えており、次に、この核種変換装置３０を用いて核種変換を行う方法について添付図面を参照しながら説明する。
【００２３】
先ず、例えば図２に示すＰｄ基板２３（例えば、縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ、純度９９．５％以上）をアセトン中で所定時間に亘って超音波洗浄することにより脱脂する。そして、真空中（例えば、１．３３×１０-5Ｐａ以下）において、例えば９００℃の温度で所定時間（例えば、１０時間）に亘ってアニールつまり加熱処理を行う（ステップＳ０１）。次に、例えば室温でアニール後のＰｄ基板２３を重王水により所定時間（例えば、１００秒間）に亘ってエッチング処理を施して表面の不純物を除去する（ステップＳ０２）。
【００２４】
次に、アルゴンイオンビームによるスパッタ法を用いて、エッチング処理後のＰｄ基板２３上に成膜処理を施して構造体１１を作成する。ここで、例えば図２に示すＰｄ層２１の厚さは４００・１０-10ｍとし、仕事関数の低い物質とＰｄとの混合層２２は、例えば図５（ａ）に示すように、例えば厚さ１００・１０-10ｍのＣａＯ層５７と、例えば厚さ１００・１０-10ｍのＰｄ層５６とを交互に積層して形成し、この混合層２２の厚さを１０００・１０-10ｍとした。そして、混合層２２の表面上にＰｄ層２１を４００・１０-10ｍで成膜することにより、構造体１１を形成した（ステップＳ０３）。
【００２５】
次に、ＣｓＮＯ3のＤ2Ｏ希薄水溶液（ＣｓＮＯ3／Ｄ2Ｏ溶液）の電気分解により、核種変換を施す物質として、例えばＣｓを構造体１１の成膜処理表面に添加する。例えば、図６に示す電着装置６０のように、１ｍＭのＣｓＮＯ3／Ｄ2Ｏ溶液を電解液６２として、電源６１の陽極に白金陽極６３を接続し、陰極に構造体１１を接続して、例えば１Ｖの電圧で１０秒間に亘って電気分解を行い、構造体１１の表面上で下記化学式に示す反応を発生させてＣｓ層５２を添加して、多層構造体３２を形成する（ステップＳ０４）。
Ｃｓ＋＋ｅ−→Ｃｓ
【００２６】
そして、多層構造体３２のＣｓ層５２を吸蔵室３１側に向けて、多層構造体３２を介在させて吸蔵室３１と放出室３４とをそれぞれ気密状態に閉塞して、先ず、放出室３４をロータリーポンプ３９およびターボ分子ポンプ３８により真空排気する。そして、バリアブルリークバルブ３３を閉じ、真空バルブ４６を開いて吸蔵室３１をロータリーポンプ４８およびターボ分子ポンプ４７により真空排気する（ステップＳ０５）。次に、吸蔵室３１の真空度が充分安定した後（例えば、１×１０-5Ｐａ以下の状態）に、ＸＰＳにより吸蔵室３１側の多層構造体３２の表面上に存在する元素を分析する（ステップＳ０６）。すなわち、Ｘ線銃４１からのＸ線を多層構造体３２の表面に照射して、このＸ線の照射により励起された多層構造体３２の表面上の原子から放出される光電子のエネルギーを静電アナライザー４０により検出する。これにより、多層構造体３２の吸蔵室３１側の表面上に存在する元素を同定する。
【００２７】
次に、多層構造体３２を、加熱装置（図示略）により例えば７０℃の温度で加熱した後、真空バルブ４６を閉じて吸蔵室３１の真空排気を停止して、バリアブルリークバルブ３３を開いて吸蔵室３１内に所定のガス圧力で重水素ガスを導入して、核種変換の実験を開始する。ここで、重水素ガスを導入する際の所定のガス圧力は例えば１．０１３２５×１０5Ｐａ（いわゆる１気圧）とした。そして、放出室３４の質量分析器３７でガス状の反応生成物（例えば、質量数Ａ＝１〜１４０）の測定を行い、多層構造体３２を透過して放出室３４内に放出された重水素の拡散挙動の評価を行う。また、多層構造体３２の吸蔵室３１側の高純度ゲルマニウム検出器４４によりＸ線の測定を行う（ステップＳ０７）。なお、多層構造体３２を透過して放出室３４内に放出された重水素量は、例えば放出室真空計３６により検出される放出室３４内の真空度と、ターボ分子ポンプ３８の排気速度とに基づいて算出する。
【００２８】
吸蔵室３１内に重水素ガスの導入を開始してから所定時間、例えば数十時間後に、多層構造体３２の温度を常温に戻す。そして、バリアブルリークバルブ３３を閉じて吸蔵室３１内への重水素ガスの導入を停止して、さらに、真空バルブ４６を開いて吸蔵室３１を真空排気して核種変換の実験を終了する。そして、吸蔵室３１内の真空度が充分安定した後（例えば、１×１０-5Ｐａ以下の状態）に、ＸＰＳにより吸蔵室３１側の多層構造体３２の表面上に存在する元素を分析して生成物の測定を行う（ステップＳ０８）。
【００２９】
そして、上述したステップＳ０６〜ステップＳ０７の処理を繰り返して、核種変換反応の時間変化を測定する（ステップＳ０９）。そして、多層構造体３２を核種変換装置３０から取り出して、核種変換の実験を終了する（ステップＳ１０）。
【００３０】
以上の実験により、以下の核反応が確認された（詳細には特許文献１参照）。
133Ｃｓ→141Ｐｒ
【００３１】
次に、上述した凝集系核反応に用いられる凝集系構造体の製造方法および製造装置について説明する。
図７には、Ｐｄ基板（基材）２３（図４及び図５参照）上にＣａＯ層を製膜するＣａＯ製膜装置（凝集系構造体の製造装置）の概略が示されている。
ＣａＯ製膜装置７０は、１Ｔｏｒｒ程度まで減圧できる程度の気密とされた気密容器７２を備えている。気密容器７２には、ドライポンプ等の真空ポンプ７４が排気バルブ７５を介して接続されている。
また、気密容器７２には、大気導入管７６が接続されており、大気導入管７６に設けられた大気用バルブ７７によって、気密容器７２内部と大気とが連通可能となっている。
さらに、気密容器７２には、アルコキシド用バルブ７８を介してアルコキシド供給源７９が接続されている。アルコキシド供給源７９には、ＣａＯのアルコキシド(alkoxide)であるCa(OCH3)
2が貯留されている。
気密容器７２内には、Ｐｄ基板２３が設置可能となっている。Ｐｄ基板２３には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製のマスク８２によってマスキングが施されており、ＣａＯ層を製膜する領域８３のみが露出されるようになっている。
【００３２】
上記構成のＣａＯ製膜装置７０は以下のように用いられる。
先ず、気密容器７２内にマスキングされたＰｄ基板２３を設置する。そして、大気用バルブ７７及びアルコキシド用バルブ７８を閉じた状態で、排気バルブ７５を開け、真空ポンプ７４によって気密容器７２内を１Ｔｏｒｒ程度まで減圧する。
その後、排気バルブ７５を閉じ、アルコキシド用バルブ７８を開け、１μＬ（マイクロリットル）〜１０μＬのＣａＯアルコキシドを気密容器７２内に導入する。
数分間待機した後に、大気用バルブを徐々に開けていき、大気圧まで１０分程度かけて気密容器７２内に大気を導入する。大気には、湿分が含まれているため、所定量の水分が気密容器７２内に導入されることになる。この水分により、ＣａＯアルコキシドが加水分解し、Ｐｄ基板２３の表面にＣａＯ層が製膜される。この反応は以下の通りである。
Ca(OCH3)2+H2O→CaO+2CH3OH
その後、Ｐｄ基板２３を覆っているマスク８２を取外し、ＣａＯ層が製膜されたＰｄ基板２３を１００℃程度まで加熱し、余分なＣａＯアルコキシドを除去する。
【００３３】
このようにＣａＯ層が製膜されたＰｄ基板２３は、図８に示すＰｄ製膜装置（凝集系構造体の製造装置）８５に取り付けられる。
図８に示すＰｄ層製膜装置８５は、負極電極８７と、正極電極８８と、これら電極８７，８８間に所定電圧を印可する直流電源（図示せず）とを備えている。
なお、詳細な構造は示していないが、負極電極８７と正極電極８８とは、互いに接近離間できるようになっている。
【００３４】
負極電極８７は、ステンレス製とされた電極板８９を備えており、この電極板８９に電気的に接触するようにＰｄ基板２３が取り付けられる。このときＰｄ基板２３は、製膜されたＣａＯ層５７が正極電極８８を向くように取り付けられる。
正極電極８８は、ステンレス製の基部９１と、この基部９１に形成した凹所に嵌合された白金（Ｐｔ）電極９２と、基部９１及び白金電極９２上に設けられた収容部９４とを備えている。
収容部９４は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の電気絶縁性を有する材料で形成されている。収容部９４は、図８から分かるように、縦断面視した状態で側部から中央にかけて肉厚が大きくなる略山形形状となっている。この山形形状の中央には、底部まで貫通する孔部９４ａが形成されており、この孔部９４ａの底部を白金電極９２で塞ぐことによって、孔部９４ａ内に水溶液９５が貯留できるようになっている。したがって、孔部９４ａ内に貯留された水溶液９５は白金電極９２に接液することとなる。孔部９４ａの径は、孔部９４ａ内に水溶液９５を入れた場合に、水溶液９５の表面張力によって水溶液９５の上部９５ａが上方に膨出する程度の径が選定される。また、孔部９４ａの径は、Ｐｄ基板２３に製膜されたＣａＯ層５７の径と同等かそれよりも僅かに小さい径とされる。
孔部９４ａ内に貯留される水溶液としては、ＰｄＮＯ３水溶液が用いられる。
【００３５】
上記構成のＰｄ製膜装置８５は以下のように用いられる。
負極電極８７の電極板８９に対して、Ｐｄ基板２３を取り付ける。また、正極電極８８の孔部９４ａ内に、１ｍｍｏｌ／Ｌ〜１ｍｏｌ／Ｌ程度のＰｄＮＯ３水溶液を供給する。このときに、ＰｄＮＯ３水溶液９５の上部９５ａが上方に膨出し、収容部９４よりも上方に突出するまでＰｄＮＯ３水溶液を供給する。
そして、図示しない直流電源によって１Ｖ〜３Ｖ程度の電圧を電極８７，８８間に印可した状態で、負極電極８７と正極電極８８とを近付けて、Ｐｄ基板２３上に製膜したＣａＯ層５７とＰｄＮＯ３水溶液９５の上部９５ａとを接触させる。このとき、既に電圧が印可されているので、ＰｄＮＯ３水溶液９５がＣａＯ層５７に接触すると同時に電着（めっき）が進行する。電着によりＣａＯ層５７上にＰｄ層が製膜される。
所定時間経過後、電極８７，８８間を離間させ、電着を終了させる。
電着終了後、純水で洗浄して乾燥させる。
【００３６】
このようにしてＰｄ基板８１上にＣａＯ層とＰｄ層が交互に形成される。そして、ＣａＯ製膜装置７０によってＰｄ層上に更にＣａＯ層を製膜し、Ｐｄ製膜装置８５によってＣａＯ層上にさらにＰｄ層を製膜する。この工程を繰り返すことにより、ＣａＯ層とＰｄ層が所定回数繰り返された混合層２２（図４，図５等を参照）が形成されることになる。
【００３７】
上述したＣａＯ製膜装置７０およびＰｄ製膜装置８５を備えた凝集系構造物の製造装置によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態のＣａＯ製膜装置７０によれば、気密容器７２内にアルコキシドを導入する湿式法によりＣａＯ層を製膜することができるので、高い真空度を要求する真空容器を必要としない。したがって、簡便にＣａＯ層を形成することができるので、ＣａＯ層を備えた凝集系構造体を安価にかつ大量に製造することができる。
本実施形態のｐｄ製膜装置８５によれば、ＰｄＮＯ３水溶液９５が表面張力によって上方に膨出した状態で当該水溶液９５を正極電極８８の孔部９４ａに収容し、この膨出した頂部を対向する負極電極８７に設置されたＰｄ基板２３上のＣａＯ層５７に接触させることとしたので、Ｐｄ膜の製膜位置が容易に決定される。したがって、迅速に位置決めしてＰｄ膜を電着により製膜することができるので、凝集系構造体を安価にかつ大量に製造することができる。
また、ＣａＯ層は水に溶けやすいので、迅速に電着が開始することによりＰｄＮＯ３水溶液の水分中にＣａＯ層が溶出することがない。
また、ＰｄＮＯ３水溶液９５がＣａＯ層５７に接触すると同時に電着を開始することとしたので、水に溶けやすいＣａＯ層を劣化させることなくＰｄ層を製膜することができる。これにより、膜質に優れた混合層を形成することができる。
【００３８】
なお、図７に示したマスク８２に加えて、図９に示すようにＰｄ基板２３と電気接触する銅線９６を設けることとしても良い。この銅線９６によってマスク８２内のＰｄ基板２３とマスク８２外との電気的導通をとることができるので、図７に示したＣａＯ製膜装置７０によってＣａＯを製膜した後にマスク８２を取り外すことなく、図８に示したＰｄ製膜装置の負極電極８９に取り付けることができる。
また、図１０に示すように、Ｐｄ基板２３を金属板９７によって挟み込み電気的導通を得ることとしても良い。この場合、Ｐｄ基板２３の周囲はＰＴＦＥ等の絶縁性シール９８によって保護することが好ましい。
【００３９】
また、上記実施形態では、ＣａＯアルコキシドを用いてＣａＯ層を製膜する方法について説明したが、ＣａＯ層に代えて、Y2O3のアルコキシド（Y(OCH3)3）を用いて同様にY2O3層を製膜することとしても良い。Y2O3アルコキシドの加水分解の反応は下式の通りである。
2Y(OCH3)3+3H2O→Y2O3+6CH3OH
このようにして得られたY2O3層とＰｄ層とが交互に形成された混合層についても、凝集系核反応に用いられる凝集系構造物に好適に適用することができる（例えば特開２０００−２５８５７３号公報の段落［００１２］参照）。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の前提として用いられる核種変換方法の原理を説明する概略図である。
【図２】図１の核種変換方法にて使用される構造体を示す断面図である。
【図３】核種変換方法を実現する核種変換装置の構成図である。
【図４】図３に示す核種変換装置で使用する多層構造体を示す断面図である。
【図５】（ａ）は混合層の断面構成図であり、（ｂ）は混合層を含む構造体の断面図である。
【図６】構造体に核種変換を施す物質を添加する装置の概略構成図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかるＣａＯ製膜装置を示した概略構成図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかるＰｄ製膜装置を示した概略構成図である。
【図９】図７に示したマスクの変形例を示した縦断面図である。
【図１０】図７に示したマスクの他の変形例を示した縦断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
２２ 混合層
２３ Ｐｄ基板（基材）
７０ ＣａＯ製膜装置（凝集系構造体の製造装置）
７２ 気密容器（減圧容器）
８２ マスク
８５ Ｐｄ製膜装置（凝集系構造体の製造装置）
８７ 負極電極（一方の電極）
８８ 正極電極（他方の電極）
９５ ＰｄＮＯ３水溶液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＯ層又はY2O3層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を基材上に備えた凝集系構造体に対して核種変換を施す物質を接触させ、
前記凝集系構造体に対して重水素を流して、前記核種変換を施す物質に核反応を生じさせる凝集系核反応に用いる凝集系構造体の製造方法であって、
前記ＣａＯ層又はY2O3層は、前記基材を設置した減圧容器中にＣａＯのアルコキシドまたはY2O3のアルコキシドを導入した後に、水分を該減圧容器中に導入することによって前記基材上または前記Ｐｄ層上に製膜されることを特徴とする凝集系構造体の製造方法。
【請求項２】
ＣａＯ層又はY2O3層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を基材上に備えた凝集系構造体に対して核種変換を施す物質を接触させ、
前記凝集系構造体に対して重水素を流して、前記核種変換を施す物質に核反応を生じさせる凝集系核反応に用いる凝集系構造体の製造方法であって、
前記ＣａＯ層又はY2O3層が製膜された前記基材を一方の電極に設置し、
ＰｄＮＯ３水溶液が表面張力によって上方に膨出する状態でかつ他方の電極に接液する状態で該ＰｄＮＯ３水溶液を収容し、
前記電極間に所定電圧を印可した状態で前記ＣａＯ層又はY2O3層と前記ＰｄＮＯ３水溶液の膨出した頂部とを接触させることにより、前記Ｐｄ層を製膜することを特徴とする凝集系構造体の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の凝集系構造体の製造方法によって前記基材上に前記ＣａＯ層又はY2O3層を製膜した後に、請求項１記載の凝集系構造体の製造方法によって前記基材上に製膜された前記ＣａＯ層上又はY2O3層上に前記Ｐｄ層を製膜し、これら工程を繰り返すことによって前記混合層を形成することを特徴とする凝集系構造体の製造方法。
【請求項４】
ＣａＯ層又はY2O3層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を基材上に備えた凝集系構造体に対して核種変換を施す物質を接触させ、
前記凝集系構造体に対して重水素を流して、前記核種変換を施す物質に核反応を生じさせる凝集系核反応に用いる凝集系構造体の製造装置であって、
前記基材が設置されるとともに減圧可能とされた容器と、
該容器内にＣａＯのアルコキシド又はY2O3のアルコキシドが導入可能とされたアルコキシド供給手段と、
前記容器内に水分を含むガスが導入可能とされた水分供給手段とを備え、
前記基材を設置した前記容器中に前記アルコキシド供給手段からＣａＯのアルコキシド又はY2O3のアルコキシドを導入した後に、前記水分供給手段から水分を前記容器中に導入することによって、前記基材上または前記Ｐｄ層上に前記ＣａＯ層又はY2O3層が製膜されることを特徴とする凝集系構造体の製造装置。
【請求項５】
ＣａＯ層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を基材上に備えた凝集系構造体に対して核種変換を施す物質を接触させ、
前記凝集系構造体に対して重水素を流して、前記核種変換を施す物質に核反応を生じさせる凝集系核反応に用いる凝集系構造体の製造装置であって、
前記ＣａＯ層が製膜された前記基材が設置可能とされた一方の電極と、
ＰｄＮＯ３水溶液が表面張力によって上方に膨出する状態でかつ他方の電極部に接液する状態で該ＰｄＮＯ３水溶液を収容する他方の電極と、
前記電極間に所定電圧を印可する電源とを備え、
該電源によって前記電極間に所定電圧を印可した状態で、前記一方の電極と前記他方の電極とを接近させ、前記ＣａＯ層と前記ＰｄＮＯ３水溶液の膨出した頂部とを接触させることにより、前記Ｐｄ層を製膜することを特徴とする凝集系構造体の製造装置。
【請求項１】
ＣａＯ層又はY2O3層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を基材上に備えた凝集系構造体に対して核種変換を施す物質を接触させ、
前記凝集系構造体に対して重水素を流して、前記核種変換を施す物質に核反応を生じさせる凝集系核反応に用いる凝集系構造体の製造方法であって、
前記ＣａＯ層又はY2O3層は、前記基材を設置した減圧容器中にＣａＯのアルコキシドまたはY2O3のアルコキシドを導入した後に、水分を該減圧容器中に導入することによって前記基材上または前記Ｐｄ層上に製膜されることを特徴とする凝集系構造体の製造方法。
【請求項２】
ＣａＯ層又はY2O3層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を基材上に備えた凝集系構造体に対して核種変換を施す物質を接触させ、
前記凝集系構造体に対して重水素を流して、前記核種変換を施す物質に核反応を生じさせる凝集系核反応に用いる凝集系構造体の製造方法であって、
前記ＣａＯ層又はY2O3層が製膜された前記基材を一方の電極に設置し、
ＰｄＮＯ３水溶液が表面張力によって上方に膨出する状態でかつ他方の電極に接液する状態で該ＰｄＮＯ３水溶液を収容し、
前記電極間に所定電圧を印可した状態で前記ＣａＯ層又はY2O3層と前記ＰｄＮＯ３水溶液の膨出した頂部とを接触させることにより、前記Ｐｄ層を製膜することを特徴とする凝集系構造体の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の凝集系構造体の製造方法によって前記基材上に前記ＣａＯ層又はY2O3層を製膜した後に、請求項１記載の凝集系構造体の製造方法によって前記基材上に製膜された前記ＣａＯ層上又はY2O3層上に前記Ｐｄ層を製膜し、これら工程を繰り返すことによって前記混合層を形成することを特徴とする凝集系構造体の製造方法。
【請求項４】
ＣａＯ層又はY2O3層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を基材上に備えた凝集系構造体に対して核種変換を施す物質を接触させ、
前記凝集系構造体に対して重水素を流して、前記核種変換を施す物質に核反応を生じさせる凝集系核反応に用いる凝集系構造体の製造装置であって、
前記基材が設置されるとともに減圧可能とされた容器と、
該容器内にＣａＯのアルコキシド又はY2O3のアルコキシドが導入可能とされたアルコキシド供給手段と、
前記容器内に水分を含むガスが導入可能とされた水分供給手段とを備え、
前記基材を設置した前記容器中に前記アルコキシド供給手段からＣａＯのアルコキシド又はY2O3のアルコキシドを導入した後に、前記水分供給手段から水分を前記容器中に導入することによって、前記基材上または前記Ｐｄ層上に前記ＣａＯ層又はY2O3層が製膜されることを特徴とする凝集系構造体の製造装置。
【請求項５】
ＣａＯ層とＰｄ層とが交互に積層された混合層を基材上に備えた凝集系構造体に対して核種変換を施す物質を接触させ、
前記凝集系構造体に対して重水素を流して、前記核種変換を施す物質に核反応を生じさせる凝集系核反応に用いる凝集系構造体の製造装置であって、
前記ＣａＯ層が製膜された前記基材が設置可能とされた一方の電極と、
ＰｄＮＯ３水溶液が表面張力によって上方に膨出する状態でかつ他方の電極部に接液する状態で該ＰｄＮＯ３水溶液を収容する他方の電極と、
前記電極間に所定電圧を印可する電源とを備え、
該電源によって前記電極間に所定電圧を印可した状態で、前記一方の電極と前記他方の電極とを接近させ、前記ＣａＯ層と前記ＰｄＮＯ３水溶液の膨出した頂部とを接触させることにより、前記Ｐｄ層を製膜することを特徴とする凝集系構造体の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−２４９５５９（Ｐ２００８−２４９５５９Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９２５１７（Ｐ２００７−９２５１７）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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