專利名稱：高能光子向電力的轉(zhuǎn)換的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所描述的實(shí)施例一般地涉及光子能量轉(zhuǎn)換，并且更具體地，涉及便于能量從高能光子向電カ的轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
存在許多已知的將光學(xué)范圍內(nèi)的光子能量轉(zhuǎn)換成電カ的裝置，舉例來說諸如光伏電池(“太陽能電池”)。這些裝置通常由具有不同物理特性，諸如為不同電子親和勢(shì)(見P. WUerfel的“太陽能電池物理”，第一版，Wiley-VCH(2004))的至少兩種材料(即硅基半導(dǎo)體)構(gòu)成。當(dāng)所述材料中的一種被陽光照射時(shí)，太陽光子將光電子從價(jià)帶激發(fā)至導(dǎo)帶，這提供了電遷移。價(jià)帶與導(dǎo)帶之間的能隙通常為電子伏的量級(jí)，這與入射太陽光子的能量類似。具有不同電子親和勢(shì)的兩種材料的布置在材料邊界兩端引起電壓，該電壓可以被分接以得到電能。 然而，沒有已知的用于將來自在諸如XUV、X和伽馬射線的高能光子狀態(tài)下操作的光子的能量轉(zhuǎn)換成電カ的裝置。這樣的裝置可被用在廣泛的應(yīng)用中-例如，這樣的裝置可被用作能量轉(zhuǎn)換器，用于由舉例來說諸如乏裂變?nèi)剂习舻姆派湫圆牧习l(fā)射的、從舉例來說諸如爆炸物的爆震源發(fā)射的以及從高溫等離子體和加速粒子束發(fā)射的高能光子的轉(zhuǎn)換，并且這樣的裝置可被用作空間應(yīng)用中的裝置，作為電源、屏蔽等。提供這樣的裝置的困難源自于高能光子對(duì)于物質(zhì)的高穿透性，這是由于當(dāng)與可見光相比較時(shí)，這樣的光子與物質(zhì)少得多的交互，并且源自于這樣的事實(shí)即對(duì)于大多數(shù)材料，電子的平均自由程通常比高能光子的平均自由程短，兩者相差多個(gè)數(shù)量級(jí)。由于平均自由程的這種差異，從用于捕獲高能光子的材料中的原子發(fā)射的電子傾向于屈服于重新組合，而它們的能量在高能光子捕獲材料內(nèi)轉(zhuǎn)換成熱能。因此，理想的是提供便于能量從高能光子向電カ的轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本文所描述的實(shí)施例針對(duì)能量從高能光子向電カ的轉(zhuǎn)換。本文所提供的實(shí)施例的基本原理基于通過高能光子使電子從原子的射出(包括位于深處的內(nèi)殼層電子從高原子數(shù)(高Z)材料的原子的射出)。射出的電子攜載動(dòng)能，該動(dòng)能能夠?qū)е律涑龅碾娮酉蜓b置的不同區(qū)域遷移，在這些區(qū)域中，射出的電子的聚集能夠產(chǎn)生電勢(shì)，該電勢(shì)進(jìn)而能夠驅(qū)動(dòng)外部電路。所關(guān)注的光子譜包括處于不可見狀態(tài)的光子，所述不可見狀態(tài)包括但不限于XUV射線、X射線、伽馬射線等。本文所提供的系統(tǒng)和方法采用帶有不同原子電荷的一系列材料，以利用通過單個(gè)高能光子經(jīng)ー連串俄歇電子發(fā)射的大量電子發(fā)射。在一個(gè)實(shí)施例中，高能光子轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地包括由用于吸收高能光子并且發(fā)射電子的材料的第一多個(gè)層與用于吸收或收集電子的其他材料的第二多個(gè)層的組合制成的線性分層納米級(jí)晶圓。所述第二多個(gè)層的材料的原子電荷數(shù)不同于所述第一多個(gè)層的材料的原子電荷數(shù)。所述第一和第二多個(gè)層優(yōu)選地并排地(即面對(duì)面地)橫向?qū)盈B，介于彼此之間并且與高能光子的傳播方向成掠射角(淺角)定向。在另ー個(gè)實(shí)施例中，納米級(jí)的層以管狀或殼狀構(gòu)型被構(gòu)造。在還有另一個(gè)實(shí)施例中，所述層包括絕緣材料的第三多個(gè)層。本文所描述的系統(tǒng)和方法可在廣泛的應(yīng)用中被采用-從能量檢測(cè)和吸收到粒子加速器中的以及來自其他極熱物質(zhì)(諸如高溫等離子體)和/或發(fā)射大量高能光子的爆震源(諸如爆炸物)的高能光子的能量轉(zhuǎn)換、放射性核廢料(諸如乏裂變?nèi)剂习?的發(fā)射的能量捕獲以及空間應(yīng)用(諸如電源、屏蔽等)，以及本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地想到的其他應(yīng)用。在審閱了附圖和詳細(xì)說明之后，示例實(shí)施例的其他系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是或?qū)⒆兊蔑@而易見。


包括結(jié)構(gòu)和操作在內(nèi)的示例實(shí)施例的細(xì)節(jié)可通過對(duì)附圖的研究部分地得到，其中相似的參考標(biāo)號(hào)指示相似的部分。附圖中的組成部分并不一定按比例繪制，而是將重點(diǎn)放在示出本發(fā)明的原理上。另外，所有的示意都g在傳達(dá)概念，其中相対的尺寸、形狀及其他具體屬性可被示意性地示出，而不是實(shí)際上地或精確地示出。圖IA是線性分層納米級(jí)高能光子轉(zhuǎn)換器元件的示意圖。圖IB是備選的線性分層納米級(jí)高能光子轉(zhuǎn)換器元件的示意圖。圖IC是包括圖IA所示的線性分層納米級(jí)轉(zhuǎn)換器元件的陣列的高能光子轉(zhuǎn)換器的示意圖。圖ID是包括圖IB所示的線性分層納米級(jí)轉(zhuǎn)換器元件的陣列的高能光子轉(zhuǎn)換器的示意圖。圖IE是高能光子轉(zhuǎn)換器電路的示意圖。圖IF是與包括負(fù)載的外部電路耦合的備選的高能光子轉(zhuǎn)換器電路的示意圖。圖2A是圓柱形分層納米級(jí)高能光子轉(zhuǎn)換器元件的透視圖。圖2B是備選的圓柱形分層納米級(jí)高能光子轉(zhuǎn)換器元件的透視圖。圖2C是包括圖2A所示的圓柱形分層納米級(jí)轉(zhuǎn)換器元件的陣列的高能光子轉(zhuǎn)換器的透視圖。圖2D是包括圖2B所示的圓柱形分層納米級(jí)轉(zhuǎn)換器元件的陣列的高能光子轉(zhuǎn)換器的端視圖。圖2E、圖2F和圖2G是具有備選的幾何構(gòu)型的高能光子轉(zhuǎn)換器的端視圖。圖3是示出入射高能光子V的傳播特性以及通過入射高能光子V使其從材料層中的它們的原子射出的電子的遷移特性的圖。圖4A是包括多個(gè)線性層疊的層的轉(zhuǎn)換器片的示意圖。圖4B是包括多個(gè)線性層疊的層的轉(zhuǎn)換器片的透視圖。圖5是示出沿相容表面布置的在圖4A和圖4B中所描繪的片的組件的示意圖，所述相容表面攔截從光子通量源發(fā)射的光子通量并且與其大體上垂直。圖6A、圖6B和圖6C是示出沿相容表面布置的在圖4A和圖4B中所描繪的片的組件的示意圖，所述相容表面攔截從光子通量源發(fā)射的光子通量并且與其大體上垂直。應(yīng)注意的是，具有類似結(jié)構(gòu)或功能的元件通常為了示意的目的而貫穿所有附圖用相似的參考標(biāo)號(hào)來表示。還應(yīng)注意的是，附圖僅g在便于對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的說明。
具體實(shí)施例方式下面所公開的附加特征和示教中的每ー個(gè)都可以單獨(dú)地或者與其他特征和示教相結(jié)合地被采用，以產(chǎn)生便于能量從高能光子向電カ的轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)和方法?，F(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的代表性的示例，這些示例既單獨(dú)地也組合地采用這些附加特征和示教中的多個(gè)。這種詳細(xì)的說明僅g在向本領(lǐng)域的技術(shù)人員示教用于實(shí)踐本示教的優(yōu)選方面的進(jìn)ー步的細(xì)節(jié)，而不是g在限制本發(fā)明的范圍。因此，在下面的詳細(xì)說明中公開的特征和步驟的組合對(duì)于在最廣泛的意義上實(shí)踐本發(fā)明可能不是必需的，而是僅被示教以具體地描述本示教的代表性的示例。另外，代表性的示例和從屬權(quán)利要求的各種特征可以不被具體和明確地列舉的方 式來組合，以便提供本示教的附加的有用實(shí)施例。此外，要明確指出的是，在說明書和/或權(quán)利要求中公開的所有特征g在被単獨(dú)地并且彼此獨(dú)立地公開，用于原始公開的目的以及用于獨(dú)立于實(shí)施例和/或權(quán)利要求中的特征的構(gòu)成來限制要求保護(hù)的主題的目的。還要明確指出的是，所有值范圍或?qū)?shí)體集合的指示公開了每個(gè)可能的中間值或中間實(shí)體，用于原始公開的目的以及用于限制要求保護(hù)的主題的目的。本文所描述的實(shí)施例針對(duì)能量從高能光子(舉例來說諸如能量?jī)?yōu)選地在大約100eV或更大的范圍內(nèi)的光子)向電カ的轉(zhuǎn)換。實(shí)施例的基本原理基于通過高能光子使電子從原子的射出(包括位于深處的內(nèi)殼層電子從高原子數(shù)(高の材料的原子的射出)。射出的電子攜載動(dòng)能，該動(dòng)能能夠?qū)е律涑龅碾娮酉蜓b置的不同區(qū)域遷移，在這些區(qū)域中，射出的電子的聚集能夠產(chǎn)生電勢(shì)，該電勢(shì)能夠被分接以驅(qū)動(dòng)外部電路。所關(guān)注的光子譜包括優(yōu)選地處于不可見狀態(tài)的光子，所述不可見狀態(tài)包括但不限于XUV射線、X射線、伽馬射線等。這樣的光子的能量比處于可見狀態(tài)的光子的能量大若干數(shù)量級(jí)，并且因此，用于熱化的裕度也大得多(熱卡諾系數(shù)接近一)。由于高入射光子能量，一般為100 eV或更高，所以與諸如光電裝置(例如太陽能電池)的其他標(biāo)準(zhǔn)光子能量轉(zhuǎn)換器或基于熱電效應(yīng)(例如塞貝克效應(yīng))的裝置相比，本文所描述的系統(tǒng)和方法能夠?qū)崿F(xiàn)異常高效率的能量轉(zhuǎn)換。如下面更詳細(xì)地討論的那樣，用于控制這種可能很高的増益的系統(tǒng)和方法將高能光子的能量有效地引導(dǎo)成適當(dāng)形式的電能，該電能進(jìn)而能夠被分接以驅(qū)動(dòng)外部電路，并且因此覆蓋廣泛的應(yīng)用，包括其中存在強(qiáng)磁場(chǎng)(使得電子動(dòng)態(tài)由跨磁場(chǎng)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)表征)的那些應(yīng)用。結(jié)果，本文所描述的系統(tǒng)和方法可在廣泛的應(yīng)用中被采用-從能量檢測(cè)和吸收到粒子加速器中的高能光子的能量轉(zhuǎn)換、來自其他極熱物質(zhì)(諸如高溫等離子體)和/或發(fā)射大量高能光子的爆震源(諸如爆炸物)的高能光子的直接能量轉(zhuǎn)換、放射性核廢料(諸如乏裂變?nèi)剂习?的發(fā)射的能量捕獲以及空間應(yīng)用(諸如電源、屏蔽等)，以及本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地想到的其他應(yīng)用。本文所描述的系統(tǒng)和方法利用帶有不同原子電荷的材料的一系列層，以利用通過單個(gè)高能光子經(jīng)ー連串俄歇電子發(fā)射的大量電子發(fā)射。在一個(gè)實(shí)施例中，高能光子轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地包括由用于吸收高能光子并且發(fā)射電子的材料的第一多個(gè)層與用于吸收或收集從第一多個(gè)層發(fā)射的電子的其他材料的第二多個(gè)層的組合制成的線性分層納米級(jí)晶圓。第二多個(gè)層的材料的原子電荷數(shù)不同于第一多個(gè)層的材料的原子電荷數(shù)。在另ー個(gè)實(shí)施例中，納米級(jí)的層以管狀或殼狀構(gòu)型被構(gòu)造。納米級(jí)的層便于光電子與供電子原子的分離。采用這些結(jié)構(gòu)，結(jié)果得到的轉(zhuǎn)換器可以減少入射在材料上的功率通量，否則材料將直接暴露于高能光子，由此減少這些材料的受熱量并且還可以改善材料的劣化，否則材料要經(jīng)受嚴(yán)重的高能光子輻照損害。詳細(xì)地參照附圖，用于以高效率進(jìn)行從高能光子向電カ的能量轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)和方法被示出。為了前述討論的目的，假設(shè)ー個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器裝置被嵌入在能夠決定性地影響電子軌道的強(qiáng)磁場(chǎng)中。然而，如將從下文顯而易見的是，根據(jù)裝置的特征長(zhǎng)度尺度，電子軌道特性最少地受磁場(chǎng)(其具有實(shí)際可獲得的強(qiáng)度)影響，使得所述實(shí)施例可等同地適用于其中存在很小的磁場(chǎng)或者不存在磁場(chǎng)的應(yīng)用，諸如乏裂變?nèi)剂习魬?yīng)用。參照?qǐng)DIA至圖1F，具有線性結(jié)構(gòu)的光子能量轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例被示出。如在圖IA中所描繪的那樣，具有線性結(jié)構(gòu)的光子能量轉(zhuǎn)換器的最基本的構(gòu)件或轉(zhuǎn)換器元件10由A型材料的第一層12構(gòu)成，A型材料的第一層12具有第一原子數(shù)Z1并且優(yōu)選地包括高原子數(shù) 成分，舉例來說諸如耐火的金屬或金屬氧化物。第一層12優(yōu)選地夾在兩個(gè)B型材料的層14之間，B型材料的層14具有不同于A型材料的第一層12的原子數(shù)的第二原子數(shù)Z2并且優(yōu)選地包括這樣的金屬即典型地，該金屬優(yōu)選地由比A型材料的第一層12的原子數(shù)低的原子數(shù)表征(即Z2U1)。如在IB中所描繪的那樣，基本構(gòu)件10可選地能夠通過C型材料的絕緣層16的添加來加強(qiáng)。A型、B型和C型材料的示例性集合可包括但不限于A=鎢(W)，B=招(Al) ,C=諸如Si02的絕緣材料。備選地,絕緣層可以僅是自由流動(dòng)的氦氣，其還能充當(dāng)冷卻剤。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易地想到，可用與本發(fā)明的精神相一致的其他材料來代替。在圖IC和圖ID所描繪的優(yōu)選實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器11和13包括一連串的基本構(gòu)件或基本構(gòu)件的陣列，這些基本構(gòu)件并排地(即面對(duì)面地)橫向?qū)盈B，直至光子在所有A型層12中花費(fèi)的理論最大總光程長(zhǎng)度與要被A型材料吸收的高能光子V的平均自由程相當(dāng)或大于其。如在圖IC和圖ID中所描繪的那樣，ー個(gè)或多個(gè)B型材料的層14介于相鄰的A型材料的層12之間，并且可選地，C型絕緣材料的層16介于相鄰的B型材料的層14之間。并排地層疊構(gòu)件或轉(zhuǎn)換器元件10為總體結(jié)構(gòu)提供了良好地適于有效適應(yīng)由在A型材料中被吸收的高能光子V所引起的電子發(fā)射的幾何形狀。如在圖3中所描繪的那樣，由于光子E的極化垂直于光子V的傳播方向，所以射出的電子e-的方向主要在平面P6內(nèi)(其中適當(dāng)衰變的角分布離開該平面，但峰值在該平面上)，平面匕垂直于光子V的傳播方向(但是這樣的平面包含光子V的極化)。如在圖IA和圖IB中所描繪的那樣，轉(zhuǎn)換器元件10的層12和14沿這樣的方向并排地層疊即該方向使得層之間的邊界表面的法向矢量大體上與光子V的傳播方向正交。在下文所描述的ー個(gè)優(yōu)選構(gòu)型中，層之間的邊界表面能夠被對(duì)準(zhǔn)為與入射高能光子V的傳播方向成掠射角(淺角)。結(jié)果，通過入射高能光子V在A型材料的層12內(nèi)從它們的原子射出的電子能夠大體上正交地遷移到相鄰的B型材料的層14中。每個(gè)實(shí)施例及其任何變型的原理的核心是要求發(fā)射的光電子不在A型材料的層12中被捕獲和/或吸收，而是在B型材料的層14中被吸收。為了確保射出的電子廣不在A型材料的層12內(nèi)被捕獲并且增加射出的電子e_從A型材料的層12逃逸或遷移到B型材料的層14中的可能性，每個(gè)A型材料的層12的厚度ら優(yōu)選地小于電子在這樣的A型材
料中的平均自由程的長(zhǎng)度或者與其相當(dāng)。每個(gè)B型材料的層14的厚度弋優(yōu)選地大于電子在B型材料中的平均自由程的長(zhǎng)度或者與其相當(dāng)。優(yōu)選地，這些實(shí)施例的層的納米級(jí)布置反映了下列內(nèi)在物理原理即A型材料中的電子平均自由程も(Z1)與B型材料中的電子平
均自由程久( )差別不是非常大，而同時(shí)A型材料中的光子平均自由程比B型材料中的光
子平均自由程小得多，即ら(Z1) ^p(Z2) 0例如，對(duì)于100 keV的入射光子，用于這些系統(tǒng)的典型層厚度尺寸包括A型材料的も等于大約I nm，而B型材料的p等于大約100 nm，其中可選的C型材料的p被調(diào)節(jié)為 在必要的情況下防止在相鄰的層之間形成電弧。對(duì)于高達(dá)10 T的磁場(chǎng)B，這些尺寸小于電子的回轉(zhuǎn)半徑 。因此，根據(jù)這些長(zhǎng)度尺度，電子不被磁化，但它們的動(dòng)態(tài)主要處于碰撞狀態(tài)。結(jié)果，上述轉(zhuǎn)換器元件10或轉(zhuǎn)換器11和13也適用于不存在磁場(chǎng)或磁場(chǎng)小得可忽略的應(yīng)用。通過入射高能光子V而從A型材料的層12內(nèi)的原子射出的電子e_向相鄰的B型材料的層14的遷移導(dǎo)致電荷的聚集并且最終在A型材料的層12與B型材料的層14之間產(chǎn)生電勢(shì)。參照?qǐng)DIE和圖1F，所有A型層12和B型層14都與電路連接，使得每個(gè)A型層12和每個(gè)B型層14均充當(dāng)単獨(dú)的電極。如對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的那樣，存在幾乎無限數(shù)量的選擇和備選方案用于以并聯(lián)或串聯(lián)的方式連接層或?qū)蛹?。這樣的電路的最佳布置有利地為結(jié)果是應(yīng)用可決定的。例如，単獨(dú)的層12和層14能夠以這樣的方式連接，即由此每個(gè)A型材料的層12如在圖IE中所描繪的那樣連接于最近的B型材料的層14中的ー個(gè)；或者，每個(gè)A型材料的層12能夠如在圖IF中所描繪的那樣連接于由C型材料的絕緣層16將其與該A型材料的層12分開的最近的B型材料的層14中的ー個(gè)。在這些構(gòu)型中，電耦合的層有效地形成納米電池，并且自發(fā)形成的電勢(shì)差與遷移電子的動(dòng)能相當(dāng)?？捎糜隍?qū)動(dòng)負(fù)載的總電壓等于單獨(dú)的納米電池單元15的電壓或納米電池單元17和19的串聯(lián)的總和。如在圖IF中所描繪的那樣，包括負(fù)載22的外部電路20與納米電池單元17和19耦合，所述納米電池單元17和19被描繪為串聯(lián)耦合，但也可并聯(lián)耦合。負(fù)載22可包括電可驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)或部件、能量存儲(chǔ)系統(tǒng)、電網(wǎng)等。備選地，通過調(diào)節(jié)電極層12與14之間的電路的負(fù)載電阻，能夠從外部控制穩(wěn)態(tài)電壓，并且能夠相應(yīng)地調(diào)節(jié)絕緣層16的厚度尺寸。在另ー個(gè)實(shí)施例中，基本構(gòu)件包括圓柱形管體或殼體構(gòu)型。如圖2A所示，圓柱形轉(zhuǎn)換器元件Iio包括A型材料的圓柱形芯體112，該圓柱形芯體112被B型材料的圓柱形管體或殼體114包圍。如在圖2B中所描繪的那樣，可選地用C型材料的絕緣殼體116包圍每個(gè)B型材料的殼體114同樣是有可能的。在這個(gè)圓柱形構(gòu)型中，相同的尺寸規(guī)則適用于各種厚度，即A型材料的圓柱形芯體112的半徑小于A型材料中的電子平均自由程的大約ー半或者與其相當(dāng)，即大約久(Z1) /2，而B型材料的殼體114的厚度與B型材料中的電子平均自由程相當(dāng)，即大約I(Z2)。轉(zhuǎn)換器元件110的圓柱形管體或殼體布置的優(yōu)點(diǎn)是其在捕獲發(fā)射的電子時(shí)所提供的更高的效率，這是因?yàn)殡娮釉谡麄€(gè)360°的方位角范圍內(nèi)以相等的概率被發(fā)射。如在圖3中所描繪的并且如上文所描述的那樣，電子主要在平面Pe (其中適當(dāng)衰變的角度分布離開該平面，但是峰值出現(xiàn)在該平面上)內(nèi)沿垂直于光子V的傳播方向并且平行于光子的極化(E )的方向被射出。取決于光子的極化角度，射出的電子e_能夠在圍繞360°方位角的任何地方被定向，并且在這樣的情況下，與在圖IA至圖IF中所描繪的線性構(gòu)型相比，單元的圓柱形布置在B型材料中引起更高的電子捕獲并且有效地導(dǎo)致更高的電子捕獲效率。與上述線性幾何形狀轉(zhuǎn)換器類似，圓柱形構(gòu)件110被集束以形成符合與線性幾何形狀轉(zhuǎn)換器相同的物理尺寸約束的總結(jié)構(gòu)。作為示例，在圖2C中描繪了ー種具體的層疊布置111。備選地，如在圖2D中所描繪的那樣，在另一種層疊布置113中，絕緣材料116能夠填充相鄰的轉(zhuǎn)換器元件或単元110之間的空隙空間。這樣的空隙空間還能夠被用作 使諸如加壓氦氣的氣體冷卻劑循環(huán)的導(dǎo)管。由于He對(duì)光子的吸收對(duì)于所關(guān)注的光子能量是可忽略不計(jì)的，這形成了有效的冷卻手段。電連接同樣與線性幾何形狀構(gòu)型類似，并且同樣地在連接構(gòu)件110的層或殼體112和114方面提供了許多不同的選擇。在圖2E、圖2F和圖2G中示出了備選的幾何形狀構(gòu)型。圖2E示出了交錯(cuò)的線性層疊分層布置，其中A型材料的層112被偏移以定位成與B型材料的層114相鄰。圖2F示出了多個(gè)A型材料的芯體112，所述芯體112被B型材料包圍，所述B型材料填充了芯體112之間的空隙空間114。盡管示出為正方形，但芯體112可以是圓形、橢圓形等等。除了芯體112和殼體層114為正方形之外，圖2G與圖2D中的構(gòu)型類似。在這些情況下，元件112、114和116的尺寸設(shè)定符合在圖IA至圖IC以及圖2A至圖2D中所討論的相同約束。各正方形邊緣處的電子動(dòng)態(tài)不同，但除了這些邊緣效應(yīng)之外，其他物理特性與圓柱形的情況大體上類似。任一種幾何形狀中的基本構(gòu)件如上所述為由多達(dá)三種類型的材料構(gòu)成，其均適于自發(fā)產(chǎn)生電子與已被高能光子離子化的供電子原子的原始位置的分離。這又導(dǎo)致電壓在層之間和/或在可選的絕緣體兩端產(chǎn)生。如上所述，這樣的布置能夠與電路電連接以進(jìn)行電氣作業(yè)或從轉(zhuǎn)換器傳送電力。作為進(jìn)ー步的變型，應(yīng)注意的是，還可在這些層之間施加外部電壓(偏置電壓)，這提供了對(duì)電氣特性的進(jìn)ー步控制并且使跨所述層中的任何ー個(gè)形成電弧的可能性最小。參照?qǐng)D4A和圖4B，為了使暴露于輻射的表面面積最大化以確保入射高能光子v被A型材料的層212捕獲并且不是僅穿過B型材料的層214，轉(zhuǎn)換器片或單元200的層疊的A型材料的層212和B型材料的層214以及可選的C型絕緣材料的層216優(yōu)選地與入射高能光子V的傳播方向成掠射角(淺角)Θ傾斜，該角度Θ例如可以是大約1/100弧度的量級(jí)。使轉(zhuǎn)換器片200傾斜還確保了被轟擊的A型材料的充分冷卻并且使每個(gè)單獨(dú)的A型材料的層212的厚度最小化(相對(duì)于電子的平均自由程)以及使整個(gè)轉(zhuǎn)換器組件中的所有A型材料的層212的總有效厚度最小化。使轉(zhuǎn)換器片200以掠射角傾斜還使得電子主要地垂直于A型材料的表面被射出。這還使每個(gè)片200的重復(fù)層的必要數(shù)量減小為原來的大約I/ Θ，這是因?yàn)榕c其中片200的表面的定向角φ被組織成與入射高能光子V的傳播方向正交的情況相比，A型材料中的傳輸距離被提高了相同倍數(shù)。這還使電子向相鄰的B型材料的層的逃逸最大化。在備選實(shí)施例中，在圖4Α和圖4Β中所描繪的轉(zhuǎn)換器片200包括并排地層疊并且以掠射角Θ傾斜的多個(gè)圓柱形轉(zhuǎn)換器元件110 (在圖2Α和圖2Β中被示出)。參照?qǐng)D4Β，為了有效地吸收能量為大約100 keV的量級(jí)的大多數(shù)高能光子，裝置的高度H需要沿占主導(dǎo)地位的光子傳播的基本方向延伸為大約I厘米(I cm)的長(zhǎng)度量級(jí)。這是由于希望通過具有足夠的總厚度的A型材料沿光子傳播方向攔截整個(gè)光子通量。由于
每個(gè)B型材料的層的厚度通常比每個(gè)A型材料的層的厚度大得多(も〈くら)，所以投影到
光子通量方向上的構(gòu)件的完整層疊的總高度H需要比具體的光子在A型材料中的平均自由 程大得多，以確保高能光子在大于它們?cè)谶@樣的材料中的平均自由程的總距離上與A型材料相遇。因此，構(gòu)件的完整層疊的高度應(yīng)超過光子在A型材料中的平均自由程并且至少是
其ら/む倍，或者在包括絕緣層的情況下，至少是其(ら+ら)/も倍。如上所述，總體布置還在轉(zhuǎn)換器材料通過光子吸收以及隨后的電子加熱而受熱時(shí)提供了對(duì)轉(zhuǎn)換器材料的有效冷卻。如在圖4A中所描繪的那樣，由于與以垂直于入射光子通量的方向的定向角Φ對(duì)層疊進(jìn)行分層的簡(jiǎn)單布置相比，本實(shí)施例中的總表面面積被增大I/Θ，因此便于冷卻。使加壓氣體冷卻劑流過構(gòu)建在結(jié)構(gòu)中的管道或者僅將層疊連接于散熱裝置也是有可能的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易地想到，可存在許多其他方式來加強(qiáng)冷卻并且具體的實(shí)現(xiàn)將由特定的應(yīng)用決定。如在圖5中所描繪的那樣，轉(zhuǎn)換器片200的組件220能夠沿相容表面230布置，該相容表面230攔截從給定的光子通量源240發(fā)射的光子通量242并且與其大體上垂直。這種構(gòu)型為可能需要(或者獲益于)從發(fā)射的光子通量的能量產(chǎn)生的廣泛應(yīng)用提供了靈活性和適應(yīng)性。在圖6A、圖6B和圖6C中描繪了典型應(yīng)用的總體幾何形狀的其他示例。圖6A示出了等離子體約束系統(tǒng)300，其包括具有表面334的圓柱形腔室330，表面334攔截從示出為熱等離子體的光子通量源340發(fā)射的光子通量342并且與其大體上垂直。約束系統(tǒng)300還包括沿圓柱形腔室330定位的磁場(chǎng)發(fā)生器332和沿腔室330的表面334固定的轉(zhuǎn)換器片200的陣列332。所述片中的每ー個(gè)都與光子通量342的入射高能光子v的傳播方向成掠射角定向。圖6B示出了約束系統(tǒng)400，其包括具有表面434的圓柱形容器430，表面434攔截從示出為熱等離子體或乏裂變?nèi)剂习舻墓庾油吭?40發(fā)射的光子通量442并且與其大體上垂直。約束系統(tǒng)400還包括圍繞容器430的表面434固定的轉(zhuǎn)換器片200的陣列432。所述片中的每ー個(gè)都與光子通量442的入射高能光子V的傳播方向成掠射角定向。圖6C示出了粒子加速系統(tǒng)500，其包括具有表面534的圓柱形管體530，表面534攔截從示出為加速粒子束的光子通量源540發(fā)射的光子通量542并且與其大體上垂直。加速系統(tǒng)500還包括沿圓柱形管體530定位的磁場(chǎng)發(fā)生器532和沿管體530的表面534固定的轉(zhuǎn)換器片200的陣列532。所述片中的每ー個(gè)都與光子通量542的入射高能光子v的傳播方向成掠射角定向。在每種情況下，發(fā)射的高能光子都在大于它們?cè)贏型材料中的平均自由程的總距離上與這樣的材料A相遇。這確保了它們被A型層內(nèi)的原子適當(dāng)?shù)匚詹⑶掖_保了光子流向電子流的最終被放大的轉(zhuǎn)換。在通量發(fā)射塊周圍，A型材料密集地覆蓋所有暴露于高能光子通量的表面面積，而同時(shí)允許冷卻和電氣連接。應(yīng)注意的是，根據(jù)本文所提供的實(shí)施例，多個(gè)電子由于高能光子的吸收而從A型材料中的特定原子被發(fā)射。這是因?yàn)閺奶囟ǖ纳顚与娮觾?nèi)殼層狀態(tài)擊出的電子產(chǎn)生了空缺，該空缺迅速地被俄歇過程填充，該俄歇過程又觸發(fā)了第二和第三俄歇過程，或者ー連串過程。此外，第二光子再發(fā)射能夠在相鄰的原子中進(jìn)ー步觸發(fā)這樣的過程。相應(yīng)地，ー個(gè)光子原則上能夠觸發(fā)大約100個(gè)電子(有時(shí)候更多)的總發(fā)射。因此，這種多次電離提供了雙重益處。首先，其起到使每個(gè)原始入射光子的電子量倍增為原來的100至1，000倍的作用，這導(dǎo)致了高電流放大率。其次，其起到使電子能量從幾十keV減少到僅幾十eV的作用。因此，所產(chǎn)生的電壓相對(duì)于擊穿方面的擔(dān)憂是可管理的。這提供了光子能量向電カ(其電荷和電流)的增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換，同時(shí)其還使目標(biāo)的受熱最小化。實(shí)際上，該系統(tǒng)通過從位于光子源旁邊的材料移除大部分的沉積光子能量(通過電能)而被用作有效的冷卻裝置，并且容易地將轉(zhuǎn)換的能量輸送到不在輻射附近的遠(yuǎn)處位置。
然而，本文所提供的示例實(shí)施例僅g在作為示意性的示例而不是以任何方式進(jìn)行限制。另外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到，類似系統(tǒng)能夠通過參數(shù)的適當(dāng)修正而等同地適用于不同能量的光子。在前述說明書中，已參照本發(fā)明的具體實(shí)施例對(duì)其進(jìn)行了描述。然而，將顯而易見的是，可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修正和改變而不背離本發(fā)明的更廣義的精神和范圍。例如，讀者應(yīng)理解，除非另有說明，否則在本文所描述的過程流圖中示出的過程動(dòng)作的特定順序和組合僅是示意性的，并且可使用不同的或附加的過程動(dòng)作或者過程動(dòng)作的不同組合或順序來執(zhí)行本發(fā)明。作為另ー個(gè)示例，一個(gè)實(shí)施例的每個(gè)特征能夠與在其他實(shí)施例中示出的其他特征混合和匹配。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的特征和過程可類似地根據(jù)需要被結(jié)合。另外地并且明顯地，可根據(jù)需要添加或減去特征。相應(yīng)地，除了根據(jù)所附權(quán)利要求及其等同內(nèi)容之外，本發(fā)明不受限制。
權(quán)利要求
1.一種用于將高能光子發(fā)射轉(zhuǎn)換成電能的高能光子能量轉(zhuǎn)換器，其包括 第一材料層，其吸收高能光子并且發(fā)射通過在所述第一材料層中被吸收的高能光子而從所述第一材料層中的原子射出的電子，所述第一層的厚度小于射出的電子在所述第ー材料層中的平均自由程的長(zhǎng)度；以及 第二材料層，其收集從所述第一材料層發(fā)射的電子并且與所述第一材料層電耦合，所述第二材料層的厚度大于從所述第一材料層發(fā)射的電子在所述第二材料層中的平均自由程的長(zhǎng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)換器，其還包括與所述第二材料層耦合的第三材料層，所述第三材料層包括絕緣材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一和第二層面對(duì)面地層疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一材料層被構(gòu)造成圓柱形芯體，而所述第二材料層被構(gòu)造成圍繞所述圓柱形芯體設(shè)置的圓柱形殼體，其中所述圓柱形芯體的半徑小于射出的電子在所述第一材料中的平均自由程的長(zhǎng)度的1/2。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)換器，其還包括第三絕緣材料層，所述第三絕緣材料層被構(gòu)造成圍繞所述第二材料層的圓柱形殼體設(shè)置的圓柱形殼體。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一材料層包括高原子電荷數(shù)成分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述高原子電荷數(shù)成分是耐火的金屬或金屬氧化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述高原子電荷數(shù)成分是鎢。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第二材料層的原子電荷數(shù)不同于所述第一材料層的原子電荷數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至8所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第二材料層的原子電荷數(shù)低于所述第一材料層的原子電荷數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第二材料層是金屬。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述金屬是鋁。
13.根據(jù)權(quán)利要求2和5所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第三材料層是Si02。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一材料層夾在所述第二材料層與第三材料層之間，所述第三材料層包括與所述第二材料層相同的材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求I至14所述的轉(zhuǎn)換器，其中可被所述第一材料層吸收的高能光子的能量在大約100 eV或更大的范圍內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求I至14所述的轉(zhuǎn)換器，其中可被所述第一材料層吸收的高能光子包括x、xuv或伽馬射線。
17.根據(jù)權(quán)利要求I至16所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一和第二材料層與具有負(fù)載的電路奉禹合。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述負(fù)載是電可驅(qū)動(dòng)的部件、電カ存儲(chǔ)系統(tǒng)或電網(wǎng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求I至18所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一和第二材料層可與攔截從光子通量源發(fā)射的光子通量并且與其傳播方向大體上垂直的表面耦合，并且其中所述第一和第ニ層中的每個(gè)層均與所述光子通量的傳播方向成掠射角定向。
20.一種用于將高能光子發(fā)射轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換器，其包括 第一材料的第一多個(gè)層，其吸收高能光子并且發(fā)射通過在所述第一材料中被吸收的高能光子而從所述第一材料中的原子射出的電子，所述第一多個(gè)層中的每個(gè)層的厚度小于射出的電子在所述第一材料中的平均自由程的長(zhǎng)度；以及 第二材料的第二多個(gè)層，其收集從所述第一材料的第一多個(gè)層發(fā)射的電子并且與所述第一材料的第一多個(gè)層電耦合，所述第二材料的第二多個(gè)層中的每個(gè)層的厚度大于從所述第一材料的第一多個(gè)層發(fā)射的電子在所述第二材料中的平均自由程的長(zhǎng)度，其中所述第二材料的第二多個(gè)層中的一個(gè)或多個(gè)層介于所述第一材料的第一多個(gè)層中的相鄰層之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的轉(zhuǎn)換器，其還包括第三材料的第三多個(gè)層，所述第三多個(gè)層中的每個(gè)層介于所述第二材料的第二多個(gè)層中的所述ー個(gè)或多個(gè)層中的相鄰層之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一和第二多個(gè)層面對(duì)面地層疊。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一材料的第一多個(gè)層中的每個(gè)層被構(gòu)造成圓柱形芯體，而所述第二材料的第二多個(gè)層中的每個(gè)層被構(gòu)造成圍繞所述第一材料的圓柱形芯體同中心地設(shè)置的圓柱形殼體，其中所述圓柱形芯體的半徑小于射出的電子在所述第一材料中的平均自由程的長(zhǎng)度的1/2。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的轉(zhuǎn)換器，其還包括第三絕緣材料的第三多個(gè)層，其被構(gòu)造成圍繞所述第二材料的圓柱形殼體同中心地設(shè)置的圓柱形殼體。
25.根據(jù)權(quán)利要求20至24所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一材料包括高原子電荷數(shù)成分。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述高原子電荷數(shù)成分是耐火的金屬或金屬氧化物。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述高原子電荷數(shù)成分是鎢。
28.根據(jù)權(quán)利要求20至27所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第二材料的原子電荷數(shù)不同于所述第一材料的原子電荷數(shù)。
29.根據(jù)權(quán)利要求20至27所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第二材料的原子電荷數(shù)低于所述第一材料的原子電荷數(shù)。
30.根據(jù)權(quán)利要求20至29所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第二材料是金屬。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述金屬是鋁。
32.根據(jù)權(quán)利要求21至24所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第三材料是Si02。
33.根據(jù)權(quán)利要求20所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一材料的第一多個(gè)層中的每個(gè)層夾在所述第二材料的第二多個(gè)層中的兩個(gè)層之間。
34.根據(jù)權(quán)利要求20至33所述的轉(zhuǎn)換器，其中可被所述第一材料吸收的高能光子的能量在大約100 eV或更大的范圍內(nèi)。
35.根據(jù)權(quán)利要求20至33所述的轉(zhuǎn)換器，其中可被所述第一材料層吸收的高能光子包括x、xuv或伽馬射線。
36.根據(jù)權(quán)利要求20至35所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一和第二多個(gè)層與具有負(fù)載的電路奉禹合。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述負(fù)載是電可驅(qū)動(dòng)的部件、電カ存儲(chǔ)系統(tǒng)或電網(wǎng)。
38.根據(jù)權(quán)利要求20至37所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一和第二多個(gè)材料層可與攔截從光子通量源發(fā)射的光子通量并且與其傳播方向大體上垂直的表面耦合，并且其中所述第一和第二多個(gè)層中的每個(gè)層均與所述光子通量的傳播方向成掠射角定向。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述第一材料的第一多個(gè)層中的每個(gè)層被構(gòu)造成圓柱形芯體，而所述第二材料的第二多個(gè)層中的每個(gè)層被構(gòu)造成圍繞所述第一材料的圓柱形芯體同中心地設(shè)置的圓柱形殼體，其中所述圓柱形芯體的半徑小于射出的電子在所述第一材料中的平均自由程的長(zhǎng)度的1/2。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的轉(zhuǎn)換器，其還包括第三絕緣材料的第三多個(gè)層，其被構(gòu)造成圍繞所述第二材料的圓柱形殼體同中心地設(shè)置的圓柱形殼體。
41.根據(jù)權(quán)利要求38至40所述的轉(zhuǎn)換器，其中沿所述光子通量的傳播方向測(cè)得的所述第一材料的第一多個(gè)層的總厚度大于所述光子通量中的光子在所述第一材料中的平均自由程的長(zhǎng)度。
42.一種用于將高能光子發(fā)射轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其包括 壁，所述壁圍繞光子通量源并且具有攔截從所述光子通量源發(fā)射的光子通量并且與其傳播方向大體上垂直的表面；以及 覆蓋所述壁的所述表面的多個(gè)轉(zhuǎn)換器片，每個(gè)轉(zhuǎn)換器片包括 第一材料的第一多個(gè)層，其吸收高能光子并且發(fā)射通過在所述第一材料中被吸收的高能光子而從所述第一材料中的原子射出的電子，所述第一多個(gè)層中的每個(gè)層的厚度小于射出的電子在所述第一材料中的平均自由程的長(zhǎng)度；以及 第二材料的第二多個(gè)層，其收集從所述第一材料的第一多個(gè)層發(fā)射的電子并且與所述第一材料的第一多個(gè)層電耦合，所述第二材料的第二多個(gè)層中的每個(gè)層的厚度大于從所述第一材料的第一多個(gè)層發(fā)射的電子在所述第二材料中的平均自由程的長(zhǎng)度，其中所述第二材料的第二多個(gè)層中的一個(gè)或多個(gè)層介于所述第一材料的第一多個(gè)層中的相鄰層之間。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中所述第一和第二多個(gè)層中的每個(gè)層均與所述光子通量的傳播方向成掠射角定向。
44.根據(jù)權(quán)利要求42所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，每個(gè)轉(zhuǎn)換器片還包括第三材料的第三多個(gè)層，所述第三多個(gè)層中的每個(gè)層介于所述第二材料的第二多個(gè)層中的所述ー個(gè)或多個(gè)層中的相鄰層之間。
45.根據(jù)權(quán)利要求42所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中所述第一和第二多個(gè)層面對(duì)面地層疊。
46.根據(jù)權(quán)利要求42所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中所述第一材料的第一多個(gè)層中的每個(gè)層被構(gòu)造成圓柱形芯體，而所述第二材料的第二多個(gè)層中的每個(gè)層被構(gòu)造成圍繞所述第一材料的圓柱形芯體同中心地設(shè)置的圓柱形殼體，其中所述圓柱形芯體的半徑小于射出的電子在所述第一材料中的平均自由程的長(zhǎng)度的1/2。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，每個(gè)轉(zhuǎn)換器片還包括第三絕緣材料的第三多個(gè)層，其被構(gòu)造成圍繞所述第二材料的圓柱形殼體同中心地設(shè)置的圓柱形殼體。
48.根據(jù)權(quán)利要求42至47所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中所述第一材料包括高原子電荷數(shù)成分。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中所述高原子電荷數(shù)成分是耐火的金屬或金屬氧化物。
50.根據(jù)權(quán)利要求48所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中所述高原子電荷數(shù)成分是鎢。
51.根據(jù)權(quán)利要求42至50所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中所述第二材料的原子電荷數(shù)不同于所述第一材料的原子電荷數(shù)。
52.根據(jù)權(quán)利要求42至50所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中所述第二材料的原子電荷數(shù)低于所述第一材料的原子電荷數(shù)。
53.根據(jù)權(quán)利要求42至52所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中所述第二材料是金屬。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中所述金屬是鋁。
55.根據(jù)權(quán)利要求43至47所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中所述第三材料是Si02。
56.根據(jù)權(quán)利要求42所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中所述第一材料的第一多個(gè)層中的每個(gè)層夾在所述第二材料的第二多個(gè)層中的兩個(gè)層之間。
57.根據(jù)權(quán)利要求42至56所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中可被所述第一材料吸收的高能光子的能量在大約100 eV或更大的范圍內(nèi)。
58.根據(jù)權(quán)利要求42至56所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中可被所述第一材料層吸收的高能光子包括X、XUV或伽馬射線。
59.根據(jù)權(quán)利要求42至58所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中所述第一和第二多個(gè)層與具有負(fù)載的電路耦合。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中所述負(fù)載是電可驅(qū)動(dòng)的部件、電カ存儲(chǔ)系統(tǒng)或電網(wǎng)。
61.根據(jù)權(quán)利要求42至60所述的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中沿所述光子通量的傳播方向測(cè)得的、對(duì)于每個(gè)轉(zhuǎn)換器片的所述第一材料的第一多個(gè)層的總厚度大于所述光子通量中的光子在所述第一材料中的平均自由程的長(zhǎng)度。
62.一種用于將來自高能光子的能量轉(zhuǎn)換成電カ的方法，其包括以下步驟 在第一材料的第一多個(gè)層的一個(gè)層中吸收從光子通量源發(fā)射的光子通量中的高能光子，所述第一材料的第一多個(gè)層與圍繞所述光子通量源的壁的表面耦合，所述表面大體上垂直于所述光子通量的傳播方向；以及 在第二材料的第二多個(gè)層的一個(gè)層中收集通過所述高能光子而從所述第一材料中的原子射出的ー個(gè)或多個(gè)電子， 其中所述第一材料的第一多個(gè)層中的每個(gè)層的厚度小于射出的電子在所述第一材料中的平均自由程的長(zhǎng)度，其中所述第二材料的第二多個(gè)層與所述第一材料的第一多個(gè)層電耦合，其中所述第一和第二多個(gè)層中的每個(gè)層均與所述光子通量的傳播方向成掠射角定向。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其中所述第二材料的第二多個(gè)層中的每個(gè)層的厚度大于從所述第一材料發(fā)射的電子在所述第二材料中的平均自由程的長(zhǎng)度，其中所述第二材料的第二多個(gè)層中的一個(gè)或多個(gè)層介于所述第一材料的第一多個(gè)層中的相鄰層之間。
64.根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其中所述第一和第二多個(gè)層面對(duì)面地層疊。
65.根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其中所述第一材料的第一多個(gè)層中的每個(gè)層被構(gòu)造成圓柱形芯體，而所述第二材料的第二多個(gè)層中的每個(gè)層被構(gòu)造成圍繞所述第一材料的圓柱形芯體同中心地設(shè)置的圓柱形殼體，其中所述圓柱形芯體的半徑小于射出的電子在所述第一材料中的平均自由程的長(zhǎng)度的1/2。
66.根據(jù)權(quán)利要求62至65所述的方法，其中所述第一材料包括高原子電荷數(shù)成分。
67.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述高原子電荷數(shù)成分是耐火的金屬或金屬氧化物。
68.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述高原子電荷數(shù)成分是鎢。
69.根據(jù)權(quán)利要求62至68所述的方法，其中所述第二材料的原子電荷數(shù)不同于所述第一材料的原子電荷數(shù)。
70.根據(jù)權(quán)利要求62至68所述的方法，其中所述第二材料的原子電荷數(shù)低于所述第一材料的原子電荷數(shù)。
71.根據(jù)權(quán)利要求62至70所述的方法，其中所述第二材料是金屬。
72.根據(jù)權(quán)利要求71所述的方法，其中所述金屬是鋁。
73.根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其中所述第一材料的第一多個(gè)層中的每個(gè)層夾在所述第二材料的第二多個(gè)層中的兩個(gè)層之間。
74.根據(jù)權(quán)利要求62至73所述的方法，其中可被所述第一材料吸收的高能光子的能量在大約100 eV或更大的范圍內(nèi)。
75.根據(jù)權(quán)利要求62至74所述的方法，其中可被所述第一材料層吸收的高能光子包括x、xuv或伽馬射線。
76.根據(jù)權(quán)利要求62至75所述的方法，其中沿所述光子通量的傳播方向測(cè)得的所述第一材料的第一多個(gè)層的總厚度大于所述光子通量中的光子在所述第一材料中的平均自由程的長(zhǎng)度。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于將高能光子的能量轉(zhuǎn)換成電力的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法采用帶有不同原子電荷的一系列材料，以利用通過單個(gè)高能光子經(jīng)一連串俄歇電子發(fā)射的大量電子發(fā)射。在一個(gè)實(shí)施例中，高能光子轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地包括由夾在第二材料的層之間的第一材料的層構(gòu)成的線性分層納米級(jí)晶圓，其中所述第二材料的原子電荷數(shù)不同于所述第一材料的原子電荷數(shù)。在其他實(shí)施例中，納米級(jí)的層以管狀或殼狀構(gòu)型被構(gòu)造和/或包括第三絕緣材料的層。
文檔編號(hào)H01L31/00GK102859706SQ201180012910
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年1月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者T.塔吉馬, M.賓德鮑爾 申請(qǐng)人:Tri 阿爾法能源公司