核融合における熱電変換の基礎及び応用研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10358009
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 山口 作太郎 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (10249964)
• 研究分担者: 米永 一郎 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (20134041) ; 冨田 幸博 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助教授 (40115605) ; 佐藤 元泰 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (60115855) ; 小川 勇 福井大学, 工学部, 助教授 (90214014) ; 津島 晴 横浜国立大学, 工学部, 助教授 (90171991)
• キーワード: 磁場効果 / 熱電半導体 / 輸送現象 / ペルチェ効果 / 超伝導 / 低温システム / ホール効果 / ネルンスト効果

研究概要

平成12年度は主にビスマス・アンチモン(BiSb)の磁場特性についての研究を行った。この材料は、古くは1960年代初頭にそれの磁場効果についての論文が数多く出版され、磁場を印可することによって熱電特性が改善され、性能指数が2倍程度になることが報告されている。これは他材料の研究から見れば極めて大きな改善であるが、現在この効果は利用されていない。一方、1990年代に磁場印加によって却って性能が劣化する報告もあり、従来の結果とは矛盾していた。従来は半導体のミクロ輸送現象(ボルツマン方程式で記述できる現象)が磁場印加によってどのように変化するかが検討されてきたが、我々は一般化オーム法則及び熱流束方程式などのマクロ輸送現象が以上の矛盾を説明する可能性があると見て、研究を進めた。これは、マクロ方程式を2次元でself-consistentに解く計算機コードを開発すると同時にそれを検証するための実験を行った。その結果、電気抵抗率については電極/サンプル形状の効果が極めて大きいこと、またゼーベック係数に関しても同様であると同時に、ホール係数、ゼーベック係数、ネルンスト係数が関連することが分かり、従来の研究報告ではそれらの効果について記述されていないことが、矛盾を引き起こした大きな原因であることを突き止めた。そして、磁場印加によって増大することは、ミクロ現象/マクロ現象の総合によって説明できることを実験/計算を通じて説明を行った。
また、熱電変換の応用として、超伝導/低温システムに利用する電流リードに熱電半導体を利用したPeltier Current Leadの実験装置の設計を行うと同時に、最適設計/実験データ解析を行う計算機コードの開発を行った。

研究成果

• [文献書誌] S.Yamaguchi,N.Kondoh,I.Yonenaga,Y.Hasegawa,and T.Eura: "New Proposal of High Temperature Thermoelectric Conversion in Power Plant"Proc.18^<th> Int.Conf.Thermoelectr (ICT99). 84-87 (2000)
• [文献書誌] N.Kondoh,S.Yamaguchi,I.Nomura,Y.Hasegawa,T.Eura: "New Proposal of Medium Temperature Thermoelectric Conversion in Power Plant"Proc.18^<th> Int.Conf.Thermoelectr (ICT99). 88-91 (2000)
• [文献書誌] H.Okumura,Y.Hasegawa,H.Nakamura,S.Yamaguchi: "A Computational Model of Thermoelectric and Thermomagnetic Semiconductors"Proc.18^<th> Int.Conf.Thermoelectr (ICT99). 209-212 (2000)
• [文献書誌] Y.Hasegawa,H.Okumura,N.Kondoh,N.Shuto,S.Yamaguchi,N.Sato: "Shape effect of resistance and thermoelectric power for BiSb in a magnetic field"Proc.18^<th> Int.Conf.Thermoelectr (ICT99). 241-244 (2000)
• [文献書誌] I.Ogawa,A.Tsushima,S.Yamaguchi,Y.Hasegawa: "Optical Measurement of Career Properties for InSb"Proc.18^<th> Int.Conf.Thermoelectr (ICT99). 414-416 (2000)
• [文献書誌] I.Yonenaga,T.Goto,X.F.Tang,S.Yamaguchi: "Thermal and Electrical Properties of Czochralski Grown Germanium-Silicon Alloys"Proc.18^<th> Int.Conf.Thermoelectr. 436-439 (2000)
• [文献書誌] 山口作太郎,長谷川靖洋,江浦隆,近藤成仁: "熱電変換素子を利用した火力プラントの効率向上"熱電変換シンポジウム2000(TEC2000)論文集. 62-63 (2000)
• [文献書誌] 奥村晴彦,山口作太郎,長谷川靖洋,高山定次: "InSbのNernst係数の反転現象"熱電変換シンポジウム2000(TEC2000)論文集. 68-69 (2000)
• [文献書誌] S.Yamaguchi,Y.Hasegawa,T.Oike,H.Okumura,N.Satoh,S.Takayama: "Effects of magnetic field on thermoelectric power generation by BiSb single crystals"19^<th> Int.Conf.Thermoelectr (ICT2000). H2-2 (2000)
• [文献書誌] S.Takayama,Y.Hasegawa,T.Oike,H.Okumura,N.Satoh,S.Yamaguchi: "Magnetic field effect of electrical resistivity of BiSb single crystal"19^<th> Int.Conf.Thermoelectr (ICT2000). PI-11 (2000)
• [文献書誌] Y.Hasegawa,T.Oike,H.Okumura,N.Sato,S.Yamaguchi,S.Takayama: "Seebeck coefficient measurement of BiSb single crystal in a magnetic field"19^<th> Int.Conf.Thermoelectr (ICT2000). PI-4 (2000)
• [文献書誌] H.Okumura,Y.Hasegawa,T.Oike,N.Sato,S.Takayama,S.Yamaguchi: "Numerical Simulation of Thermoelectric Power Generation under Magnetic Field"19^<th> Int.Conf.Thermoelectr (ICT2000). K2-2 (2000)
• [文献書誌] I.Yonenaga,T.Akashi,T.Goto,S.Yamaguchi: "GeSi Single crystals as thermoelectric materials"19^<th> Int.Conf.Thermoelectr (ICT2000). E-4 (2000)
• [文献書誌] 山口 他 多数: "熱電変換工学-基礎と応用-"リアライズ社. 530 (2001)