Invenția se referă la un dispozitiv care transformă energia particulelor emise de izotopi în curent electric și poate fi folosită ca baterie în diverse dispozitive electronice care consumă un curent mic, dar sunt forțate să funcționeze fără a înlocui sursele de energie timp de zece ani. Esența invenției constă în faptul că o baterie nucleară conține o carcasă umplută cu un material izotop, în care este plasat cel puțin un detector semiconductor, în care sunt create puțuri în volum, iar toate dimensiunile puțurilor sunt mai mici decât cele libere. calea particulelor emise de un izotop gazos, în timp ce detectorul este realizat sub formă de straturi alternative de n +, i (fie ν, fie π) și p + -tipuri de conductivitate în următoarea secvență n + -ip + -i- ... -n + -ip +, iar aceste straturi se află în planuri pereți perpendiculari ai puțurilor; Contacte ohmice sunt create la straturile de tip n +, conectate electric între ele, aceleași contacte sunt create la straturile de tip p +, care sunt de asemenea conectate. Rezultatul tehnic este de a simplifica tehnologia de fabricare a unui detector cu semiconductor care convertește energia particulelor beta într-un curent electric. 1 bolnav.
Invenția se referă la un dispozitiv care transformă energia particulelor emise de izotopi în curent electric, putând fi folosită ca baterie în diferite dispozitive electronice care consumă un curent mic, dar sunt nevoite să funcționeze fără a înlocui sursele de energie timp de zece ani, pt. de exemplu, în stimulatoare cardiace, sau în senzori de adâncime, sau în instrumente lansate în spațiu, sau în instrumente instalate în locuri greu accesibile.
Baterii nucleare cunoscute, al căror principiu se bazează pe conversia energiei particulelor rezultate din dezintegrarea radioactivă a izotopilor într-un curent electric atunci când trece printr-un detector cu semiconductor care funcționează în modul beta sau fotovoltaic. Bateriile cunoscute folosesc izotopi gazoși, lichidi și în stare solidă care emit particule alfa, beta și cuante gamma.
Se cunoaște un dispozitiv care conține o carcasă în care este plasat un detector semiconductor din siliciu amorf, reprezentând o structură p-i-n-, iar interiorul carcasei este umplut cu tritiu (3 H), care emite electroni. Timpul de înjumătățire al tritiului este de aproximativ 12 ani. În modul de funcționare, fiecare particulă beta care ajunge la suprafața detectorului zboară în detector și creează mai mult de o mie de perechi electroni-găuri în el. Găurile și electronii rezultați sunt separați de câmpul intern al structurii p-i-n, ceea ce duce la formarea unei tensiuni la contactele detectorului și la apariția unui curent electric atunci când sarcina este conectată. Dezavantajul unei astfel de baterii este valorile mici ale curentului, proporționale cu aria unei singure suprafețe a detectorului plat.
Cel mai apropiat analog al prezentei invenții este o baterie cu izotop propusă într-un brevet american (brevet US 6774531). Prototipul a crescut semnificativ eficiența detectorului datorită designului special al detectorului cu siliciu 3D.
Bateria cunoscută conține o carcasă umplută cu tritiu gazos, unde este plasat un detector de siliciu beta-voltaic de tip n. Au fost create godeuri pentru tritiu în volumul detectorului, pe pereții cărora s-a format un strat de conductivitate de tip p +, iar toate dimensiunile godeurilor nu au depășit calea liberă medie a electronilor în tritiu.
Dezavantajul dispozitivului cunoscut este că implementarea unui detector care conţine puţuri adânci în volumul unui semiconductor, pe pereţii căruia se formează o joncţiune pn, este o problemă tehnică foarte complexă, rezolvată până acum doar pentru siliciu. Pentru alți semiconductori cu o densitate mai mare decât siliciul, designul detectorului cunoscut este în general ineficient. Într-adevăr, cu o energie medie a electronilor E = 6 keV emisă de tritiu, un electron poate pătrunde în detector doar la o adâncime de 0,1-0,2 μm, iar în prezența unui strat de tip p pe pereții puțurilor, o parte semnificativă a sarcinii generate de electroni se recombină în ea fără a ajunge la joncțiunea pn.
Rezultatul tehnic, către care se îndreaptă soluția revendicată, constă în eliminarea dezavantajelor indicate.
Acest rezultat este atins prin faptul că o baterie nucleară bazată pe izotopi radioactivi, care conține o carcasă umplută cu material izotop, unde este plasat cel puțin un detector cu semiconductor, în care sunt create puțuri în volum, iar toate dimensiunile puțurilor sunt mai mici decât calea liberă a particulelor emise de un izotop gazos diferă prin aceea că straturi alternante de n +, i (fie ν sau π) și p + -tipuri de conductivitate sunt create în volumul detectorului în următoarea secvență: n + -ip + -i-… -n + -ip +, în plus, aceste straturi se află în planuri perpendiculare pe pereții puțurilor, se creează contacte ohmice la straturile de tip n +, conectate electric între ele, aceleași contacte sunt create pentru a straturile de tip p + și sunt de asemenea conectate.
În dispozitivul propus, proiectarea detectorului elimină necesitatea formării de joncțiuni p-n pe pereții puțurilor. Prin urmare, detectorul poate fi realizat nu numai din siliciu, ci și din alți semiconductori, de exemplu, arseniura de galiu.
Figura 1 prezintă schematic o secțiune transversală a unuia dintre modelele posibile ale bateriei propuse. Bateria conține o carcasă 1 cu electrozii 2 și 3. Carcasa este umplută cu un material izotop radioactiv 4. Carcasa conține doi detectoare 5 și 6 de arseniură de galiu. Detectoarele sunt realizate dintr-un material epitaxial care conține o succesiune de straturi n + 7, i 8, p + 9, straturile înalt aliate n + 7, p + 9 au contacte ohmice 10 și, respectiv, 11, conectate prin fire la electrozii 2. si 3 din carcasa. Godeurile 12 sunt formate în volumul detectorului perpendicular pe planurile în care sunt crescute straturile n +, i, p +.
Un exemplu de implementare practică. Două detectoare identice 5 și 6 au fost instalate într-o carcasă metalică etanșă 1 cu electrozii 2 și 3 izolați electric de carcasă prin inserții dielectrice. Interiorul carcasei a fost umplut cu particule beta care emit tritiu radioactiv. Detectoarele au fost fabricate din arseniură de galiu crescută folosind epitaxie în fază gazoasă. Pe un substrat conductiv de tip n + au fost crescute următoarele straturi: n + -stratul 7 10 μm grosime, i-stratul 8 compensat cu crom în timpul epitaxiei, 30 μm grosime, p + -stratul 9 10 μm gros, apoi i- stratul 8 30 μm grosime, n + -stratul 7 10 μm grosime și apoi din nou stratul i 8 30 μm grosime, p + -stratul 9 10 μm grosime. Folosind metode standard de fotolitografie, gravare chimică și depunere în vid, s-au format contactele ohmice 10 și 11 cu straturi puternic dopate. Cu utilizarea gravării cu ioni reactivi și a gravării chimice pe termen scurt, în detectoare s-au format godeuri 12 cu un diametru al găurii superioare de 80 μm și un pas de 100 μm. Ca rezultat, a fost obținută o baterie nucleară cu un design nou.
În modul de funcționare, cu o dimensiune a detectorului de 5 × 5 cm2, volumul total al godeurilor umplute cu tritiu este de 0,25 cm3. În acest caz, radioactivitatea volumului indicat cu tritiu este egală cu 10 10 Bq. Deoarece 70% din electronii emiși ca urmare a dezintegrarii radioactive a tritiului cad în regiunile active ale detectorului, i.e. în regiunea semiizolantă 8 (o parte din aceasta cade în straturile puternic dopate) și fiecare electron generează aproximativ 1700 de perechi electron-gaură, atunci curentul maxim de la această baterie va fi de 2,5 μA.
Astfel, a fost propusă o baterie nucleară cu un nou design de detector beta-voltaic. Implementarea detectorului nu necesită crearea de joncțiuni p-n pe pereții godeurilor formate în volumul detectorului, prin urmare, pentru a crea un detector cu semiconductor, este posibil să se utilizeze nu numai structuri de siliciu.
Surse de informare
1. Kherani N.P., Shmayda W.T., Zukotynski S. / Baterii nucleare / Patent US 5606213, 1997.
2. Chu F.Y., Mannik L., Peralta S.B., Ruda H.E. / Baterie semiconductoare alimentată cu radioizotopi / Patent US 5859484, 1999.
3. Gadeken L. / Aparat și metodă pentru generarea de curent electric din procesul de dezintegrare nucleară a materialului radioactiv / Brevet US 6774531, 2004.
O baterie nucleară care conține o carcasă umplută cu un material izotop, în care este plasat cel puțin un detector semiconductor, în care sunt create puțuri în volum și toate dimensiunile godeurilor sunt mai mici decât calea liberă a particulelor emise de un izotop gazos, caracterizată prin aceea că detectorul este realizat sub formă de straturi alternative de n +, i (fie ν sau π) și p + -tipuri de conductivitate într-o astfel de succesiune de n + -ip + -i- ... -n + -ip +, iar aceste straturi se află în planuri perpendiculare pe pereții puțurilor; la straturile de tip n + se creează contacte ohmice, conectate electric între ele, se creează aceleași contacte la straturile de tip p +, care sunt de asemenea conectate.
Brevete similare:
Invenţia se referă la un dispozitiv de depunere de vapori cu plasmă pentru producerea modulelor de celule solare cu peliculă subţire de siliciu, la o metodă de producere a modulelor cu peliculă subţire şi la panouri fotovoltaice cu peliculă subţire de siliciu.
Invenția se referă la utilizarea unui compozit plastic care conține un material purtător selectat din grupul de polietilen tereftalat (PET), polietilen naftenat (PEN) sau un copolimer de etilenă tetrafluoretilenă (ETFE), precum și straturi de poliamidă-12 adiacente purtătorului. material pe ambele fețe, pentru obținerea modulelor fotovoltaice.
Invenția se referă la domeniul construcției și tehnologiei de fabricație a convertoarelor fotoelectrice (PC) de radiație solară în curent electric și pot fi utilizate în producția de celule solare.
În cele din urmă, Rosatom s-a aprins pe câmpul nostru de baterii, prezentând la forumul Atomexpo-2017 baterie nucleară cu o durată de viață de cel puțin 50 de ani. Folosind această ocazie semnificativă, vom lua în considerare perspectivele de utilizare a atomului pașnic pentru dispozitive mobile.
Baterie atomică (nucleară).- este tot baterie, nu baterie, deoarece este, prin definitie, o sursa de curent electric de unica folosinta, fara posibilitatea de reincarcare. În ciuda acestui fapt, imaginația publicului este încântată de perspectiva utilizării bateriilor atomice în dispozitivele mobile. Dar mai întâi lucrurile.
Ce anume a prezentat Rosatom la forum? Directorul general al FSUE NII NPO Luch, Pavel Zaitsev, a declarat că sursa prezentată, care funcționează pe izotopul Ni63, este capabilă să producă 1mkW cu o tensiune de 2V timp de 50 de ani. Pavel Zaitsev vorbește destul de sincer despre caracteristicile modeste volt-amperi, concentrându-se pe o durată lungă de viață. Probabil, doar din modestie personală, directorul general al FSUE NII NPO Luch a indicat în caracteristicile tehnice doar puterea, și nu capacitatea general acceptată. Dar nu vom acorda prea multă importanță acestui lucru și vom calcula pur și simplu capacitatea:
C = 0,000001W * 50 ani * 365 zile * 24 ore / 2V = 219mA
Se dovedește că capacitatea unei baterii nucleare, de dimensiunea unei baterii universale mici, este la fel ca o baterie cu litiu-polimer (Li-Pol) pentru căștile bluetooth! Pavel Zaitsev presupune utilizarea bateriei sale nucleare în cardiologie, ceea ce ridică mari îndoieli având în vedere o dimensiune atât de mare. Poate că această baterie nucleară poate fi privită ca un fel de prototip pentru generarea de electricitate din izotopi, dar Rosatom va trebui să micșoreze bateria de mii de ori pentru a se potrivi cu stimulatoarele cardiace moderne.
Deloc multumit de cost baterie nucleară- directorul întreprinderii unitare de stat a anunțat prețul izotopului de nichel în dolari (!) 4000 USD / gram. Înseamnă asta că componenta principală va fi achiziționată în străinătate, în Rusia? Câte grame sunt necesare pentru a face o baterie? În același timp, s-a observat că vor fi necesare și elemente de diamant (nu este clar cât de mult?), Dar costul cărora (deja în ruble) variază de la 10.000 la 100.000 de ruble pe bucată. Care va fi costul total al unei astfel de baterii? Stimulatoarele cardiace din Rusia sunt instalate în conformitate cu polița de asigurare medicală obligatorie gratuit în caz de urgență sau dacă există o cotă. În caz de cotă insuficientă și pentru stimulatoarele cardiace de producție străină, pacienții trebuie să plătească independent. Se vor instala bateriile nucleare pe cheltuiala bugetului MHI sau persoanele în vârstă vor trebui să le achiziționeze separat? Dacă conducerea lui Rosatom și-a amintit că pensionarii ruși trăiesc în modul „stand by day and night”, probabil că și-ar fi dat seama de acea disonanță ridicolă dintre durata de viață a spațiului și cost. Acest lucru sugerează că respectatul Pavel Zaitsev asimilează în mod activ fondurile alocate pentru cercetare și dezvoltare, fără să se gândească deloc la utilizatorii finali. Utilizatorii rețelelor sociale oferă o evaluare similară a „invenției” lui Rosatom:
Cu greu este posibil să-l folosești oriunde. Sunt mai mult decât sigur că bugetul, ca întotdeauna, a fost stăpânit, o parte din el a fost cheltuită pentru prezentare și nimeni nu va vedea niciodată produsul în sine :)
Durata de viață declarată (50 de ani), după cum am ghicit, este exact jumătate din timpul de înjumătățire al Ni 63 (100 de ani). Oamenii de știință de la Universitatea din Bristol folosesc aceeași logică în videoclipul lor conceptual. Spre deosebire de bateria Rosatom, bateria atomică Bristol folosește izotopul C 14 și poate dura 5730 de ani! La Universitatea din Bristol, chiar au uitat să împartă la 2, dar 2865 de ani sunt prea mulți pentru un stimulator cardiac. Unicitatea conceptului Bristol constă în faptul că problema deșeurilor nucleare este rezolvată prin procesarea lor în baterii nucleare.
Dacă ascultați și traduceți cu atenție textul acestui videoclip, veți descoperi informații mult mai interesante. În primul rând, originea izotopului C14 este descrisă în detaliu.
Din 1940, Anglia a fabricat multe reactoare nucleare în scopuri științifice, militare și civile. Toate aceste reactoare folosesc uraniu drept combustibil, iar interiorul reactorului este format din blocuri de grafit. Aceste blocuri de grafit sunt folosite în procesul de fisiune nucleară pentru a controla reacția în lanț care produce o sursă constantă de căldură. Această căldură este apoi folosită pentru a transforma apa în abur, care apoi transformă turbinele pentru a produce electricitate. Centralele nucleare generează deșeuri nucleare care trebuie eliminate în siguranță. Trebuie doar să așteptați ca aceste deșeuri să înceteze să mai fie radioactive. Din păcate, acest lucru durează mii și milioane de ani. De asemenea, este nevoie de mulți bani pentru a menține securitatea sub control în acești mulți ani. De când folosim reactoare de grafit, Anglia a creat 95.000 de tone de blocuri de grafit care conțin radiații. Acest grafit este doar o formă de carbon, un element simplu și stabil, dar dacă puneți aceste blocuri într-un loc extrem de radioactiv, atunci o parte din carbon este transformată în carbon 14. Carbonul 14 se poate converti înapoi în carbon 12 obișnuit atunci când energia sa suplimentară dispare. Dar acesta este un proces foarte lung, deoarece carbonul 14 are un timp de înjumătățire de 5730 de ani.
Oamenii de știință de la Institutul Cabot de la Universitatea din Bristol au demonstrat recent că carbonul 14 este concentrat în blocuri prin radiația din exterior, ceea ce înseamnă că este posibil să se elimine cea mai mare parte a radiațiilor prin încălzirea lor - cea mai mare parte a radiației iese ca un gaz care poate apoi să fie colectate. Blocurile de grafit rămase sunt oricum radioactive. , dar nu atât de mult, înseamnă că va fi mai ușor și mai ieftin să le eliminați.Carbonul radioactiv 14 sub formă de gaz, poate fi transformat la presiuni scăzute și ridicate. temperaturile în diamant - aceasta este o altă formă de carbon.Diamantele artificiale realizate din carbon radioactiv, emit un flux de radiații beta, care poate crea un curent electric.Aceasta ne oferă energia nucleară a bateriei cu diamant.Pentru a o face sigură pentru uzul nostru. , este acoperit cu un strat de diamant neradioactiv, care absoarbe complet toate radiațiile și le transformă în electricitate cu aproape 100%.nu piese în mișcare, nu necesită întreținere, diamantul doar generează electricitate. Deoarece diamantul este cea mai dura substanță din lume, nicio altă substanță nu poate oferi o astfel de protecție pentru carbonul radioactiv 14. Prin urmare, o cantitate foarte mică de radiații poate fi detectată în exterior. Dar aceasta este aproape aceeași cantitate de radiație pe care o emite o banană, deci este complet inofensivă. După cum am spus, doar jumătate din carbonul 14 se descompune la fiecare 5730 de ani, ceea ce înseamnă că bateria noastră cu diamant are o durată de viață uimitoare - se va descărca cu 50% abia în 7746. Aceste baterii cu diamant vor fi utilizate cel mai bine acolo unde bateriile convenționale nu pot fi înlocuite. De exemplu, în sateliți pentru explorarea spațiului sau pentru dispozitive implantate, cum ar fi stimulatoarele cardiace.
Cerem tuturor să trimită sugestiile lor către #diamondbattery. Dezvoltarea acestei noi tehnologii ar rezolva multe probleme, cum ar fi deșeurile nucleare, electricitatea curată și durata de viață mai lungă a bateriei. Acest lucru ne va duce în „epoca diamantului” a producției de energie.
Un concept foarte frumos al oamenilor de știință de la Bristol în 2016 și o cutie foarte modestă de Rosatom ar putea (?) să fie dezvoltată într-o zi în centrale electrice cu diamante, dar nu în baterii nucleare pentru dispozitive mobile. Va fi dificil să-i convingi pe oameni să meargă cu Fukushima în buzunar, chiar dacă încep să plătească în plus pentru asta.
Utilizarea atomului în scopuri pașnice este una dintre problemele controversate ale timpului nostru, având în vedere că energia este ramura cea mai monopolizată a economiei, când impozitele și taxele reprezintă mai mult de 90% din prețul energiei electrice KW. Eficiența atomului pașnic este discutabilă, deoarece prețul energiei atomice relativ ieftine nu include costul consecințelor provocate de om. Prin urmare, unele țări, printre care Germania și Japonia, au decis să renunțe complet la utilizarea atomului în sectorul energetic. Într-adevăr, prin dezvoltarea surselor de energie regenerabilă, este posibil nu numai să se abandoneze complet energia nucleară, ci și să se creeze o industrie de înaltă tehnologie cu milioane de locuri de muncă înalt calificate.
Pentru a rezuma, cel mai probabil avem o altă tehnodurilka de tip „Superkumulator”, și nu o „invenție” inovatoare a Epocii Diamantului. Cu alte cuvinte, folosirea unui atom pașnic în microenergie este ca și cum ai bărbierit un porc - mult țipăit, dar puțină lână!
În anii '50 ai secolului trecut, betavoltica - o tehnologie pentru extragerea energiei radiațiilor beta - a fost considerată de oamenii de știință ca bază pentru crearea de noi surse de energie în viitor. Astăzi, există motive reale pentru a afirma cu încredere că utilizarea reacțiilor nucleare controlate este în mod inerent sigură. Zeci de tehnologii nucleare sunt deja folosite de oameni în viața de zi cu zi, cum ar fi detectoarele de fum cu radioizotopi.
Și astfel, în martie 2014, oamenii de știință Jae Kwon și Beck Kim, care lucrează la Universitatea din Missouri, Columbia, SUA, au reprodus primul prototip funcțional din lume al unei surse de energie compactă bazată pe stronțiu-90 și apă. În acest caz, rolul apei este un tampon energetic, ceea ce va fi explicat mai jos.
O baterie nucleară va funcționa ani de zile fără întreținere și va putea produce curent electric datorită descompunerii moleculelor de apă atunci când acestea interacționează cu particulele beta și alți produși de descompunere ai stronțiului-90 radioactiv.
Puterea unei astfel de baterii ar trebui să fie complet suficientă pentru a alimenta vehiculele electrice și chiar navele spațiale. Secretul noului produs constă în combinația dintre betavoltaici și o tendință fizică destul de nouă - rezonatoarele cu plasmoni.
Plasmonurile au fost folosite activ în ultimii ani în dezvoltarea unor dispozitive optice specifice, inclusiv celule solare ultra-eficiente, lentile complet plate și cerneală specială pentru imprimare cu o rezoluție de multe ori mai mare decât sensibilitatea ochilor noștri. Rezonatoarele plasmonice sunt structuri speciale care pot absorbi și emite energie sub formă de unde luminoase și alte forme de radiație electromagnetică.
Astăzi, există deja surse de energie radioizotopice care convertesc energia de descompunere a atomilor în energie electrică, dar acest lucru nu se întâmplă direct, ci printr-un lanț de interacțiuni fizice intermediare.
În primul rând, tabletele de substanțe radioactive încălzesc corpul recipientului în care se află, apoi această căldură este transformată în electricitate prin intermediul termocuplurilor.
În fiecare etapă a conversiei, se pierde o cantitate imensă de energie; din aceasta, eficiența unor astfel de baterii cu radioizotopi nu depășește 7%. Betavoltica nu a fost folosită în practică de multă vreme din cauza distrugerii foarte rapide a pieselor bateriei din cauza radiațiilor.
În cele din urmă, oamenii de știință au găsit o modalitate de a transforma direct energia eliberată împreună cu produsele de descompunere ai atomilor instabili. S-a dovedit că particulele beta (electroni, a căror viteză este suficient de mare în timpul dezintegrarii unui atom) sunt capabile să descompună moleculele de apă în hidrogen, radical hidroxil și alți ioni.
Cercetările au arătat că aceste părți descompuse ale moleculelor de apă pot fi folosite pentru a extrage direct energia absorbită de ele ca urmare a ciocnirilor cu particulele beta.
Pentru ca o baterie nucleară cu apă să funcționeze, este necesară o structură specială de sute de coloane microscopice de oxid de titan acoperite cu o peliculă de platină, asemănătoare ca formă cu un pieptene. În dinții săi și pe suprafața învelișului de platină, există mulți micro-pori, prin care produsele numiți de descompunere a apei pot pătrunde în dispozitiv. Deci, în procesul de funcționare a bateriei în „pieptene” au loc o serie de reacții chimice - are loc descompunerea și formarea moleculelor de apă, în timp ce electronii liberi apar și sunt capturați.
Energia eliberată în timpul tuturor acestor reacții este absorbită de „ace” și transformată în electricitate. Datorită plasmonilor care apar pe suprafața stâlpilor cu proprietăți fizice deosebite, o astfel de baterie apă-nucleară atinge eficiența maximă, care poate fi de 54%, iar aceasta este de aproape zece ori mai mare decât sursele clasice de curent radioizotop.
Soluția ionică folosită aici este foarte greu de înghețat chiar și la temperaturi ambientale suficient de scăzute, ceea ce face posibilă utilizarea bateriilor fabricate folosind noua tehnologie pentru alimentarea vehiculelor electrice și, dacă este ambalată corespunzător, și în nave spațiale în diverse scopuri.
Timpul de înjumătățire al stronțiului-90 radioactiv este de aproximativ 28 de ani, astfel încât bateria nucleară a lui Kwon și Kim poate funcționa fără pierderi semnificative de putere timp de câteva decenii, cu o scădere a puterii de doar 2% pe an. Astfel de parametri, spun oamenii de știință, deschid o perspectivă clară pentru omniprezența vehiculelor electrice.
City Labs a lansat adevăratele baterii atomice NanoTritium. Sursa de energie din aceste baterii este degradarea hidrogenului foarte greu - tritiu. Bateria este fabricată într-o carcasă cu microcircuit, în momentul de față costul ei este destul de mare și se ridică la aproximativ 1000 de dolari. Tritiul este una dintre cele mai scumpe zece substanțe din lume și costă 30.000 de dolari gramul.
Tritiul este un izotop radioactiv al hidrogenului. Nucleul de tritiu este format dintr-un proton si doi neutroni. Când se descompune, tritiul este transformat în 3He. Timpul de înjumătățire este de aproximativ 13 ani. Energia electronilor emiși este scăzută - de la 6,5 keV la 18,59 keV. Radiația este oprită de obstacole precum îmbrăcămintea sau chiar pielea umană. Tritiul este inofensiv în ambalaj sigilat. Vaporii de tritiu reprezintă încă un pericol de radiații. Cu toate acestea, există atât de puțin în bateriile atomice NanoTritium încât această problemă nu este relevantă. Un mililitru cub de tritiu gazos are o activitate de aproximativ 94 GBq.
Tritiul a fost folosit de mult timp într-un număr de dispozitive. De exemplu, poate fi găsit pe acționările unui ceas care strălucește în întuneric. Elementele luminoase ale ceasului sunt realizate ca baloane sigilate umplute cu gaz tritiu. Pereții baloanelor sunt acoperiți din interior cu un strat de fosfor. Principiul de funcționare a strălucirii este destul de simplu. Electronii emiși de tritiu în timpul dezintegrarii beta se ciocnesc cu fosforul, sunt absorbiți de acesta, făcându-l să strălucească.
Principiul de funcționare al unei baterii atomice este destul de simplu: dezintegrarea tritiului este dezintegrare beta, nucleul de tritiu se transformă într-un nucleu de heliu-3 și un electron de înaltă energie scapă. Tritiul este pompat într-un volum de lucru celular, sau s-ar putea spune spongios, de siliciu. În siliciu, fiecare electron de înaltă energie creează un număr mare de perechi electron-gaură. De fapt, procese similare au loc în fotocelulele obișnuite - cu singura diferență că într-o fotocelulă, un foton generează doar o pereche (pur și simplu pentru că energia unui foton optic este de mii de ori mai mică decât energia unui electron beta). În plus, este suficient să închideți circuitul și curentul va curge.
Sursa de alimentare atomică de la City Labs este capabilă să reziste la diferențe de temperatură de la -50 la 150 de grade Celsius, precum și la diferențe bune de altitudine. Această baterie este capabilă să funcționeze timp de 20 de ani și să furnizeze până la 2,4 V cu un curent de 50-300 nanoamperi.
Chiar și acest curent scăzut este suficient pentru a alimenta multe dispozitive. De exemplu, dispozitive speciale de ascultare. Radioactivitatea elementelor de tritiu nu depășește carcasă și nu poate fi detectată, în combinație cu tehnologiile moderne de codificare a semnalului digital, astfel de baterii fac posibilă crearea unei „interceptări telefonice” ideale. În medicină, bateriile atomice NanoTritium pot fi folosite și pentru alimentarea stimulatoarelor cardiace.
Bateriile pe bază de tritiu nu sunt singura dezvoltare a surselor de energie izotopică. Sursele de radioizotopi de plutoniu sunt folosite la stațiile interplanetare americane Pioneer și Voyager. Puterea lor este deja semnificativă - aproximativ 400 de wați. Și, apropo, au fost fabricate în urmă cu peste patruzeci de ani și sunt încă în funcțiune și astăzi.
Fizicienii ruși au dezvoltat o baterie care poate converti energia dezintegrarii beta - radiația electronilor de către un element radioactiv în electricitate.
O echipă de cercetători de la Institutul de Oțel și Aliaje din Moscova, sub conducerea profesorului Yuri Parkhomenko, șeful Departamentului de Știința Materialelor de Semiconductori și Dielectrici, a prezentat prototipuri de baterii cu radioizotopi create folosind tehnologia de conversie a energiei radiațiilor beta în energie electrică bazată pe energie electrică. pe monocristale de piezoelectrice. Ca sursă a fost folosit izotopul radioactiv „nichel-63”. Timpul său de înjumătățire este de aproximativ 100 de ani, ceea ce face posibilă crearea de baterii cu o durată de viață de până la 50 de ani.
Prototip de baterie nucleară prezentat de MISIS
Şef de lucru, profesorul Iuri Nikolaevici Parkhomenko
Aceste baterii sunt adesea denumite baterii „nucleare”, deoarece folosesc un proces de dezintegrare beta în care unul dintre neutronii din nucleu se transformă într-un proton, emițând un electron. Deși degradarea beta este o formă de radiație radioactivă, oamenii nu au de ce să se teamă. Radiația beta în acest caz are o putere de penetrare scăzută și este ușor reținută de carcasă. Și izotopul folosit „nichel-63” nu are radiații gamma însoțitoare. Deci bateriile în sine nu emit și sunt complet sigure.
Pentru a compensa puterea scăzută a dezintegrarii beta naturale, fizicienii folosesc un mod pulsat cu acumulare de sarcină. În acest caz, este posibil să se asigure o putere continuă a curentului electric de 10-100 nanowați de la fiecare centimetru cub al dispozitivului. Această putere este suficientă pentru a alimenta, de exemplu, un stimulator cardiac.
Datorită duratei de viață îndelungate, bateriile vor fi folosite în cazurile în care înlocuirea lor este nedorită sau pur și simplu imposibilă: în medicină, energie nucleară, inginerie aerospațială, nano- și microelectronică, în sisteme de securitate și control.
Alegerea izotopului de nichel-63, care nu există în natură, ca sursă de energie, nu este întâmplătoare. De asemenea, țara noastră a dezvoltat o tehnologie unică pentru producerea ei în reactoare nucleare speciale și îmbogățirea la necesarul „cel puțin 80%”. Producția de baterii este planificată pentru teritoriul Krasnoyarsk.
Caracteristicile unice ale dispozitivului dezvoltat, compactitatea și siguranța acestuia ne permit să sperăm la competitivitatea sa pe piața surselor de alimentare similare.
Singurul dezavantaj al bateriei este costul ridicat. Datorită costului ridicat al producției de nichel-63 în stadiul inițial, acesta poate ajunge la câteva milioane de ruble. Cu toate acestea, pe măsură ce tehnologia este dezvoltată și se stabilește producția de masă, prețul va scădea inevitabil brusc.
