Атомная батарейка. Образец "ядерной батарейки" состоял из двухсот алмазных преобразователей, чередуемых слоями фольги из никеля-63 и стабильного никеля.
В НИЯУ МИФИ создали прототип ядерной батарейки
Ядерная батарейка вошла в Единый отраслевой тематический план научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ «Росатома». Теперь пришло время рассказать о компактной атомной батарее созданной российскими учеными. Сейчас ученые патентуют свою технологию производства атомной батарейки на международном уровне. Теперь пришло время рассказать о компактной атомной батарее созданной российскими учеными.
Российская армия получит портативные атомные источники электропитания военной техники
Китайский стартап Betavolt представил компактную, безопасную и долговечную ядерную батарейку BB100 с изотопом Никель-63 и алмазными полупроводниками. Разработчики пояснили, что размер батарейки меньше монеты, а также то, что её хватит на 50 лет. Betavolt утверждает, что рабочие варианты батарейки проходят полноценные испытания и готовятся к серийному производству в 2025 году. Базовая структура этой ядерной батареи включает в себя два преобразователя, подложку, источник никеля-63 и защитный слой.
И даже такие количества требуют контроля специалистов. Излучение Распадаясь, радиоактивные элементы создают разные виды опасного излучения: это могут быть потоки ядер гелия альфа-излучение , высокоэнергетических фотонов гамма и электронов бета. При распаде трития образуется почти чистое бета-излучение с частицами невысоких энергий.
Они неспособны проникнуть сквозь кожу, а в воздухе пролетают всего несколько миллиметров. По словам Александра Аникина, небольшое количество молекулярного трития, даже попав в легкие, за время между вдохом и выдохом не сможет нанести серьезного вреда. Проблема в том, что это водород, а значит, он способен легко встроиться в молекулы воды, оказываясь в жидкостях тела и даже биологических полимерах, включая ДНК. С учетом того, что 1 кюри соответствует 37 млрд Бк, легко подсчитать, что 1 г этого изотопа способен загрязнить десятки миллионов тонн воды, сделав ее опасной. Неудивительно, что улавливанию и нейтрализации этого элемента уделяется такое внимание. Александр Аникин, заместитель директора отделения, начальник научно-технического отдела разработки технологии и оборудования для получения изотопов и изотопной продукции ВНИИНМ им.
Бочвара: «В прессе можно встретить сенсационные заявления о создании тритиевых батареек для смартфонов. Это, конечно, мечта: такой источник позволит телефону обходиться без подзарядки годами. Мы и сами просчитывали подобный вариант, но поняли, что пока он вряд ли возможен. Но все же их недостаточно для питания целого гаджета — либо батарейка будет слишком большой и потеряет одно из главных своих преимуществ, компактность». Батарея Радиоизотопные источники тока трудно назвать технологической новинкой. Существуют РИТЭГ и другие термоэлектрические батареи, которые используют распад нестабильных ядер для извлечения тепла и превращения его в электричество.
В таких генераторах применяются достаточно мощные излучатели с большими потоками альфа- и бета-частиц высоких энергий стронций-90, америций-241 и даже плутоний-238 , позволяющие получать сотни ватт.
Российские исследователи предложили нанести радиоактивный элемент по обе стороны планарного p-n перехода. Это позволило сделать технологию изготовления элемента более простой.
При этом появилась возможность контроля обратного тока, существенно влияющего на общую мощность батареи. Так же увеличена в 14 раз эффективная площадь преобразования бета-излучения, что увеличило общий выходной ток. Эксперты отмечают уникальность, инновационность и перспективность российской разработки.
Эффективная площадь преобразования бета-излучения в электрическую энергию в сравнении с аналогами увеличилась в 14 раз, что в результате дало общее увеличение тока. В числе прочих преимуществ разработчики отмечают упрощение технологии изготовления атомной батареи, что вдвое удешевляет её производство. Применение такой батареи возможно лишь в специальных микроэлектронных устройствах, в том числе в приборах, работающих в критических условиях — в космосе, под водой или в горах, отмечают исследователи. Например, в качестве аварийного источника питания небольших датчиков. Несмотря на относительную безопасность для человека и возможность работать до 20 и более лет, атомные батарейки пока не находят применения в быту из-за дороговизны производства. Но это очень-очень дорого и сложно.
Российские ученые создали батарейку, работающую 100 лет
В этой системе увеличен токовый сигнал, поскольку регенерация вторичных электронов происходит внутри наноструктурированных плёнок никеля. В процессе окисления этих плёнок на металлическом ядре образуется оксидная оболочка, что увеличивает эффективность источника питания. Кроме того, никель-63 испускает мягкое бета-излучение, поэтому для него легко создать физическую защиту. Это делает применение никеля-63 достаточно доступным.
Она относится к так называемым бетавольтаическим элементам. Такой элемент питания состоит из двух частей: полупроводников — преобразователей энергии и радиоактивного элемента-излучателя. Исследователи разработали особую конструкцию микроканальную 3D-структуру атомной батареи, в которой расположение радиоактивного элемента изотопа никеля предотвращает потерю мощности, вызываемую обратным током. Эффективная площадь преобразования бета-излучения в электрическую энергию в сравнении с аналогами увеличилась в 14 раз, что в результате дало общее увеличение тока. В числе прочих преимуществ разработчики отмечают упрощение технологии изготовления атомной батареи, что вдвое удешевляет её производство.
Применение такой батареи возможно лишь в специальных микроэлектронных устройствах, в том числе в приборах, работающих в критических условиях — в космосе, под водой или в горах, отмечают исследователи.
Инвестором разработчиков выступил стартап-инкубатор Volkswagen Future Mobility. Для будущего. Selectel Разработка представляет собой специальный корпус из синтетических алмазов, внутрь которого помещен радиоактивный сердечник. В процессе неупругого рассеивания бета-излучение изотопов преобразуется в электрический ток.
В качестве топлива используются переработанные ядерные отходы углерода-14. Этот изотоп применяется для радиоизотопного датирования и диагностики некоторых заболеваний желудочно-кишечного тракта. Он также накапливается в графитовых деталях ядерных реакторов, которые поглощают излучение ядерных топливных стержней. Хранить такие отходы опасно, дорого и трудно. Батареи на углероде-14 решают сразу две проблемы — недолговечность обычных элементов питания и переработки радиоактивных отходов.
В Nano Diamond Battery отмечают, что батарейки безопасны для человека и окружающей среды.
В настоящий момент разработчики завершают процедуру международного патентования изобретения, а само устройство уже признано зарубежными экспертами.
Российские ученые создали атомную батарейку, которая может работать 20 лет
| Атомные батарейки и зарядка по Wi-Fi: будущее рынка сохранения энергии | В батарейке МИФИ несколько иной принцип действия — изотоп в вакуумной камере нагревается до 1500 градусов Цельсия и начинает светиться. |
| Ядерная батарейка: в России создали источник питания, работающий 50 лет | Betavolt планирует выпустить версию ядерной батарейки на 1 ватт к 2025 году. |
| В НИЯУ МИФИ создали прототип ядерной батарейки | Официальный сайт НИЯУ МИФИ | Группа исследователей из НИТУ «МИСиС» продемонстрировала прототип атомной батарейки, величина которой сопоставима с USB-флешкой. |
| В НИЯУ МИФИ создали прототип ядерной батарейки | Принцип атомной батарейки в том, что радиоактивный изотоп, распадаясь, излучает тепло и разогревает капсулу, в которой он находится, до полутора тысяч градусов. |
| Создана уникальная ядерная батарейка | Атомные батареи Betavolt могут удовлетворить потребности в долговременном энергоснабжении при различных сценариях, таких как аэрокосмическая промышленность. |
80 лет без подзарядки: в России создали атомную батарею
Установка работала на принципе распада радиоактивного элемента — он нагревался до высоких температур, просто существуя. Так, один грамм оксида плутония-238 238-PuO2 генерирует 0,5 ватта тепловой энергии. Если ее перевести в электрическую, то получим «батарейку». У каждого изотопа на один или несколько электронов больше, чем нужно. И они, в зависимости от своей структуры, рано или поздно стремятся «отдать» лишнее. При этом выделяется тепло, его и переводили в электрическую энергию. Как пустить тепло по электрическим проводам? На тот момент уже были известны разные методы. Термоэлектрический — если спаять два провода из разных металлов и нагревать один из них, то по ним пойдет ток. Позже появился термофотоэлектрический — улавливать «детектором» в инфракрасном спектре фотоны. Или даже термоэлектрический конвертер, начинка которого из расплавленных солей натрия и серы при нагреве тоже даст электричество.
В общем, перевод энергии из одного вида в другую не был проблемой. Период полураспада — срок жизни изотопов. У 238-го он 87,7 лет. Через этот срок в килограмме лишь половина вещества останется изотопом, а остальная часть избавится от «лишних» электронов и в данном случае превратится в уран-234. Через еще 87,7 лет останется лишь 250 граммов. Не получится загрузить на борт космического аппарата десяток батареек и менять их по мере надобности — они все начинают работу еще до того, как их подключают к системе. Постоянное уменьшение количества радиоактивного топлива означает и уменьшение тепла и электричества. Но не все так плохо. В космосе не только светло, но и темно В батарейках на основе диоксида плутония-238 увидели смысл в космической промышленности. Например, на околоземной орбите спутнику достаточно солнечных батарей размером с 4 парковочных места.
Для полета к Марсу понадобится вдвое большая площадь.
Иначе говоря, как термопара: между холодным и разогретым от активного источника контактами возникало напряжение, током от которого и запитывали приборы. Для эвакуации последних РИТЭГов с автономных антарктических метеопостов в 2015 году, кстати, пришлось снаряжать полярную миссию. С тех пор российские автоматические метеостанции в труднодоступных районах электричество получают от ветряков. Секрет в специальных термофотоэлементах, которые эффективно преобразуют свет ближнего диапазона инфракрасного спектра в электричество. В итоге энергии теряется меньше. Правда, батарейка остается объектом лабораторных исследований. Оттого и многочисленные разъемы на окружающих корпус фланцах. И радиоактивного изотопа внутри пока нет: разогрев рабочей капсулы имитирует обычная нить накаливания. Остальные параметры соответствуют проектным значениям, в том числе и напряжение на выходных клеммах.
Захоронят по программе «Вакуум в рабочей камере нужен для исключения конвекционных потерь. Теплопроводность в сердцевине изделия отсутствует, и нужно добиться, чтобы как можно больше энергии альфа-распада переходило в излучение, — объясняет Петр Борисюк.
К сожалению, это занимает тысячи и миллионы лет.
Это также требует очень много денег, чтобы контролировать безопасность в течение этих многих лет. Так как мы используем графитовые реакторы, Англия создала 95000 тон графитовых блоков содержащих радиацию. Этот графит только один из форм углерода, простой и стабильный элемент, но если положить эти блоки в высоко радиоактивное место, то тогда часть углерода превращается в углерод14.
Углерод14 может превратиться обратно в обычный углерод12 когда её дополнительная энергия уйдет. Но это очень долгий процесс потому что период полураспада углерода14 составляет 5730 лет. Это значит, что возможно убрать большинство радиации нагревая их - большинство радиации выходит как газ, который потом может быть собран.
Оставшиеся графитовые блоки все-равно радиоактивны, но не так сильно, это значит, что утилизировать их будет проще и дешевле. Радиоактивный углерод14 в форме газа, может быт переделан при низких давлениях и высоких температурах в алмаз - это еще одна форма углерода. Искусственные алмазы, сделанные из радиоактивного углерода, излучают поток бета-излучения, которое может создать электрический ток.
Это дает нам ядерную энергию алмазной батареи. Там нет движущейся частей, ее не надо обслуживать, алмаз просто производит электричество. Так как алмаз самое твердое вещество на свете, то ни какое другое вещество не может дать такую защиту для радиоактивного углерода14.
Поэтому снаружи можно обнаружить очень маленькое количество радиации. Но это почти то же самое количество радиации, сколько выделяет банан, так что оно совсем безопасно. Эти бриллиантовые батареи будут лучше всего использованы там, где нельзя менять обычные батарей.
Учёные НИТУ «МИСиС» под руководством профессора кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников Виктора Мурашова представили инновационный автономный источник питания — компактную атомную батарейку, которая может работать до 20 лет. Результаты исследования были опубликованы в международном научном журнале Applied Radiation and Isotopes.
Создана уникальная ядерная батарейка
Заново изобрели электричество: батарейка с сердечником из ядерных отходов будет работать 28 тысяч лет. «Ядерная батарейка» впервые разработана в России, передает РИА «Новости». Атомная термоэлектрическая станция (АТСТ) малой мощности "Елена-М", разработанная в Национальном исследовательском центре "Курчатовский институт", и РИА Новости. Китайский стартап Betavolt представил ядерную батарейку BV100, которая может генерировать электроэнергию в течение 50 лет без необходимости зарядки и обслуживания. 28 тысяч лет без подзарядки: как устроена батарейка на ядерном топливе и насколько она безопасна? Компания Betavolt утверждает, что созданный ею 3-вольтовый прототип атомной батарейки меньше монеты будет работать 50 лет.
Сделано в России
Конструкция ядерной батареи BV100. Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров. "Росатом" изготовил первую опытную партию компактных ядерных батареек. Атомная батарейка состоит всего из двух ключевых компонентов: источника бета-излучения и полупроводникового преобразователя.
В России разработана атомная батарейка
Российские физики разработали определённую систему. В её основе лежит бета-распад никеля-63. В этой системе увеличен токовый сигнал, поскольку регенерация вторичных электронов происходит внутри наноструктурированных плёнок никеля. В процессе окисления этих плёнок на металлическом ядре образуется оксидная оболочка, что увеличивает эффективность источника питания.
Плутоний прочно ассоциировался со смертоносным оружием массового поражения. Но все же у изотопов были слишком разные свойства: 238-й не годился для применения в бомбах. Напротив, чем выше его содержание в «оружейном» 239-м изотопе, тем хуже — эффективность 239-го падает.
Если совсем упростить, — 238-й не способен взрываться. Ученые начали обнаруживать интересные свойства. Кену и Джону повезло — в их распоряжении было передовое оборудование и другие мощности, которые использовали для разработки ядерного оружия во время холодной войны. Установка работала на принципе распада радиоактивного элемента — он нагревался до высоких температур, просто существуя. Так, один грамм оксида плутония-238 238-PuO2 генерирует 0,5 ватта тепловой энергии. Если ее перевести в электрическую, то получим «батарейку».
У каждого изотопа на один или несколько электронов больше, чем нужно. И они, в зависимости от своей структуры, рано или поздно стремятся «отдать» лишнее. При этом выделяется тепло, его и переводили в электрическую энергию. Как пустить тепло по электрическим проводам? На тот момент уже были известны разные методы. Термоэлектрический — если спаять два провода из разных металлов и нагревать один из них, то по ним пойдет ток.
Позже появился термофотоэлектрический — улавливать «детектором» в инфракрасном спектре фотоны. Или даже термоэлектрический конвертер, начинка которого из расплавленных солей натрия и серы при нагреве тоже даст электричество. В общем, перевод энергии из одного вида в другую не был проблемой. Период полураспада — срок жизни изотопов. У 238-го он 87,7 лет. Через этот срок в килограмме лишь половина вещества останется изотопом, а остальная часть избавится от «лишних» электронов и в данном случае превратится в уран-234.
Через еще 87,7 лет останется лишь 250 граммов.
Эффективность работы отдельной ячейки определяется толщиной никелевой фольги и алмазного слоя, который поглощает частицы и ионизируется. В самом деле, если толщина никелевой пластинки слишком велика, бета-частицы не успевают ее покинуть; с другой стороны, сильно уменьшать толщину тоже не выгодно, поскольку вместе с ней уменьшается число производимых частиц.
Похожие аргументы указывают на то, слишком большая или слишком маленькая толщина алмазного барьера тоже не выгодны. Поэтому ученые численно смоделировали каждый из слоев и нашли их оптимальную параметры: оказалось, что эффективнее всего никелевая пластинка работает при толщине около двух микрометров, а алмазный барьер — при толщине около 10 микрометров. Затем ученые изготовили диэлектрические слои нужной толщины, разрезая лазером, полируя и отжигая алмазные кристаллы, и приклеили к ним никелевую фольгу, подложку и электрические контакты.
Каждая ячейка генерировала ток силой всего несколько наноампер, поэтому физики соединили их параллельно. В результате батарея создавала напряжение порядка одного вольта, а сила производимого тока держалось на уровне одного микроампера. Такая мощность отвечает плотности энергии около 3300 милливатт-час на грамм, что в десять раз превышает плотность созданных ранее ядерных батареек на основе никеля-63 и во столько же раз превосходит обычные химические батарейки.
Заметим, что бета-вольтические батарейки не следует путать с радиоизотопными термоэлектрическими генераторами сокращенно РИТЭГ , которые тоже иногда называют радиоактивными батареями. В этих генераторах энергия радиоактивных распадов используется для нагревания различных точек батареи и создания перепада температур, который потом конвертируется в электрический ток с помощью термоэлектрических элементов.
По мнению Betavolt, разработку можно будет использовать в мобильных телефонах их никогда не придётся заряжать! Ядерная батарейка уже проходит испытания и в будущем будет готова к серийному выпуску и использованию в коммерческих продуктах. Правда, конкретные сроки, как и стоимость, пока не озвучены.