Атомная батарейка в современном мире

На данный момент наука прогрессирует и развивается. На сегодняшний день уже изобретена ядерная батарейка. Прослужить такой источник энергии может до 50, а иногда и до 100 лет. Здесь все зависит от размера и какое радиоактивное вещество используется.

В первые заявление об производстве атомной батарейки прозвучало от Росатома. В 2017 году этой компанией на выставке был представлен опытный образец.

Исследователям удалось выполнить оптимизацию слоев ядерной батарейки, которая для выработки электричества использует бета распад изотопа никеля 63.

1 грамм такого вещества содержит 3300 милливатт часов.

Принцип работы атомной батарейки

Атомная батарейка, также известная как радиоизотопный генератор тепла (РИГТ), является источником энергии, который использует процесс распада радиоактивных изотопов для генерации тепла и, в свою очередь, преобразования его в электрическую энергию.

Принцип работы атомной батарейки основан на явлении радиоактивного распада, при котором ядра атомов разлагаются, излучая частицы и энергию. Одним из наиболее распространенных материалов для создания атомных батареек является плутоний-238, который обладает длительным периодом полураспада. Плутоний-238 переходит в уран-234, излучая альфа-частицы. Эти частицы обладают высокой энергией, которая преобразуется в тепло при взаимодействии с окружающей средой.

Создание тепла является ключевым этапом в работе атомной батарейки. Тепло передается через теплообменник к термоэлектрическому преобразователю. Этот преобразователь содержит материалы, способные генерировать электрический ток при разнице температур. Таким образом, тепло от радиоактивного распада плутония-238 передается к одной стороне термоэлектрического преобразователя, создавая разницу температур между его двумя сторонами. Эта разница температур позволяет генерировать электрическую энергию по принципу термоэлектрического эффекта Сибека.

Электрическая энергия, сгенерированная термоэлектрическим преобразователем, используется для питания электрических устройств. Основное преимущество атомных батареек заключается в том, что они обеспечивают стабильный и долгосрочный источник энергии, не требующий замены или перезарядки на протяжении многих лет. Однако из-за использования радиоактивных материалов, атомные батарейки обладают определенными рисками и требуют специальных мер безопасности при их использовании и обращении.

 

Опасны ли ядерные батарейки?

Разработчики утверждают, что подобные элементы питания для обычных граждан являются полностью безопасными. А все потому что конструкция корпуса выполнена добротно.

Известно, что бета излучение вредит организму. Но в созданной ядерной батарейке оно мягкое и будет поглощаться внутри энергетического элемента.

На данный момент специалисты выделяют несколько отраслей в которых планируется использовать ядерную батарейку «Россия А123»:

1. Медицина.
2. Космическая отрасль.
3. Промышленность.
4. Транспорт.

Так же по мимо этим сферам новые долговечные источники энергии можно использовать и в других.

Плюсы ядерной батарейки

Выделяют ряд положительных качеств:

• Долговечность. Смогут проработать до 100 000 лет.
• Способность переносить критические температуры.
• Маленький размер позволит их сделать портативными и использовать в компактной технике.

Минусы ядреной батарейки

• Сложность производства.
• Присутствует опасность облучения. Особенно при повреждении корпуса.
• Дороговизна. Одна ядерная батарейка может стоить от 500 000 до 4 500 000 рублей.
• Доступны узкому кругу людей.
• Небольшой ассортимент.

Исследованием и разработкой ядерных батарей занимаются не только большие компании, но и обычные студенты. Так в Томске студент разработал свой аккумулятор, на ядерной энергетике, который может проработать без подзарядки порядка 12 лет. Работа изобретения основана на распаде трития. Такая батарейка не меняет своих характеристик с течением времени.

Ядерная батарейка для смартфона

На 2019 год выпускают атомные источники энергии для телефонов. Выглядят они так как показано на картинке ниже.

Напоминают некую микросхему, которая вставляется в специальные разъемы в мобильнике. Такая батарея способна проработать 20 лет. Причем все это время ее не нужно заряжать. Подобное возможно за счет процесса ядерного деления. Правда многих такой источник энергии может испугать. Ведь всем известно, что радиация вредна и разрушает организм. И таскать такой телефон рядом с собой на протяжение суток мало кому понравится.

Но как утверждают ученые такая ядерная батарея полностью безопасна. Так как в качестве активного вещества задействован тритий. Его излучение, появляющееся при распаде, является без вредным. Посмотреть работу трития можно на светящихся в темноте кварцевых часах. Выдерживает батарейка мороз в минус 50 градусов. Так же стабильно функционирует при плюс 150 C⁰. При этом ни каких колебаний в ее работе отмечено не было.

Неплохо под рукой иметь такой аккумулятор хотя бы для того чтобы подзарядить телефон на обычной АКБ.

Напряжение такой батареи колеблется от 0,8 – 2,4 вольт. Так же она генерирует от 50 до 300 нано ампер. И все это происходит на протяжение 20 лет.

Емкость рассчитана следующим образом: C = 0,000001W * 50 лет * 365 дней * 24 часа / 2V = 219mA

На данный момент АКБ оценивается 1 122 доллара. Если перевести на рубли по нынешнему курсу (65,42), то это выйдет 73 400 рублей.

Где используются ядерные батарейки?

Область применения практически такая же, как и у обычных элементов питания. Применяют их в:

• Микроэлектронике.
• Датчиках давления и температуры.
• Имплантантах.
• В качестве повербанков для литиевых элементов.
• Системах идентификации.
• Часах.
• SRAM памяти.
• Для питания процессоров малой мощности, например, FPGA, ASIC.

Это не единственные устройства в будущем их список заметно расширится.

Ядерная батарейка на никеле 63 и ее характеристики

Данный атомный источник энергии, выполненный на 63 изотопе может прослужить до 50 лет. Работает она за счет бета вольтоического эффекта. Он практически похож на фото электрический эффект. В нем электронно дырочные пары в кристаллической решетке полупроводника создаются под действием быстрых электронов или бета частиц. А при фотоэлектрическом эффекте они появляются под воздействием фотонов.

Атомная батарейка на никеле 63 производится за счет процесса облучения в реакторе мишеней из никеля 62. Исследователь Гаврилов утверждает, что на это уходит около 1 года. Нужные мишени уже имеются в Железногорске.

Если сравнивать новые российские ядерные батарейки на никеле 63 с литий-ионными элементами питания, то они будут в 30 раз меньше.

Специалисты утверждают, что эти энергетические источники безопасны для человека так как выделяют слабые бета лучи. К тому же они не выходят наружу, а остаются внутри устройства.

Такой источник питания на данный момент отлично подойдет для медицинских кардиостимуляторов. Но вот о стоимости разработчики не говорят. Но можно подсчитать ее и без них. 1 грамм Ni-63 на данный момент стоит примерно 4000$. От сюда можно сделать вывод что на полноценную батарею потребуется очень много денег.

Состав ядерной батарейки

Никель 63 добывают из алмазов. Но чтобы получить данный изотоп потребовалось создать новую технологию по нарезке прочного алмазного материала.

Вообще ядерная батарея состоит из излучателя и отделенного с помощью специальной пленки коллектора. Когда идет распад радиоактивный элемент выпускает бета излучение. В итоге происходит его положительный заряд. В это время коллектор заряжается отрицательно. После чего появляется разность потенциалов и образуется электрический ток.

По сути наш атомный элемент питания представляет из себя слоистый пирог. Промеж 200-т алмазных полупроводников стоят 200 источников энергии, выполненных из никеля 63. Высота источника энергии составляет около 4 мм. Его вес равен 250 миллиграмм. Маленький размер — это большой плюс для Российской атомной батарейки.

Сложно отыскать нужные габариты. Большая толщина изотопа не даст появившимся в нем электронам выйти. Маленькая толщина не выгодна, так как снижается количество бета распадов в единицу времени. То же самое и с толщиной полупроводника. Лучше всего батарейка функционирует при толщине изотопа около 2-х микрон. А алмазного полупроводника 10 микрон.

Но то что удалось достигнуть ученым на данный момент не является пределом. Выхлоп можно повысить еще минимум в три раза. А это значит, что ядерную батарейку можно сделать в 3-и раза дешевле.

Ядерная батарейка на углероде 14 работающая 100 лет

У данной атомной батарейке по сравнению с другими радиационными источниками энергии имеются следующие преимущества:

1. Дешевизна.
2. Экологическая чистота.
3. Долгий срок работы до 100 лет.
4. Низкая токсичность.
5. Безопасность.
6. Способна работать в экстремальных температурных условиях.

Радио активный изотоп углерод 14 имеет период полураспада 5700 лет. Он абсолютно не токсичен и имеет низкую стоимость.

Активную работу по модернизации ядерной батарейки ведут не только США и Россия, но и другие страны! Исследователи научились наращивать пленку на карбидной подложке. В результате чего подложка подешевела в целых 100 раз. Такая структура устойчива к радиации, а это делает данный энергетический источник безопасным и долговечным. Применяя карбид кремния в ядерные батареи можно добиться ее работы при температуре в 350 градусов Цельсия.

Таким образом ученым удалось создать атомную батарейку своими руками!

 

 

 

 

 

 

 

Batareykaa.ru