Атомная термоэлектрическая станция (АТСТ) малой мощности "Елена-М", разработанная в Национальном исследовательском центре "Курчатовский институт", и РИА Новости. Атомная батарейка, также известная как радиоизотопный генератор тепла (РИГТ), является источником энергии, который использует процесс распада радиоактивных изотопов для.
В МИФИ создали прототип плутониевой батарейки
Около шестидесяти лет назад, в 1953 году, Пол Раппапорт заметил , что для получения электроэнергии можно использовать бета-распад радиоактивных элементов. В ходе этого распада ядра элементов испускают бета-частицы электроны или позитроны , которые могут ионизировать вещество электродов и создать на них разность напряжений. Основанные на этом принципе элементы назвали бета-вольтическими. Главным преимуществом таких элементов перед гальваническими выступает их долговечность — период полураспада некоторых радиоактивных изотопов может составлять десятки лет, следовательно, мощность элемента будет оставаться постоянной в течение всего этого периода. К сожалению, эффективность бета-вольтических генераторов сильно уступает химическим. Тем не менее, радиоактивные генераторы все-таки использовали в 70-х годах для питания кардиостимулятров, однако впоследствии их вытеснили литий-ионные аккумуляторы, дешевизна изготовления которых перевесила долговечность бета-вольтических элементов. В построенном ими элементе бета-частицы испускались радиоактивным изотопом никеля-63, а в качестве поглотителя выступали алмазные барьеры Шоттки. Эффективность батарейки составила примерно десять микроватт на сантиметр кубический, а суммарная мощность достигла одного микроватта — такой мощности достаточно, чтобы питать кардиостимулятор. В то же время, период полураспада никеля-63 составляет около ста лет. Следовательно, в одном грамме батарейки запасено около 3300 милливатт-час, что в десять раз превышает энергию обычной химической батарейки.
Не существующий в природе радиоизотоп никель-63 обладает уникальными свойствами мягкого бета-излучения без опасного гамма-излучения. Изотоп никеля-63 первоначально наработали с помощью облучения стабильного изотопа никель-62 в исследовательском реакторе ИВВ-2М Института реакторных материалов входит в научный дивизион «Росатома». В Радиевом институте имени В. Хлопина, также входящем в научный дивизион «Росатома», полученный материал очистили и создали рабочий газ для каскада газовых центрифуг Электрохимического завода.
Дальше процитируем пресс-релиз: "Радиоизотопы выделяют большое количество тепла. Благодаря неупругому рассеянию, возникающему из-за присутствия монокристаллического алмаза, конструкция предотвращает самопоглощение тепла радиоизотопом и обеспечивает быстрое преобразование в электроэнергию". Фото: Nano Diamond Battery Тесты, проведенные в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса и Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, подтвердили, что атомная батарейка безопасна для человека и окружающей среды: радиационный фон вокруг нее остается в норме. А алмазная оболочка выполняет дополнительную функцию — защищает устройство от возможных повреждений. По их заверениям, энергоэффективность атомных батареек настолько высока, что их можно ставить в пару с литиевыми аккумуляторами — и Nano Diamond Battery будет не только питать устройство, но еще и подзаряжать аккумулятор. По заявлениям представителей стартапа, с двумя компаниями уже заключены предварительные контракты на поставку атомных батарей, правда, названия этих компаний пока держатся в тайне. Если предположить, что все действительно обстоит именно так, как нам обещают, то на горизонте маячит событие невероятного, глобального масштаба: полный переворот всей энергетики человечества. В самом деле: абсолютно все конечные устройства, потребляющие электричество, — смартфоны, компьютеры, кардиостимуляторы, телевизоры, стиральные машины, автомобили, станки, космические корабли и что еще можно придумать — перестанут нуждаться во внешнем питании на ближайшие 28 тысяч лет.
Первые батареи такого типа появятся в продаже в конце этого года. 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.
Российские ученые создали уникальную атомную батарейку
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.
Такие источники энергии могут работать без подзарядки в течение нескольких лет. Об этом пишет издание Applied Physics Letters. Российские физики разработали определённую систему.
В её основе лежит бета-распад никеля-63.
Они уже давно используются в космических аппаратах — например, запущенные в 1977 году «Вояджеры» работают на энергии, получаемой в результате распада радиоактивного элемента плутоний-238. Также от такого источника питания, до своей кончины в атмосфере Сатурна, работала межпланетная станция «Кассини». Как правило, ядерные батареи используются в космической технике, которая улетает далеко от Солнца и не может питаться от солнечных аккумуляторов. Легендарные «Вояджеры» работают на ядерной энергии Статья в тему: Малый модульный ядерный реактор — революция в ядерной энергетике? Насколько опасны ядерные аккумуляторы По словам представителей Betavolt, разработанный ими ядерный аккумулятор полностью безопасен для людей и окружающей среды. Они объяснили это тем, что конструкция имеет многослойную структуру и не может облучать людей, а также защищена от возгорания. После истечения срока службы длительностью около 50 лет, ядерный материал полностью разложится. Это значит, что если установить его в смартфон, он не будет резко выключаться на морозе, как это делают многие популярные модели. Также компактный размер и 5-миллиметровая толщина позволят сделать смартфоны тоньше и легче.
Освободившееся место можно будет использовать для установки улучшенной системы охлаждения, хорошей камеры и так далее.
Новая батарейка преобразует энергию радиоактивного распада в электрическую и может использоваться для питания микроэлектронной аппаратуры. 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.
Атомные батарейки и зарядка по Wi-Fi: будущее рынка сохранения энергии
Российские учёные из НИТУ "МИСиС" создали атомную батарейку, способную прослужить до 50 лет. В итоге атомная батарейка способна проработать не менее 50 лет. Ядерная батарейка на основе радиоизотопного термо электрического генератора РИТЭГ изобретен и применяется в космосе и в МО более 50 лет.
От смартфона до ракеты. Учёные создали "вечную" атомную батарейку
Конструкция ядерной батареи BV100. Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров. В 1975 г. был впервые имплантирован кардиостимулятор РЭКС-А1, где источником питания служила плутониевая атомная батарейка. В Китае создали компактную ядерную батарею, которая может проработать 50 лет.
В России создана миниатюрная и долговечная атомная батарейка
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 процессе испытаний радиационный фон оставался в норме. А алмазная оболочка дешевые искусственные алмазы успешно защищала корпус от возможных повреждений. Еще один положительный момент — работающая батарейка не выделяет углекислый газ. Безопасность и эффективность бета-гальванической батареи подтвердили в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса и Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Внутренний стержень «фонит» до 28 000 лет, поэтому элементы питания будут работать гораздо дольше, чем техника, в которую они установлены. Теоретически они могут работать совместно с литий-ионными батареями, установленными на большинстве современных устройств.
При работе «алмазная» батарейка будет передавать излишки электричества литиевому аккумулятору. Наша разработка полностью заряжала бы вашу батарею с нуля пять раз в час.
При этом они втрое уменьшили размеры и одновременно увеличили энергоемкость в 10 раз. Но они пока не готовы сказать, когда подобные решения появятся в массовом производстве.
Это тоже интересно:.
Такие исследования проводили в 2019 году британские ученые. Активно занимались проблемой уменьшения габаритов источников питания в США. Там получены два прототипа бета-гальванических батарей пока еще мощнее российских. Работают американские изделия по схожему принципу — преобразовывают радиоактивное бета-излучение в электрический ток. Прототипы атомной батарейки NDB испытывались в Ливерморской национальной лаборатории и в "атомной" лаборатории Кембриджского университета. В компании NDB разработчик батарейки полагают, что источник позволит "вечно" снабжать энергией хоть смартфон, хоть крылатую ракету, находящуюся долгое время в автономном полете к цели. Создатели атомных батареек уже добились большого прогресса в уменьшении габаритов. Американская батарейка, к примеру, не превышает в размерах обычный микрочип, не требует обслуживания. Она позволяет обеспечивать значительным количеством электроэнергии целую серверную крупного предприятия.
Единственный недостаток американского устройства — быстро выходит из строя. С появлением мобильных атомных источников питания эксперты ожидают настоящий бум " на рынке мобильной электроники. Электронные гаджеты разного типа смогут оснащаться не только упрощённой версией атомной батарейки, но также и более сложной конфигурацией с повышенной выработкой электроэнергии.
А еще он первым сделал снимки спутников Юпитера и Сатурна. Стоит рассмотреть миссию «Кассини-Гюйгенс» — она проработала почти 20 лет, передала без малого полмиллиона снимков и 635 гигабайт разных данных. Станция несла зонд, который спустился на поверхность Титана спутник Сатурна, на котором есть вода в стабильном состоянии и прислал фото с нее. На борту было 32,8 килограмм чистого и свежего 238-го. Затраты на миссию вышли больше, чем в 3,2 миллиарда долларов, так что плутония было «всего» миллионов на 50.
Но самое важное — такое количество вещества ни одна страна в мире не могла произвести и за пару лет. Станция имела мощность 880 ватт в 1997 и около 670 ватт в 2010. Но это лишь тепло; в начале миссии установка выделяла 292 Ватта электроэнергии. Большую эффективность при меньшем размере. Нет, период полураспада никуда не делся, но с ним проще «работать», если можно с легкостью рассчитать батарею для космического аппарата с серьезным запасом мощности на пару десятилетий, а то и больше. В батарейке МИФИ несколько иной принцип действия — изотоп в вакуумной камере нагревается до 1500 градусов Цельсия и начинает светиться. Вся поверхность капсулы усеяна наносферами из вольфрама — одного из самых тугоплавких материалов в мире напылять его приходится около 100 часов, чтобы обработать капсулу размером с обычное ведро. Это несколько изменяет спектр излучения в нужном направлении и повышает эффективность изобретения.
Вокруг капсулы еще одна камера, вся поверхность которой покрыта фотоэлементами. Они схожи по своей природе с солнечными батареями, но рассчитаны на длительную работу при высокой температуре и высокой интенсивности излучения. Внутренняя камера нужна для «сдерживания» радиоактивного плутония — она раскаляется до 1500 градусов Цельсия видимый человеческим глазом спектр свечения начинается уже после 527 градусов. Изотоп находится там в вакуумном состоянии. Внешняя камера изнутри усеяна светопоглотителями. Петр Борисюк считает, что при нынешних конфигурациях батарея проработает 10 лет без проблем. А далее могут быть нужны замены элементов, окружающих светящуюся капсулу, проводков, электроники и так далее. По сути, капсулу можно поместить в новый контейнер, и она продолжит работу в новой системе.
Ученые представили установку, которая дает электричество за счет энергии полураспада изотопа плутония.
От смартфона до ракеты. Учёные создали "вечную" атомную батарейку
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.
Сфера применения представленной батареи весьма широка. Ядерные батарейки можно использовать в любые сферах, где есть потребность в автономных источниках энергии с большим сроком службы: медицина, микроэлектроника, ядерная энергетика и другие. В ближайшее время начнется мелкосерийная сборка уникальных ядерных батареек.
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. Например в спутниках для космических исследований или для имплантированных устройств, таких как кардиостимуляторы. Мы просим всех отправлять свои предложения на diamondbattery. Разработка этой новой технологии решила бы много проблем, например: ядерного мусора, чистого электричества и увеличения срока службы батарей. Это перенесет нас в "бриллиантовый век" производства энергии. Очень красивая концепция ученых из Бристоля 2016 года и очень скромная коробочка Росатома возможно? Сложно будет уговорить людей ходить с Фукусимой в кармане, даже если за это начнут доплачивать. Эффективность мирного атома вызывают сомнения, так как в цену условно дешевой атомной энергии не включается стоимость техногенных последствий. Поэтому некоторые страны, в том числе Германия и Япония приняли решение полностью отказаться от использования атома в энергетике. Ведь развивая возобновляемые источники энергии, можно не только полностью отказаться от атомной энергии, но и создать высокотехнологическую отрасль с миллионами высококвалифицированных рабочих мест.
Самый очевидный пример - атомные электростанции, в которых тепло от распада урана-237 превращается в электроэнергию. Такой источник энергии не обязательно должен быть громадным, как АЭС. Например, на космических аппаратах "Пионер" и "Вояджер" установлены вполне компактные энергетические установки, работающие на изотопе плутония. Благодаря им эти аппараты смогли покинуть пределы Солнечной системы и продолжают свой путь во Вселенной. Другой вариант использования энергии распада изотопа - новая технология под названием бетавольтаика. Как она работает? В результате бета-распада ядро изотопа выбрасывает электрон и антинейтрино либо - реже - позитрон и нейтрино излучение попадает в полупроводник, который преобразует его в электрический ток. Аналогичным образом устроена солнечная батарея, только здесь вместо фотонов от Солнца улавливается электрон от изотопа. Почему бетавольтаика так перспективна? Она даёт энергию долго - десятилетиями. Не требует обслуживания. Да, у такой батарейки низкая мощность, но зато высокая энергоёмкость. И тут не нужны тяжёлые радиоактивные изотопы вроде плутония. Бета-распад куда более невинен. Как получить тяжёлый никель Патент на бетавольтаику был получен ещё в 1957 году, но реализовать его удалось только сейчас. Одно дело теория, другое - реально работающий гаджет. Сначала ориентировались на сверхтяжёлый водород - тритий. Но его тяжело загнать в твёрдое состояние, а работать с радиоактивным газом как-то не хочется, - объясняет один из авторов проекта, аспирант химического факультета МГУ им.
Ученые создали атомную батарейку. Она может работать 20 лет
Ученые НИЯУ МИФИ вплотную подошли к созданию ядерной батарейки принципиально нового типа. Миниатюрную атомную батарейку разработали учёные НИТУ «МИСиС». Также известно, что атомная батарейка может быть создана на основе изотопа америций-241, в этом случае устройство будет работать 432 года. Про супер-долгую атомную батарейку с повышенной в 10 раз мощностью". Сейчас ученые патентуют свою технологию производства атомной батарейки на международном уровне.
Что дальше?
- Бесконечное мыло в Китае
- Похожие вопросы
- Вечный заряд: российские ученые создают батарейку, способную работать десятилетиями
- Рекомендуем
- Что еще почитать