28 тысяч лет без подзарядки: как устроена батарейка на ядерном топливе и насколько она безопасна? Российские ученые создали атомную батарейку энергия которой выше в 10 раз по сравнению с предшествинниками.
Российские ученые создали атомную батарейку, которая может работать 20 лет
Отмечается, что ядерные батарейки работают за счет преобразования в электричество энергии распада метастабильных ядер. Мощность ядерной батарейки Betavolt на данном этапе составляет 100 микроватт, а напряжение — 3 Вольта. Атомная батарейка, также известная как радиоизотопный генератор тепла (РИГТ), является источником энергии, который использует процесс распада радиоактивных изотопов для. Про супер-долгую атомную батарейку с повышенной в 10 раз мощностью". И вот очередная громкая новость: американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая способна проработать тысячи лет. В Китае изобрели атомную батарейку BV100, которая может работать до 50 лет без подзарядки.
В России создана миниатюрная и долговечная атомная батарейка
Ядерная батарейка работает на изотопе никель-63. Компания планирует наладить выпуск батарейки и ее модификаций для массового использования в смартфонах и даже медицинских устройствах. Впрочем, российские ученые в перспективности проекта коллег из Поднебесной сомневаются.
Однако она дает представление о будущих применениях. В частности, Betavolt предполагает, что при соблюдении соответствующих норм атомные батарейки могут использоваться потребителями для питания таких устройств, как мобильные телефоны, предлагая альтернативу частой подзарядке обычных аккумуляторов. Батарея не генерирует внешнего излучения, не воспламеняется и не взрывается в ответ на раздражители. Эта особенность также открывает путь к потенциальному применению в медицине, например, в кардиостимуляторах и искусственных сердцах. Что касается сроков, то сказать сложно. Однако известно, что в настоящее время BV100 находится на стадии опытной эксплуатации, а в планах — серийное производство.
В будущем Betavolt также планирует разработать более мощные батареи, а также изучить возможность использования различных радиоактивных изотопов для различных целей.
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.
Срок службы данных изделий составляет пятьдесят лет. Об этом сообщает Fresh-News. Источником энергии для уникальных батареек послужил изотоп никеля-63.
«Это совершенно безопасно» — в Китае создали ядерную батарейку размером меньше монеты
Первопроходцем в этом деле стала межпланетная станция «Пионер-10», отправленная в космос 3 марта 1972 года. Перед запуском они выдавали 155 Вт электроэнергии, но при подлете к Юпитеру показатель снизился до 140 Вт. Этого было более чем достаточно для работы систем, потреблявших 100 Вт, но к 2001 году энергии уже едва хватало на поддержание функционирования лишь некоторых модулей. До этого новые системы прошли обкатку в спутниках на околоземной орбите. Каждый из космических аппаратов получил по три РИТЭГа общей электрической мощностью 470 Вт на момент запуска с перспективой снижения электрической мощности в два раза примерно через 88 лет. Источниками энергии стали 24 спрессованные сферы из оксида плутония. Плюс на борту имелось по девять нагревателей RHU их может быть и больше, они устанавливаются точечно в рассчитанных местах. Инженерам приходилось решать проблемы с нагревом в тысячи градусов как в случае с новой системой, так и в прошлом и будущем Спустя пару лет после запуска «Вояджеров» США временно вышли из гонки, а СССР, напротив, наращивал количество запущенных спутников — это были аппараты серии УС-А. Но на них устанавливали ядерные энергетические установки БЭС-5 «Бук», работавшие на уране. Их электрическая мощность составляла 3 кВт при тепловой мощности 100 кВт, что заметно превосходило показатели американских систем, работавших по несколько иному принципу. Фото: Los Alamos National Laboratory Срок работы спутников с «Буками» был заметно меньше: он составлял около полугода потом аппарат становился мусором, который летает вокруг Земли до сих пор , и это при более высоком весе ядерного топлива.
Поэтому требовались регулярные запуски, с которыми то и дело не ладилось. На смену БЭС-5 пришли ядерные установки «Топаз», которые были мощнее предшественников более чем в два раза. Однако новые системы получили лишь два спутника, и один из них был уничтожен. Фото: kerbalspaceprogram. Однако какого-то значительного шага вперед с точки зрения эффективности сделано не было. Новые «атомные батарейки» устанавливали в автоматическую межпланетную станцию АМС «Улисс», изучавшую Солнце и Юпитер; в спускаемый зонд «Галилео» для исследования атмосферы Юпитера; в станцию «Кассини-Гюйгенс», которая исследовала Сатурн, его кольца и спутники; в АМС «Новые горизонты», выполняющую программу исследования объектов Солнечной системы. АМС «Улиcс». Китай также предпринял попытки использовать технологию — в АМС «Чанъэ-3» и вездеходе «Юйту», прибывшем на Луну тем же «рейсом». Точно не известно, были это источники питания или обогреватели, так как данные разнятся. Что дальше?
Компания-разработчик Betavolt заявляет, что это первая в мире подобная батарея. Внутри нее содержится 63 ядерных изотопа, при этом ее размер меньше монеты, сообщает газета Independent. Основное преимущество состоит в том, что ни жара, ни холод не могут нанести вред радионуклидной батарее.
Между тем разработчики утверждают, что она совершенно безвредна и безопасна. Действительно ли она безопасна для человека и будет ли производство батареек дорогим, рассказывает доцент кафедры радиохимии химического факультета МГУ Владимир Петров: — Будет дорогой однозначно. Изотоп никеля-63 получают из никеля-62, это один из природных изотопов никеля, но, чтобы этот никель-63 был чистым, нужно из природной смеси изотопов никеля выделить именно никель-62, для массового потребления это будет недешево.
Так как энергия этих электронов не очень большая, то и проникающая способность у них невелика, то есть все, что вылетает из никеля-63, за стенки батарейки не вылетает.
Легче всего его получить из никеля-62, который образуется естественным путём. Поэтому сначала пришлось воспользоваться центрифугой, чтобы увеличить концентрацию никеля-62. Дальше ещё сложнее: целых два года бомбардировали нейтронами никель-62, чтобы часть атомов схватила дополнительную частицу и превратилась в никель-63. Об этом удалось договориться с Ленинградской АЭС. Но далеко не весь металл превратился в нужный изотоп.
Поэтому его разогрели до такого состояния, что он перешёл в газовую фазу, и снова разделили по массе, чтобы увеличить концентрацию никеля-63. Дорогой - это мягко сказано. Одна экспериментальная батарейка стоит от трёх до десяти миллионов рублей. Ещё одна проблема - нанесение никеля-63 на подложку из кремния. Нужно обеспечить слой примерно в 15 нанометров, иначе распад будет поглощаться внутри самого материала. А неэффективно тратить столь дорогой изотоп, конечно, нельзя.
Реакция порой идёт совершенно непредсказуемо и зависит от мелочей вплоть до тряпки, которой протирали стол. Иван показывает на экране чёрно-белые пирамидки. Проверять правильность нанесения приходится с помощью атомно-силового микроскопа, который позволяет контролировать работу с точностью почти до атома. Мощность - 60 микроватт. Для сравнения: чтобы обеспечить энергией обычную лампочку, понадобится примерно десять миллионов таких устройств. Атомная электростанция в сердце У обывателя сразу возникает вопрос: а можно ли на основе этой технологии сделать батарейку для телефона или ноутбука и навсегда забыть фразу "у меня гаджет разрядился"?
Но должен сразу предупредить: по размеру батарейка будет несопоставима с мобильником.
Звучит как фантастика, между тем вот она. Это прототип, но вполне работающий. В камере источника питания капсула для изотопа плутония-238, установка преобразовывает энергию его полураспада в электричество. Для проверки ее работы вполне достаточно имитатора источника из молибдена, но можно ли уже сейчас запитать от установки датчик телеметрии, который необходим для проверки трубопроводов в газовой промышленности? Подключаем контакты, работает! Мы имеем комплект: датчик, запитанный от автономного радиоизотопного источника питания.
Фактически, это открывает нам возможность 20 лет, независимо от внешних условий, получать информацию в данном случае о температуре, о влажности, это может быть коррозионная стойкость, это может быть давление в линейной части нефтегазопровода. Эта информация может быть отражена на мониторе. Этого хватит чтобы обеспечить электричеством, например, метеостанцию на Крайнем Севере, где альтернативные источники энергии использовать очень непросто, особенно Полярной ночью. Области применения ограничиваются только фантазией инженеров. Можем поставить станцию слежения за температурой где-нибудь на отдалённом острове и на протяжении всего периода работы такого источника мы будем получать сигнал. Тепло с помощью особого нанопокрытия превращают в свет, а свет в электрическую энергию. Оригинальность решения ученых МИФИ в использовании специального покрытия.
Российские ученые создали уникальную атомную батарейку
Устройство ядерной батарейки можно сравнить с полупроводниковой солнечной батареей. Конструкция ядерной батареи BV100. Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров. "Росатом" изготовил первую опытную партию компактных ядерных батареек.
Неоружейный плутоний: российские ученые создали уникальную ядерную батарейку
Уникальность атомной батарейки еще и в размере. В сравнении с литий-ионными аккумуляторами, батарейка на основе никеля-63 в 30 раз компактнее. Ядерные батарейки – это источники тока, в которых энергия радиоактивного распада метастабильных ядер преобразуется в электричество. Конструкция ядерной батареи BV100. Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров.
В России создана миниатюрная и долговечная атомная батарейка
| Новости — Российские ученые создали атомную батарейку с зарядом на 20 лет | Группа исследователей из НИТУ «МИСиС» продемонстрировала прототип атомной батарейки, величина которой сопоставима с USB-флешкой. |
| В Китае создали способную работать 50 лет батарейку | Новости мира | Известия | 25.01.2024 | Новости энергетики. Рубрики. Российские специалисты разработали "атомную батарейку", имеющую повышенную мощность. |
| «Это совершенно безопасно» — в Китае создали ядерную батарейку размером меньше монеты | Компания Betavolt утверждает, что созданный ею 3-вольтовый прототип атомной батарейки меньше монеты будет работать 50 лет. |
| Вечный заряд: российские ученые создают батарейку, способную работать десятилетиями | В отличие от литийионных аккумуляторов, атомная батарейка в тридцать раз компактнее и совершенно безвредна для человека. |
Как делают ядерные батарейки и зачем они нужны
Оно прогоняет воздух через охлаждающий элемент и собирает влагу. Несколько ступеней фильтрации избавляют жидкость от грязи и микробов — и стакан чистой воды из воздуха готов. Он вытягивает воду из воздуха, он очищает воду, он использует революционный пластиковый теплообменник", — рассказал изобретатель Алан Дершовиц. Такое всегда происходит в самый неподходящий момент. В России придумали батарейку, которая может бесперебойно работать 28 тысяч лет. Ученые догадались поместить отработанное ядерное топливо в оболочку из искусственных наноалмазов. Она защищает от радиации и превращает энергию распада в электричество.
На атомных батарейках сможет работать все — от смартфонов до электрокаров и поездов. Но насколько безопасен такой элемент питания? И даже человек может в носимых каких-то устройствах использовать. Вопрос, конечно, количества этих устройств", — рассказал руководитель конструкторского бюро Александр Косарев. Ведь жесткие диски хранят информацию в лучшем случае несколько лет. Американские разработчики решили, что пора переходить на вечные флешки.
Их изготавливают из кварцевого стекла. Его можно облить водой, прокипятить, засунуть в микроволновку и облучить мощным магнитом. Данные никуда не денутся.
Разработка имеет специальный корпус из синтетических алмазов, внутрь которого помещен радиоактивный центр, работающий на переработанных ядерных отходах углерода-14. Бета-излучение изотопов преобразуется в электрический ток. Испытания батарейки показали, что радиационный фон остается в норме, а сама она не выделяет углекислый газ. При этом ее стержень «фонит» до 28 тыс. Разные форм-факторы атомных батереек Фото: ndb.
Их конструкция работает на никелевом бета-гальваническом элементе, который служит около 20 лет. Эти элементы можно размещать на одежде и использовать их энергию для зарядки мобильных устройств. Термохимические ячейки Фото: misis. Эти панели можно будет устанавливать в окнах домов и офисов. Они будут аккумулировать энергию солнечного света в течение дня. А в 2020 году Tesla презентовала собственный инвертор солнечной энергии, который дополнит линейку домашних солнечных батарей компании. Он будет преобразовывать солнечную энергию в энергию постоянного тока, а затем — в энергию переменного тока для бытового потребления. В зависимости от числа трекеров точки максимальной мощности, оно сможет выдавать от 3,8 кВт до 7,6 кВт мощности.
Инвертор Tesla Фото: electrek. Система объединит солнечные тепловые коллекторы с параболическими зеркалами фокусируют лучи в одной точке , подземное хранилище тепла в осадочных породах образуются при низких температурах и давлении и электрогенерирующее оборудование на пару в виде трубок и турбины. При нагревании солнцем вода в трубках будет испаряться, а пар будет входить в турбину и одновременно закачиваться под землю, разогревая осадочную породу. Ночью вода под землей будет испаряться уже под воздействием разогретой породы. Получаемый пар используют для выработки электроэнергии. Эту жидкость поместят в баки с теплоизоляцией и низким давлением.
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. Подводя итог, мы, скорее всего, имеем очередную технодурилку типа " Супераккумулятор ", а не прорывное "изобретение" бриллиантового века. Другими словами, применять мирный атом в микроэнергетике - это что свинью брить - визгу много, а шерсти мало!
Атомные батареи предлагаю использовать в качестве источника питания для космических аппаратов, объектов Арктики и кардиостимуляторов. Постоянный адрес новости: eadaily.
Российские физики уплотнили энергию ядерной батарейки в десять раз
Единственная проблема технологии — слишком высокая себестоимость. 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.
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.
Срок службы тритиевых батареек City Labs составляет около 20 лет. За это время их мощность падает примерно втрое. Это амбициозная, но достижимая цель. И тогда даже эти крошечные батарейки смогут пригодиться довольно широкому кругу потребителей». Потребители Батарейки размером с таблетку, причем работающие пару десятков лет, необходимы множеству приборов, которые не нуждаются в сильных токах. Это могут быть микроэлектроника и микроэлектромеханика MEMS космических аппаратов и беспилотников, модули памяти, кардиостимуляторы, датчики для контроля за состоянием инфраструктуры и сенсоры, ведущие длительный мониторинг окружающей среды — особенно в удаленных и труднодоступных районах, где их замена — сложная задача.
Тритий обеспечит питание таких устройств на протяжении многих лет, пока выдерживает полупроводник. Кроме того, современное законодательство запрещает использование радиоактивных источников в пользовательских устройствах. Для работы с такими материалами производителям требуются лицензии — ни у одной российской компании, выпускающей полупроводники, необходимых документов пока нет. Трудно представить себе, какой должна быть конструкция с полной "защитой от дурака"». Сегодня производство бета-вольтаических батареек ограничивается мелко- или среднесерийными партиями. Даже лидер City Labs, насколько известно, выпускает менее 1500 изделий в год. По словам Александра Аникина, стартап таких масштабов вполне может появиться и в России: все технологии у нас уже имеются, дело лишь за спросом на источники тока — слабого, зато, по нынешним меркам, практически вечного. Москва, Большой Саввинский пер.
II; Адрес редакции: 119435, г.
Со слов Сергея Зырянова, руководителя изотопного отдела это единственное в мире предприятие, занимающееся изготовления радиоизотопа в промышленных масштабах. Для производства идеи данных атомных батареек будет использоваться радиоизотоп Никель-63. Сам изотоп добывают в ядерном реакторе из Никеля-62 - природного изотопа. Батареи в основу которых ляжет данное вещество будут производить низкое B-излучение, поглощение которого будет происходить уже внутри источника питания и не будет нести вред живым существам.
В России создали «ядерную батарейку» для космоса и авиации
| В России создали атомную батарейку со сроком службы до 20 лет | Ученые российской атомной отрасли вплотную приблизились к созданию так называемого бета-вольтаического источника питания на основе радиоактивного изотопа никель-63. |
| Российская «атомная батарейка» способна проработать 20 лет! / | Ученые НИТУ «МИСиС» разработали атомную батарейку с повышенной в десять раз мощностью. |
| Telegram: Contact @rosatomru | Атомная термоэлектрическая станция (АТСТ) малой мощности "Елена-М", разработанная в Национальном исследовательском центре "Курчатовский институт", и РИА Новости. |
В МИФИ создали прототип плутониевой батарейки
Мощность ядерной батарейки Betavolt на данном этапе составляет 100 микроватт, а напряжение — 3 Вольта. К 2025 году мощность такого аккумулятора компания планирует довести до 1 Ватта. По мнению Betavolt, разработку можно будет использовать в мобильных телефонах их никогда не придётся заряжать!
За изобретением новой батареи, которая не потребует заряда, будущее для гаджетов. Но смогут ли люди к этому быстро привыкнуть? Рассуждает эксперт по мобильным технологиям Николай Турубар. Николай Турубар эксперт по мобильным технологиям «Это все уже очень быстро решается. Например, блютуз-гарнитура очень долго не могла войти в рынок, хотя была давно известна, давно разработана, но людям не нравилось, когда человек идет по улице и говорит как будто с самим собой. Производители специально сделали светодиоды, чтобы они мигали, чтобы люди видели, что это не бзик, что он говорит не сам с собой, что он говорит в эту штучку, и люди специально прикладывали руку к пустому уху, где гарнитура, чтобы окружающие видели, что это не психоз. Но когда критическая масса была достигнута, все стали ими пользоваться, это уже привычно.
Например, на космических кораблях, которые отходят далеко от Солнца. Внутри устройства — радиоактивный изотоп, который распадается естественным путём и при этом выделяет тепло. Специальные элементы преобразуют это тепло в электричество. РИТЭГ — хорошо изученная технология, но не слишком эффективная. При таком способе преобразования теряется много энергии. К тому же термические преобразователи громоздкие и хрупкие, пользоваться ими не очень удобно. Нужна была более совершенная технология. Электронно-вольтаический эффект и сэндвич-структура.
В 50-х учёные выяснили, что бета-излучение радиоактивных изотопов может генерировать электрический ток, если проходит через полупроводники. На основе этого эффекта начали создавать генераторы. Изотоп испускает частицы, а полупроводниковая часть преобразует эти частицы в энергию», — поясняет Сергей Леготин. С помощью таких «сэндвичей» стало можно создавать источники питания, которые вырабатывали бы энергию в течение многих лет без подзарядки. Но у таких батареек тоже были свои минусы: бета-вольтаические элементы дают довольно слабый электрический ток. Поэтому батарейка может питать только маломощные элементы, а для питания чего-то более мощного нужен целый кластер из множества бета-вольтаических элементов. Со временем полупроводниковые технологии совершенствовались. Стало возможно создавать структуры с улучшенным качеством преобразования энергии изотопа в ток.
Многие современные ядерные батарейки тоже пользуются бета-вольтаическими элементами. Термофотовольтаика и светящиеся капсулы. Ещё одна технология — создавать батарейки на основе альфа-излучения, за счёт принципа, который называется термофотовольтаическим. Изотоп, испускающий альфа-частицы, — чаще всего это плутоний — погружается в специальную капсулу с напылением. Стенки капсулы под воздействием радиации нагреваются до температуры в 1500 градусов по Кельвину. Капсула становится настолько горячей, что её стенки светятся. Этот свет улавливают фотоэлементы, расположенные вокруг капсулы, и преобразуют в электричество. Похоже на солнечные батареи, но вместо Солнца светится капсула с изотопом.
А ещё плутоний даёт намного большие мощности: одна батарейка может выдавать несколько сотен ватт. Хотя есть и свои сложности. Альфа-излучение довольно интенсивное и чаще всего сопровождается гамма-излучением. Под его воздействием понемногу разрушаются узлы батарейки: провода, преобразователи энергии и другие комплектующие. Со временем их понадобится заменять. Например, в плутониевых батарейках оборудование способно «прожить» около 20 лет, хотя период полураспада самого изотопа куда больше — 87 лет. К тому же преобразование тут двойное: тепло превращается в свет, а потом в электричество, и по пути часть энергии теряется.
Опять же, как кто-то в комментах писал: в современном мире нужно обеспечивать безопасность таких источников питания. Как говорил профессор Лозовский, который у меня преподавал в универе: настоящие учёные - это люди, которые удовлетворяют своё любопытство за счёт государства или своих работодателей. Он имел в виду конечно фундаментальную науку, людей, реально тронутых на науке и пытающихся понять, как устроен мир.
«Это совершенно безопасно» — в Китае создали ядерную батарейку размером меньше монеты
| Российские ученые создали уникальную атомную батарейку | Ядерная батарейка на основе радиоизотопного термо электрического генератора РИТЭГ изобретен и применяется в космосе и в МО более 50 лет. |
| Атомные батарейки и зарядка по Wi-Fi: будущее рынка сохранения энергии | Конструкция ядерной батареи BV100. Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров. |