Срок службы такой батарейки составляет не менее 50 лет, стоимость – около 4000 долларов. Изотоп никель-63 (63Ni) давно привлекает внимание инженеров как перспективный энергоисточник для атомных батареек. Российские учёные из НИТУ "МИСиС" создали атомную батарейку, способную прослужить до 50 лет.
Неоружейный плутоний: российские ученые создали уникальную ядерную батарейку
Изотоп никель-63 (63Ni) давно привлекает внимание инженеров как перспективный энергоисточник для атомных батареек. Атомная батарейка состоит всего из двух ключевых компонентов: источника бета-излучения и полупроводникового преобразователя. Как будто концепции ядерных батарей недостаточно, есть и более эксцентричная идея — создавать батареи из искусственных наноалмазов. Китайский стартап Betavolt представил ядерную батарейку BV100, которая может генерировать электроэнергию в течение 50 лет без необходимости зарядки и обслуживания.
В России разработана атомная батарейка
Радиоактивный элемент наносится с двух сторон так называемого планарного p-n-перехода, что позволяет упростить технологию изготовления элемента, а также контролировать обратный ток, который «крадёт» мощность. Микроканальная структура обеспечивает увеличение эффективной площади преобразования бета-излучения в 14 раз. Изделие способно работать до двадцати лет.
Об этом пишет издание Applied Physics Letters. 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.
Российские ученые оценили созданную в Китае ядерную батарейку Фото с сайта betavolt. Устройство размерами 15х15х5 миллиметров меньше рублевой монеты способно в течение 50 лет выдавать напряжение три вольта — вдвое больше, чем стандартная пальчиковая батарейка.
Ядерная батарейка работает на изотопе никель-63.
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. Построенная исследователями ядерная батарейка состоит из двухсот ячеек, в которых радиоактивные пластинки никеля-63 чередуется с алмазными барьерами, подложками и электрическими контактами. Эффективность работы отдельной ячейки определяется толщиной никелевой фольги и алмазного слоя, который поглощает частицы и ионизируется.
Сделано в России
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: Дешевизна. Долгий срок работы до 100 лет. Низкая токсичность. 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!
Полониевые батареи и сейчас используются в космических аппаратах, только их КПД оставляет желать лучшего. КПД батарей российских учных теоретически могут дать куда больший результат. Атомную батарейку можно применять в нескольких режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах длительное время. В бытовых приборах она тоже могла бы сослужить службу, но из-за потенциальной опасности для здоровья человека вдруг, кто-то решить разобрать часы или мобильный телефон с таким источником питания , делать это нецелесообразно.
Кроме того, никель-63 испускает мягкое бета-излучение, поэтому для него легко создать физическую защиту.
Это делает применение никеля-63 достаточно доступным. Ранее телеканал «Санкт-Петербург» сообщил , что китайская компания BOE представила на Европейской выставке профессионального аудиовизуального оборудования уникальный монитор, который позволяет видеть 3D-изображения без очков.
Подробности — в материале Selectel. Американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая способна проработать тысячи лет.
Это не теория, сейчас разработку переводят на коммерческую основу. Несколько недель назад разработчик завершил тестирование, убедившись в работоспособности системы. 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.
От смартфона до ракеты. Учёные создали "вечную" атомную батарейку
Миниатюрную атомную батарейку разработали учёные НИТУ «МИСиС». Первую опытную партию ядерных батареек для космоса и авиации изготовил «Росатом». 28 тысяч лет без подзарядки: как устроена батарейка на ядерном топливе и насколько она безопасна?
Российские учёные создали прототип ядерной батарейки, которую можно не заряжать годами
Атомную батарейку, которая эффективно сможет работать десятки лет, продлевая работоспособность космических и глубоководных приборов, создали ученые НИТУ «МИСиС». Образец "ядерной батарейки" состоял из двухсот алмазных преобразователей, чередуемых слоями фольги из никеля-63 и стабильного никеля. Заново изобрели электричество: батарейка с сердечником из ядерных отходов будет работать 28 тысяч лет.
Российские учёные создали атомную батарейку повышенной мощности
- В России разработана атомная батарейка / ИА REX
- Почему не делают смартфоны и ноутбуки на атомных батарейках? И могут ли они появиться в будущем?
- Рекомендуем
- Правила комментирования
В МИФИ создали прототип плутониевой батарейки
Физики оптимизировали толщину слоев ядерной батарейки, использующей для производства электрической энергии бета-распад изотопа никеля-63. Области применения ядерных батарей разнообразны: в ближайшем будущем ядерные батарейки станут незаменимы на территориях, удаленных от инфраструктуры, например. Про супер-долгую атомную батарейку с повышенной в 10 раз мощностью".
Атомная батарейка. 80 лет без подзарядки
Такая атомная батарейка будет экологически безопасна и безвредна для человека за счёт производимого мягкого бета-излучения (и отсутствия опасной гаммы). Мощность ядерной батарейки Betavolt на данном этапе составляет 100 микроватт, а напряжение — 3 Вольта. Учитывая, что батарейка которая указана в новости будет в продаже только в конце этого года, скорее у вас была другая батарейка, и может не ядерная, хз. Новость «Ученые разработали атомную батарейку для космических кораблей» вызвала бы определенный интерес. Ученые НИЯУ МИФИ вплотную подошли к созданию ядерной батарейки принципиально нового типа.
Похожие вопросы
- Российская армия получит портативные атомные источники электропитания военной техники
- Создана уникальная ядерная батарейка | Наука и жизнь
- Без зарядки 50 лет: в Китае разработали ядерную батарею
- Атомная батарейка в современном мире
Российские ученые создали уникальную атомную батарейку
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. В настоящий момент разработка МИСиС проходит процедуру международного патентования, а сам вуз признан зарубежными экспертами «одним из ключевых участников мирового рынка бетавольтаических батарей».
Потенциальные области применения таких батареек — космическая техника, медицина, телекоммуникационное оборудование, продукция военно-промышленного комплекса, объекты промышленности и инфраструктуры. Старший вице-президент АО ТВЭЛ по научно-технической деятельности, технологии и качеству Константин Вергазов считает, что разделение на центрифугах радиоизотопов — перспективное направление, открывающее для атомной промышленности новые рынки.
Источники бета-излучения на основе криптона-85 применяются для точных измерений в метрологии, а вещества с содержанием углерода-14 являются основным средством при изучении метаболизма новых лекарственных и косметических препаратов», — отметил г-н Вергазов. В топливную компанию «Росатома» ТВЭЛ входят предприятия по фабрикации ядерного топлива, конверсии и обогащению урана, производству газовых центрифуг, а также научно-исследовательские и конструкторские организации.
Процесс создания изотопа может занимать несколько лет. Чаще всего производители ядерных батареек не готовят изотопы самостоятельно, а закупают — в России их подготовкой занимаются предприятия «Росатома».
Разрабатывают полупроводниковый элемент. Для создания полупроводников могут использовать кремний, арсенид галлия, германий и другие элементы — тут всё зависит от потребностей. Фактически производитель батарейки создаёт полупроводниковый диод на основе нужного материала. Запускают в конструкцию изотоп.
Тритий — это газ, который закачивают внутрь рабочей камеры. Там он вступает в реакцию со специальной подложкой и начинает излучать бета-частицы. Твёрдые элементы вроде никеля-63 наносят на полупроводник с помощью напыления или приклеивают в виде фольги, хотя это менее эффективно. Потом из батарейки откачивают воздух, чтобы частицы не сталкивались и полезное излучение не уходило в никуда.
Помещают батарейку в защитный корпус. Одна пара «изотоп — полупроводник» даёт довольно низкую энергию. Поэтому, чтобы достигнуть нужной мощности, обычно в батарейке размещают несколько десятков или даже сотен таких пар. Потом конструкция помещается в герметичный защитный корпус, который не выпускает наружу радиационное излучение и защищает саму батарейку от внешних воздействий.
Чем больше пар «изотоп — полупроводник» в батарейке, тем крупнее она в итоге оказывается. Маленькие батарейки, работающие со слабыми токами, могут помещаться, например, в кардиостимулятор — такой проект действительно существовал в США. А вот чтобы собрать батарейку, способную питать условный компьютер, уже нужна конструкция весом как минимум в несколько килограммов. Примерно как десять смартфонов, сложенных друг на друга.
А ещё защитный корпус с толщиной стенки около сантиметра». Если используемый изотоп более мощный и выдаёт больше энергии, с ним можно сделать более компактную батарейку. Скажем, элементы питания для тех же кардиостимуляторов делались на основе более активного плутония и потому занимали очень мало места. Но и защита у мощных изотопов должна быть сложнее, а ещё интенсивное излучение изнашивает элементы батарейки.
А это надёжно? Защитный корпус батарейки проектируют с учётом условий эксплуатации. А ещё учитывают, какой именно изотоп используется внутри. Например, тритий даёт довольно слабое излучение, поэтому делать огромный корпус с толстыми стенками для него не нужно.
А вот для плутония нужна куда более серьёзная защита: его рекомендуют применять только там, где минимален риск потенциальной аварии. А для гипотетического бытового применения можно использовать изотопы с низкими энергиями, например тритий или никель-63. Защитные корпуса для них могут быть тоньше и меньше, ведь глубина проникновения излучения очень низкая. Даже если человек случайно возьмёт в руки никель-63, ему будет достаточно просто помыть руки, чтобы избежать негативного влияния».
Корпус разрабатывают так, чтобы он мог выдерживать большие нагрузки: перепады давления вплоть до полного вакуума, повышенные и пониженные температуры, удары и катаклизмы.
Как отмечают авторы опубликованного видеоролика, плутоний излучает 87 лет, а, например, америций-241 — 432 года. Планируемая мощность батареи может достигать 500 Вт. Этого достаточно, чтобы, к примеру, обеспечить метеостанцию на Крайнем Севере, отмечают автора ролика.
Создана самая маленькая ядерная батарея — с ней смартфоны будут работать 50 лет без подзарядки
Самый очевидный — тепло: делящийся материал может разогреваться сам, а может разогревать окружающие его субстанции за счет торможения в них продуктов распада. Последние представлены альфа- ядро гелия, два протона и два нейтрона или бета-частицами высокоэнергетический электрон или позитрон. Кроме того в результате распада могут излучаться гамма-частицы высокоэнергетический фотон и свободные нейтроны. Для выработки электричества чаще всего используется тепло. Наиболее эффективный способ — испарить воду, которая, расширяясь будет крутить турбину. Теоретически при этом можно перевести до 30-40 процентов тепла в электричество. Но для компактной «батарейки» такой метод не подойдет, нужны способы прямой конвертации — без промежуточного носителя. В них делящийся материал нагревает термопару, которая генерирует электрический ток между двумя разнородными проводниками с отличающейся температурой эффект Зеебека. Они довольно широко используются в космонавтике, а также на Земле в отдаленных от цивилизации местах.
И спрос на такие источники питания для космических проектов будет безграничным. Самый больной вопрос — когда будет налажен широкий промышленный выпуск атомных батареек. Оптимисты, которых немало в России, надеются, что первые партии будут получены уже в 2021 году. Параллельно ведутся исследования по удешевлению стоимости атомных источников питания. 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.
Этот прорыв ставит его «далеко впереди» всех других европейских и американских академических и коммерческих учреждений, отмечается в публикации. При этом инженеры уверяют, что устройство безопасно для людей: в нем используется никель и алмазные полупроводники, уточняет «Газета. Компания планирует начать массовое производство батареи в этом году, а через год планирует представить еще более мощную версию. Отмечается, что по мере совершенствования разработки мы вскоре можем увидеть батареи для смартфонов, которые не требуют подзарядки.
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:.