Ученые НИТУ «МИСиС» представили инновационный автономный источник питания — компактную атомную батарейку, которая может работать до 20 лет.
«Это совершенно безопасно» — в Китае создали ядерную батарейку размером меньше монеты
По словам Сергея Леготина, максимум, на что сгодится ядерная батарейка, — это использование ее в качестве аварийного элемента питания резервных датчиков или передачи коротких сигналов. Эксперт допускает, что в будущем появятся модификации батарей для зарядки более ресурсоемкой техники, но сделать их миниатюрными в ближайшей перспективе вряд ли удастся: скорее всего, первый рабочий вариант ядерной батарейки для смартфона будет по размеру больше его самого.
Тонкие слои излучателя чередуются со слоями полупроводников, чтобы улавливать как можно больше бета-частиц, превращая их энергию в ток. Чтобы разместить этот летучий изотоп в устройстве, ученые поступают так же, как и при его нейтрализации на АЭС, — переводят в твердую форму гидрида, связывая металлическим сорбентом. Такая связь легко обратима и при сильном нагревании позволяет получить свободный тритий, а при охлаждении — связать его снова. Впрочем, в обычной жизни нужные температуры встречаются редко, и в пределах сотни градусов в любую сторону от нуля изотоп остается надежно связанным в металле.
В результате долгих и кропотливых экспериментов специалисты научились насыщать сорбент с большой эффективностью, добиваясь стехиометрического отношения металла и трития как 1:2. Материал нужен максимально прозрачный для бета-частиц, но и достаточно емкий по содержанию трития». Преобразователь В атомной батарейке тонкие слои сорбента чередуются со слоями полупроводников, чтобы те могли улавливать как можно больше бета-частиц, превращая их энергию в ток. Проблема в том, что все они "заточены" под создание солнечных панелей. Фотоны уловить сложнее, поэтому полупроводниковые преобразователи там более толстые — бета-частицы через них просто не пробьются». 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.
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.
Стоить самая простая батарейка будет в недалеком будущем примерно 100 долларов. Самые дорогие обойдутся в одну тысячу долларов США. Расширится область применения атомных источников питания с увеличением выпуска электрических автомобилей. Возможно, будет проявлен интерес со стороны компаний Илона Маска.
Выбор в качестве источника энергии несуществующего в природе изотопа «никель-63» неслучаен. Производство батареек запланировано на Горно-химическом комбинате в Красноярском крае. Уникальные характеристики разработанного устройства, его компактность и безопасность позволяют надеяться на его конкурентоспособность на рынке аналогичных источников питания Единственный недостаток батарейки — высокая стоимость. Из-за дороговизны производства никеля-63 на начальном этапе она может составлять несколько миллионов рублей. Однако по мере отработки технологии и налаживании массового производства цена неминуемо сильно упадет.
Батарейка для Севморпути будет работать на плутонии-238
Новая российская атомная батарейка стала в десять раз мощнее и вдвое дешевле аналогов. В 2016 году учёные уже сообщали о разработке прототипа ядерной батарейки на основе никеля-63. Как устроена батарейка на ядерном топливе, и насколько она безопасна? Многоствольные скорострельные пулемёты. Ученые российской атомной отрасли вплотную приблизились к созданию так называемого бета-вольтаического источника питания на основе радиоактивного изотопа никель-63. Новости энергетики. Рубрики. Российские специалисты разработали "атомную батарейку", имеющую повышенную мощность. Как будто концепции ядерных батарей недостаточно, есть и более эксцентричная идея — создавать батареи из искусственных наноалмазов.
В России создали атомную батарейку со сроком службы до 20 лет
Однако такой аккумулятор подойдет для питания множества микроэлектронных устройств. Он уже применяется в системах с ограниченным доступом. В труднодоступных и опасных местах, о которых хочется забыть на пару десятков лет. Стоит один аккумулятор свыше 1000 долларов США. Эта технологии позволила значительно уменьшить токи утечки, а, следовательно, и потребление энергии.
Первоначально high-k диэлектрики планировалось масштабно применять в интегральных схемах, начиная с 2007 года. То есть одновременно с коммерческой реализацией 45-нм техпроцесса. Действительно, по факту первыми центральными процессорами, оснащенными этой технологией, стали решения поколения Penryn. Что дает использование high-k диэлектриков?
Уменьшение токов утечек минимум в 100 раз. Дело в том, что диоксид кремния SiO2 , традиционно использовавшийся в качестве диэлектрика для создания затвора транзистора на протяжении нескольких десятков лет, просто-напросто исчерпал весь свой потенциал. Так, уже при проектировании 65-нм специалистам из Intel удалось создать слой диэлектрика из диоксида кремния толщиной 1,2 нм. Это пять атомных слоев!
Данное достижение очень важно для рынка микроэлектроники, ибо с каждым новым поколением интегральных схем разработчики и Intel в частности все ближе приближаются к физическим возможностям полупроводниковых материалов.
Мы освещаем актуальные животрепещущие темы, что позволяет вам получать полноценную и объективную картину происходящего в политической, экономической сфере, шоу-бизнесе, образовании, культуре и спорта и т. Новости России. Сайты новостей. Какие преимущества предлагает наш портал? Мы может предложить вам такие преимущества: постоянные обновления.
Ежедневно на сайте появляются десятки публикаций — вы всегда сможете найти нужную информацию; простая навигация. Все новости разделены на тематические рубрики.
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. Пока считают, что основное назначение атомной батарейки - питание кардиостимуляторов.
Кому-то покажется страшноватой идея разместить внутри организма миниатюрный аналог атомной электростанции. Но учёные уверяют: устройство абсолютно безопасно. Использование атомной батарейки позволит не менять источник энергии кардиостимулятора раз в 3-4 года, как это делается сейчас, всё-таки операция - штука не самая приятная.
Вдобавок такой кардиостимулятор не раздражает металлоискатель. Ещё эту батарейку можно использовать в космических аппаратах - сейчас там стоят источники энергии, которые работают не больше двух десятков лет. И тогда "Вояджер" или "Пионер" нового поколения сможет улететь ещё дальше - туда, куда человечество никогда не добиралось.
Для чего нужны изотопы 235U и 238U уран-235 и уран-238 - основное топливо для атомных электростанций, ядерное оружие. В смеси с тритием применяется в водородных бомбах.
Сможет она продержаться без подзарядки десятки тысяч лет — разбирался научный обозреватель Николай Гринько.
У него нет разъема для подзарядки, но гаджет все равно исправно работает — день за днем, месяц за месяцем, не требуя подключения к розетке. Спустя несколько лет смартфон сломался, и вы купили новый. Но прежде чем избавиться от старого, вы вынули из него батарейку, вставили ее в новый, и он проработал еще несколько лет.
Вы еще много раз меняли гаджеты, каждый раз используя в них одну и ту же батарейку — ту самую, первую. Затем вы завещали ее сыну. А он — вашему внуку.
Потом она перешла к правнуку, к праправнуку и так далее.
Российские ученые оценили созданную в Китае ядерную батарейку
Они не применяются с 1972 года, а их носителей к 2020-му году осталось менее десятка. Проблема таких устройств в очень низкой эффективности — термопары обеспечивают преобразование лишь считаных единиц процентов тепла в электричество. Есть проекты повышения этого показателя вкупе с удешевлением РИТЭГов: либо за счет добавления фотоэлектрических преобразователей как в солнечных панелях, только для инфракрасного излучения , либо за счет использования двигателей Стирлинга. Использовать продукты распада напрямую для выработки электричества тоже можно, особенно если они имеют заряд альфа- и бета-частицы. Способов много, но проблемы все те же: низкая удельная мощность готового устройства из-за необходимости в экранировании, а также из-за низкой эффективности методов преобразования физика процессов накладывает фундаментальные ограничения. Способов, кстати говоря, так много, что в формате простого ответа на ваш вопрос даже перечислить было бы сложно. Повысить эффективность таких устройств обещают метаматериалы, но прирост эффективности все равно вряд ли превысит десятки процентов. Что же касается высокой стоимости радиоизотопных источников электричества, то она обусловлена сложностями с выбором делящегося материала. Ведь для этого нужны такие вещества, которые при собственной достаточно высокой активности в процессе распада не будут давать чрезмерно активных продуктов и нейтронов, иначе потребуется еще более мощное экранирование.
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? В рамках него планируется разработать систему, которая позволит активнее путешествовать по Солнечной системе. Правда, это уже не «атомные батарейки», а стационарная система на обогащенном уране. Рендер реактора Kilopower с рассеивающим тепло «зонтом». В 2019 году сообщалось о выделении средств — может, в 2024-м появится демонстрационная модель.
Плутоний как топливный элемент Что касается «атомных батареек», то самые эффективные их образцы пока можно найти лишь в научной фантастике.
В настоящий момент разработка МИСиС проходит процедуру международного патентования, а сам вуз признан зарубежными экспертами «одним из ключевых участников мирового рынка бетавольтаических батарей», отмечает пресс-служба университета. С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи. Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? Подпишись , и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию. Вступай в наши группы и добавляй нас в друзья : Поделись позитивом в своих соцсетях Другие публикации по теме.
Поскольку абсолютно все тепло от работающей установки невозможно поглотить и передать на провода, она ощутимо нагревалась. Для космических аппаратов это оказалось даже плюсом — абсолютный минус черного межпланетного пространства уже не страшен.
РИТЭГ давал спутникам и электричество, и тепло. Кстати, в фантастическом фильме «Марсианин» Ридли Скотта главный герой ищет решение — ему нужно поехать на ровере на большое расстояние. Чтобы не замерзнуть по ночам в зависимости от удаленности от полюсов температура там составляет от -80 С до -135 С , он берет с собой в путь небольшой РИТЭГ. 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.
В России создана миниатюрная и долговечная атомная батарейка
Смотрите видео онлайн «Атомная батарейка. 80 лет без подзарядки» на канале «Росатом» в хорошем качестве и бесплатно, опубликованное 17 июля 2023 года в 15:04, длительностью 00. Изотоп никель-63 (63Ni) давно привлекает внимание инженеров как перспективный энергоисточник для атомных батареек. Компания Betavolt утверждает, что созданный ею 3-вольтовый прототип атомной батарейки меньше монеты будет работать 50 лет. По их заверениям, энергоэффективность атомных батареек настолько высока, что их можно ставить в пару с литиевыми аккумуляторами.
Российские ученые создали батарейку, работающую 100 лет
Про супер-долгую атомную батарейку с повышенной в 10 раз мощностью". Принцип атомной батарейки в том, что радиоактивный изотоп, распадаясь, излучает тепло и разогревает капсулу, в которой он находится, до полутора тысяч градусов. Сейчас ученые патентуют свою технологию производства атомной батарейки на международном уровне. Атомная термоэлектрическая станция (АТСТ) малой мощности "Елена-М", разработанная в Национальном исследовательском центре "Курчатовский институт", и РИА Новости. На заводе «Элемаш» в Электростали делают батарейки для ядерных реакторов, которые используют по всему миру. Новая российская атомная батарейка стала в десять раз мощнее и вдвое дешевле аналогов.
Российские ученые создали уникальную атомную батарейку
Статья опубликована в журнале Diamond and Related Materials. Обычные батарейки , которые используют для питания часов, карманных фонариков, игрушек и других сравнительно небольших автономных электрических приборов, получают электрическую энергию с помощью химических реакций. В ходе этих реакций, которые называют окислительно-восстановительными , заряд «перетекает» через электролит с одного электрода на другой, и на электродах возникает разность потенциалов. Если соединить концы батарейки проводом, электроны постараются перераспределиться так, чтобы разность потенциалов исчезла — по проводу потечет ток. Химические батарейки, которые также называют гальваническими элементами , обладают высокой эффективностью отношением мощности создаваемого тока к массе , но сравнительно быстро разряжаются, и это заметно ограничивает их автономную работу. Конечно, при определенной конструкции химических элементов их можно перезаряжать тогда их называют аккумуляторами , однако даже в этом случае батарейку нужно как-то соединить с зарядным устройством, что иногда не очень удобно — например, если она обеспечивает питание кардиостимулятора. Очевидно, что остановить его работу, чтобы заменить элемент питания, невозможно. К счастью, электрическую энергию можно получать не только в химических реакциях.
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.
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.
Новая разработка имеет бетавольтаический элемент с двусторонним нанесением радиоактивного элемента и оригинальной трехмерной структурой, из-за чего данный источник питания имеет небольшие размеры, повышенную удельную мощность, а также низкую себестоимость при массовом производстве. В перспективе новинку можно будет применять как источник питания в том числе и аварийный , а также датчик температуры, в разного плана устройствах, эксплуатация которых подразумевается в труднодоступных и удаленных местах с экстремальными температурами - космос, высокогорье, большие водные глубины.
В процессе радиоактивного распада он превращается в изотоп медь-64. В природе изотопа никель-63 не существует. Он получается в специальных ядерных реакторах, поэтому цена 1 г изотопа запредельная.
Явно не для батареек смартфонов. Вечерний 3DNews Каждый будний вечер мы рассылаем сводку новостей без белиберды и рекламы. Две минуты на чтение — и вы в курсе главных событий.
В Красноярском крае разработана атомная батарейка, работающая 50 лет
| Российские ученые сделали уникальную атомную батарейку - Hi-Tech | Такая атомная батарейка будет экологически безопасна и безвредна для человека за счёт производимого мягкого бета-излучения (и отсутствия опасной гаммы). |
| Атомная батарейка: разработан прототип, способный держать зарядку тысячи лет | На заводе «Элемаш» в Электростали делают батарейки для ядерных реакторов, которые используют по всему миру. |
| Неоружейный плутоний: российские ученые создали уникальную ядерную батарейку | Новости энергетики. Рубрики. Российские специалисты разработали "атомную батарейку", имеющую повышенную мощность. |
| Ядерная батарейка | Атомные батареи Betavolt могут удовлетворить потребности в долговременном энергоснабжении при различных сценариях, таких как аэрокосмическая промышленность. |
| Почему ядерные батарейки так и не стали популярны? История почти забытой технологии | Российские учёные из НИТУ "МИСиС" создали атомную батарейку, способную прослужить до 50 лет. |
Курсы валюты:
- Неоружейный плутоний: российские ученые создали уникальную ядерную батарейку
- Атомная батарейка. 80 лет без подзарядки
- Что за ядерную батарейку создали российские учёные?
- Создана самая маленькая ядерная батарея — с ней смартфоны будут работать 50 лет без подзарядки
Навигация по записям
- Мини-атомная электростанция
- От смартфона до ракеты. Учёные создали "вечную" атомную батарейку
- От смартфона до ракеты. Учёные создали "вечную" атомную батарейку
- Российские физики уплотнили энергию ядерной батарейки в десять раз
- Гамулятор • Новый вариант атомной батарейки или "РИТЭГ второго поколения" (с)
Создана самая маленькая ядерная батарея — с ней смартфоны будут работать 50 лет без подзарядки
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. Ведь существующие сейчас прототипы собираются использовать в довольно суровых условиях. Даже если с источником питания что-то случится — контур закрытый, и радиация не выйдет наружу. А ещё современные батарейки оснащают системами контроля обстановки, в том числе мониторингом радиационного фона и геолокацией. Так можно следить за работой устройства, даже если оно находится в космосе или на дне океана.
Для чего нужны такие батарейки Ядерные батарейки способны бесперебойно питать элементы годами, пока не достигнут периода полураспада радиоактивного изотопа. Для трития это 12 лет, а для никеля-63 — около 100. И даже после этого батарейка не перестанет работать совсем, просто её мощность упадёт вдвое. На протяжении всего срока службы её не надо подзаряжать или заменять источники питания, она полностью автономна. Реактор для кофеварки Поэтому ядерные батарейки можно использовать для питания критичных узлов. Например, на космических или арктических станциях. Обычно ядерные батарейки применяют как дополнительный источник питания вместе с химическими и солнечными батареями.
Дело в том, что в производстве ядерная батарейка очень дорогая — использовать её как основной источник электричества невыгодно, хотя характеристики это позволяют. Впрочем, свою сферу применения такие элементы питания всё-таки находят. Сейчас привлекают финансирование для создания малых серий тритиевых батареек, которые отправят в космос для питания важных технологических узлов. А плутониевые термофотовольтаические батарейки от НИЯУ «МИФИ» планируют пустить в производство в ближайшие три года — и использовать на объектах вдоль Северного морского пути, к примеру на маяках или метеостанциях. А в магазинах они появятся? К сожалению, вряд ли. Главная проблема с ядерными батарейками — стоимость.
Любые радиоактивные изотопы очень дорогие. Чтобы обогатить вещество и создать из него подходящее сырьё для батарейки, нужно годами держать его в центрифуге и постоянно питать оборудование, это требует больших вложений.
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. Существуют и другие способы преобразовывать альфа-излучение в электрический ток: нестандартные конструкции батареек, использование неравномерной эмиссии электронов. Но таких разработок меньше, и продвигаются они медленно из-за дороговизны комплектующих. По какой технологии создают ядерные батарейки Технологический процесс делится на несколько этапов. В зависимости от вида батарейки этапы могут различаться — для примера покажем процесс на основе современных тритиевых батареек с сэндвич-структурой. Подготавливают радиоактивные изотопы. Изотопы не берутся из ниоткуда, их получают с помощью долгих и сложных реакций обогащения в специальных центрифугах. 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.
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.
Правда, конкретные сроки, как и стоимость, пока не озвучены. Стоит отметить, что рабочий цикл в 50 лет избыточен для обычных смартфонов, которые пользователь меняет каждые несколько лет. Также пока не ясно, захочет ли кто-то иметь при себе «карманный ядерный реактор», несмотря на уверения в его полной безопасности.
Без зарядки 50 лет: в Китае разработали ядерную батарею
Ученые НИТУ «МИСиС» представили инновационный автономный источник питания — компактную атомную батарейку, которая может работать до 20 лет. Ядерные батарейки – это источники тока, в которых энергия радиоактивного распада метастабильных ядер преобразуется в электричество. Новая российская атомная батарейка стала в десять раз мощнее и вдвое дешевле аналогов. И вот очередная громкая новость: американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая способна проработать тысячи лет. Также известно, что атомная батарейка может быть создана на основе изотопа америций-241, в этом случае устройство будет работать 432 года.