Теги → атомная батарея

В США представлена концепция атомной «батарейки» мощностью 10 МВт

Группа учёных из Массачусетского технологического института представила концепцию модульного ядерного реактора малой мощности. Такие реакторы как «батарейки» можно отправлять по первому требованию для выработки на месте тепла и электричества. Мощность системы не превышает 10 МВт, а развернуть её можно будет в течение нескольких недель или месяцев.

 Модульный реактор содержит пункт управления, генератор и сам реактор. Источник изображения: MIT

Модульный реактор содержит пункт управления, генератор и сам реактор. Источник изображения: MIT

В США продолжается поиск альтернатив для безуглеродной экономики. Точнее, атомная энергия продолжает расцениваться как жизненно важная для декарбонизации промышленности и жизнедеятельности человечества. Важным шагом на этом пути стал переход от проектирования небольших реакторов мощностью от 100 до 300 МВт к разработке малых реакторов мощностью до 10 МВт. Такие реакторы можно будет изготавливать на заводах как полностью готовый для использования товар и перевозить в стандартных 40-футовых контейнерах (12-метровых).

Концепция учёных MIT предполагает использование стальных конструкций для полной защиты от проникновения в зону реактора и от вредных выбросов. Система снабжена пассивным охлаждением. Для эксплуатации подобных энергетических установок специальные знания будут не нужны. Фирма привезёт реактор, установит и через 5–10 лет заберёт его для утилизации или ремонта. Дополнительной защитой от проникновения можно считать предполагаемую установку реакторов ниже уровня земной поверхности, на что и уйдёт основное время в ходе развёртывания.

Подобные электростанции можно будет устанавливать как в самых отдалённых частях планеты, так и в густонаселённых районах. Ввод в строй будет быстрым и коммерчески доступным. В скором будущем ожидаются испытания прототипов на базе одной из национальных лабораторий США. Сначала прототип будет испытан в нормальных условиях эксплуатации, а затем будет подвергнут экстремальному тестированию на уровне аварийных ситуаций. Если испытания завершатся нормально, компактные микро-реакторы можно будет очень быстро запустить в массовое производство.

В России создана атомная батарейка, которая способна работать 20 лет

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (НИТУ «МИСиС») сообщает о разработке инновационного автономного источника питания — передовой атомной батарейки.

 Фотографии НИТУ «МИСиС»

Фотографии НИТУ «МИСиС»

Главной особенностью изделия является оригинальная микроканальная 3D-структура никелевого бетавольтаического элемента. 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.

Утверждается, что предложенное решение по сравнению с аналогичными разработками позволяет втрое уменьшить размеры элемента, на порядок поднять удельную мощность и на 50 % снизить себестоимость. Микроканальная структура обеспечивает увеличение эффективной площади преобразования бета-излучения в 14 раз.

Изделие способно работать до двадцати лет. Причём батарейка может быть применена в нескольких функциональных режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах и в труднодоступных или недоступных местах, например, в космосе, под водой или в высокогорных районах.

Сейчас участники проекта завершают процедуру международного патентования изобретения. Более подробно о разработке можно узнать здесь.

Российские учёные создают модель миниатюрного атомного источника питания

Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ разрабатывают модель миниатюрного радиоизотопного источника питания, который в перспективе может найти самое широкое применение — от ядерных батарей сверхмалых размеров для питания микро- и наноэлектромеханических систем до кардиостимуляторов, микро-роботов различной специализации и назначения.

Исследования свойств наноразмерных объектов вызывают в настоящее время повышенный интерес ввиду растущей тенденции к миниатюризации, особенно в области наноэлектроники. Современные достижения в сфере создания микро- и наноэлектромеханических систем, объединяющих в одном устройстве наноэлектронику и механические элементы, такие как приводы, насосы или двигатели, могут быть перспективны для использования в качестве микроскопических физических, биологических или химических датчиков. Но существуют трудности: так, одним из сдерживающих факторов массового внедрения подобных устройств является проблема создания миниатюрных источников питания.

Российские учёные исследуют возможность создания радиоизотопных, или атомных батарей. В таких источниках энергия радиоактивного распада метастабильных элементов — атомных ядер — преобразуется в электричество. Исследователи выделяют две основные сложности при разработке подобных элементов. Первой является создание собственно радиоизотопного источника микронных размеров. В настоящее время термоэлектрическое преобразование общепризнано одной из самых коротких цепочек преобразования энергии ядерного распада в электрическую, и соответственно, потенциально имеет меньшее количество источников энергетических потерь. Отсюда возникает вторая задача по проблеме исследований — создание высокоэффективного термоэлектрического материала для преобразования энергии ядерного распада в электрическую.

 Модель миниатюрного радиоизотопного источника питания на основе: (I) – радиоизотопный источник микронных размеров на примере Th-228; (II) – термоэлектрический элемент на основе наноструктурированной пленки, состоящей из нанокластеров золота

Модель миниатюрного радиоизотопного источника питания на основе: (I) – радиоизотопный источник микронных размеров на примере Th-228; (II) – термоэлектрический элемент на основе наноструктурированной пленки, состоящей из нанокластеров золота

Исследователи проводят работы по созданию высокоэффективного термоэлектрического материала на основе наноструктурированной плёнки, состоящей из наноразмерных кластеров металлов (~1 нм). В такой структуре отсутствует фононная передача тепла, так как фононы заперты внутри наноразмерных металлических кластеров, а в образце сохраняется близкая к металлической электронная проводимость, которая обеспечивается перколяционными эффектами. На основе наноструктурированной плёнки, содержащей наноразмерные кластеры металла, будут созданы и изучены высокоэффективные термоэлектрические преобразователи энергии альфа- и бета-распада радиоактивных ядер в электричество.

В России к 2017 году создадут атомную батарейку с зарядом на 50 лет

Российские инженеры из ФГУП «Горно-химический комбинат», входящего в состав госкорпорации «Росатом», готовы построить первый опытный образец так называемой «ядерной батарейки» уже к 2017 году, приводит слова генерального директора ФГУП ГХК Петра Гаврилова информационное агентство ТАСС.

 Генеральный директор ФГУП ГХК Гаврилов Пётр Михайлович

Генеральный директор ФГУП ГХК Гаврилов Пётр Михайлович

Источником энергии в таком аккумуляторе станет радиоактивный изотоп никеля «никель-63», который обеспечит продолжительность автономной работы электронных устройств на протяжении почти 50 лет. Принцип работы атомной батареи заключается в бета-вольтаическом эффекте, который в определённой степени является аналогом фотоэлектрического эффекта, но при этом электронно-дырочные пары в кристаллической решётке полупроводника образуются под воздействием не фотонов, а быстрых электронов (бета-частиц).

Никель-63 получают при помощи процедуры облучения в реакторе мишеней из никеля-62, на что, по словам Гаврилова, уйдёт примерно год. В настоящий момент мишени уже получены в Железногорске (Красноярский край), а никель-63 будет наработан к концу 2016 года.

Важно отметить, что кроме большой продолжительности автономной работы (для сравнения: современные кардиостимуляторы с использованием плутония-238 имеют срок службы не более 10 лет), аккумуляторы на основе никеля-63 обладают компактными размерами — примерно в 30 раз меньше в сравнении с габаритами литий-ионных источников питания. При этом, как утверждается, они абсолютно безопасны для человека, так как производят слабое бета-излучение, которое к тому же поглощается внутри самой батареи и, следовательно, не выходит наружу.

Эти преимущества делают использование атомных батарей крайне привлекательным во многих сферах — от космической индустрии до медицины, то есть преимущественно в наукоёмких и высокотехнологических отраслях. А вот ждать появления подобных технологий в коммерческих продуктах, например, мобильных телефонах, в ближайшее время не стоит, поскольку себестоимость производства одной такой батарейки может достигать 4,5 млн рублей. Столь высокая цена объясняется сложностью получения изотопов никеля-63 — соответствующими возможностями в РФ обладают лишь три предприятия.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥