Теги → атомная батарея

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 🔥