Ядерные батарейки – это источники тока, в которых энергия радиоактивного распада метастабильных ядер преобразуется в электричество. Российские учёные из НИТУ "МИСиС" создали атомную батарейку, способную прослужить до 50 лет. Физики оптимизировали толщину слоев ядерной батарейки, использующей для производства электрической энергии бета-распад изотопа никеля-63.
Китай представил ядерную батарейку размером с монету, которой хватит на 50 лет
Отмечается, что ядерные батарейки работают за счет преобразования в электричество энергии распада метастабильных ядер. В 2016 году учёные уже сообщали о разработке прототипа ядерной батарейки на основе никеля-63. В России разработана атомная батарейка. Эта батарейка будет полувечной: новости из мира энергетики будущего. Но учёные уверяют: когда атомная батарейка выйдет на массовое производство, её стоимость существенно снизится и она станет доступна многим потребителям. Ученые НИЯУ МИФИ вплотную подошли к созданию ядерной батарейки принципиально нового типа.
Что за ядерную батарейку создали российские учёные?
Российские исследователи предложили нанести радиоактивный элемент по обе стороны планарного p-n перехода. Это позволило сделать технологию изготовления элемента более простой. При этом появилась возможность контроля обратного тока, существенно влияющего на общую мощность батареи. Так же увеличена в 14 раз эффективная площадь преобразования бета-излучения, что увеличило общий выходной ток. Эксперты отмечают уникальность, инновационность и перспективность российской разработки.
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 последнее время плутоний, уран и другие элементы таблицы Менделеева в качестве источников питания практически не рассматриваются. Там он займется поисками признаков древней жизни, будет изучать грунт и искать лед. А вот дальнейшее применение технологии под вопросом — в том числе из-за недостатка плутония, которого было много благодаря холодной войне. Сейчас производить нужный элемент дорого, так как подходит не все сырье и объемы мизерные — сотни граммов в год.
Учёные НИТУ «МИСиС» под руководством профессора кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников Виктора Мурашова представили инновационный автономный источник питания — компактную атомную батарейку, которая может работать до 20 лет. Результаты исследования были опубликованы в международном научном журнале Applied Radiation and Isotopes.
Сначала ориентировались на сверхтяжёлый водород - тритий. Но его тяжело загнать в твёрдое состояние, а работать с радиоактивным газом как-то не хочется, - объясняет один из авторов проекта, аспирант химического факультета МГУ им. Ломоносова Иван Харитонов.
В итоге остановились на никеле-63. В природе такого изотопа не существует. 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.
В России создали атомную батарейку со сроком службы до 20 лет
Вместо того чтобы пустить эту энергию на ветер, BV100 использует ее в своих интересах. Конструкция устройства позволяет улавливать энергию, выделяемую при распаде никеля-63, и накапливать ее для питания различных устройств. Между слоями никеля-63 в батарею встроены листы монокристаллического алмазного полупроводника толщиной всего десять микрон. Такая сложная конструкция позволяет оптимизировать энергоэффективность батареи. Для каких применений? При емкости 3 300 мегаватт-часов BV100 имеет плотность энергии, более чем в десять раз превышающую плотность энергии обычных литиевых батарей. Эти замечательные характеристики обеспечивают постоянное энергоснабжение в течение исключительно длительного времени.
Технически радиоизотопные генераторы не являются батареями, поскольку в отличие от электрохимических аккумуляторов их нельзя заряжать или перезаряжать. Фото: Betavolt Фото: Betavolt Ученые Советского Союза и США смогли разработать технологию для использования в космических кораблях, подводных системах и удаленных научных станциях, однако существующие радиоизотопные генераторы являются дорогостоящими и громоздкими. Наиболее известным примером являются РИТЕГи, которые используют тепловую энергию, выделяющуюся при распаде изотопов, и преобразуют ее в электрическую за счет термоэлектрогенератора. Кроме того, существуют нетепловые преобразователи. Попытки миниатюризации и коммерциализации ядерных батарей были предприняты в рамках 14-го пятилетнего плана Китая, призванного укрепить экономику страны в период с 2021 по 2025 год. Исследовательские институты в США и Европе также работают над разработкой компактных радиоизотопных генераторов. Николай С.
Ядерные батарейки представляют собой источник тока, который преобразовывает электричество из энергии радиоактивного распада метастабильных ядер. Такие источники энергии могут работать без подзарядки в течение нескольких лет. Об этом пишет издание Applied Physics Letters. Российские физики разработали определённую систему.
Атомный ядерный аккумулятор - это все-таки батарейка, а не аккумулятор, так как - это по определению одноразовый источник электрического тока, без возможности перезаряда. Несмотря на это, воображение публики активно будоражит перспектива использования атомных аккумуляторов в мобильных устройствах. Но обо всем по порядку. Что именно представил Росатом на форуме? Павел Зайцев вполне откровенно говорит про скромные вольт-амперные характеристики, делая основной упор на длительный срок службы. Павел Зайцев предполагает использование своей ядерной батарейки в кардиологии, что вызывает большие сомнения при столь огромных размерах. Возможно эта ядерная батарея может рассматриваться как некий прототип получения электричества из изотопов, но Росатому потребуется уменьшить батарею в тысячи раз, чтобы соответствовать современным электрокардиостимуляторам. Совсем не порадовала стоимость ядерного аккумулятора - директор государственного унитарного предприятия объявил цену изотопа никеля в долларах! Означает ли это, что основной компонент будет приобретаться за границей России? А сколько грамм необходимо на изготовление одного аккумулятора? Одновременно с этим было замечено, что потребуются также алмазные элементы также не ясно сколько? Какова же будет полная стоимость такой батарейки? Электрокардиостимуляторы в России устанавливаются по полису ОМС бесплатно в экстренных случаях или при наличии квоты. При недостаточности квоты и за электрокардиостимуляторы иностранного производства больным приходится оплачивать самостоятельно. Будут ли ядерные батареи устанавливаться за счет бюджета ОМС или пожилые люди должны будут приобретать их отдельно? Если бы руководство Росатома впомнило, что российские пенсионеры живут в режиме "день простоять и ночь продержаться", то, наверно, осознало бы тот нелепый диссонанс между космическим сроком службы и стоимостью.
Создана самая маленькая ядерная батарея — с ней смартфоны будут работать 50 лет без подзарядки
| Ядерное питание: российские учёные создали атомную батарейку повышенной мощности | Физики оптимизировали толщину слоев ядерной батарейки, использующей для производства электрической энергии бета-распад изотопа никеля-63. |
| В России создана миниатюрная и долговечная атомная батарейка | Сейчас ученые патентуют свою технологию производства атомной батарейки на международном уровне. |
От смартфона до ракеты. Учёные создали "вечную" атомную батарейку
| Ядерное питание: российские учёные создали атомную батарейку повышенной мощности — РТ на русском | В 1975 г. был впервые имплантирован кардиостимулятор РЭКС-А1, где источником питания служила плутониевая атомная батарейка. |
| Ядерная батарейка: принцип действия, сколько работает? | Сейчас ученые патентуют свою технологию производства атомной батарейки на международном уровне. |
| Telegram: Contact @rosatomru | Срок службы такой батарейки составляет не менее 50 лет, стоимость – около 4000 долларов. |
Атомная батарейка в современном мире
Этим они отличаются от атомных реакторов, в которых для этого используется управляемая цепная ядерная реакция. Атомная термоэлектрическая станция (АТСТ) малой мощности "Елена-М", разработанная в Национальном исследовательском центре "Курчатовский институт", и РИА Новости. Компания Betavolt утверждает, что созданный ею 3-вольтовый прототип атомной батарейки меньше монеты будет работать 50 лет. Новости энергетики. Рубрики. Российские специалисты разработали "атомную батарейку", имеющую повышенную мощность. О сервисе Прессе Авторские права Связаться с нами Авторам Рекламодателям Разработчикам.
Создана самая маленькая ядерная батарея — с ней смартфоны будут работать 50 лет без подзарядки
По их заверениям, энергоэффективность атомных батареек настолько высока, что их можно ставить в пару с литиевыми аккумуляторами. Теперь пришло время рассказать о компактной атомной батарее созданной российскими учеными. Компактные «атомные батарейки» со сроком службы до 50 лет крайне востребованы в приборах и системах, где замена источников питания затруднительна, высокозатратна или. Атомная термоэлектрическая станция (АТСТ) малой мощности "Елена-М", разработанная в Национальном исследовательском центре "Курчатовский институт", и РИА Новости. Два года назад учёные Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» представили компактную атомную батарейку.
Похожие вопросы
- В России создали атомную батарейку со сроком службы до 20 лет
- ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:
- В России создали атомную батарейку со сроком службы до 20 лет
- Ядерное питание: российские учёные создали атомную батарейку повышенной мощности
Ядерное питание: российские учёные создали атомную батарейку повышенной мощности
Создатели разработки утверждают, что такая батарейка абсолютно безопасна, совершенно не имеет внешнего излучения, а после периода распада изотоп никеля превращается в стабильный и нерадиоактивный изотоп меди, не представляющий угрозы для окружающей среды. 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.
Идея такой батарейки в том, что мы один раз ее поставили либо в прибор, либо в механизм, и забыли. Весь период работы этого прибора обеспечивается энергией такой батарейки. Правильный подбор изотопов позволяет создать абсолютно безопасные источники энергии и от их продуктов деления можно защититься тонкой фольгой или даже листом бумаги. Все это в России умеют делать еще с советских времен. В нём тепловая энергия, которая выделяется при распаде изотопа, преобразовывалась в электрическую с помощью специального генератора, это были уникальные для своего времени источники питания для обеспечения автономной работы техники в самой труднодоступной среде. Принцип РИТЭГа еще проще, чем у атомной батарейки: полупроводниковая термопара, одна сторона источника холодная другая горячая, и возникает электрический ток. Школьная физика!
В РИТЭГах реализуется принцип преобразования тепловой энергии радионуклидного источника в электрическую энергию за счет и посредством термоэлектрической батареи. То есть если мы нагреваем, скажем, горячий спай тепловым источником, охлаждаем радиатором холодный спай, то возникает электродвижущая сила и начинает протекать электрический ток. Евгений Крошкин, заместитель директора Научно-исследовательского института технической физики и автоматизации В качестве источника был изотоп стронция-90, это бета-распад, от которого защищает свинец, так что РИТЕГи были достаточно массивными. С семидесятых годов их устанавливали на метеостанциях на Сахалине, Чукотке, Камчатке, Курилах, в Балтийском регионе, вдоль Северного морского пути и в антарктических широтах. Радиоизотопные генераторы давали энергию автономным маякам, навигационным знаком для судов, гидрографическим станциям. Это был идеальный источник электроэнергии, не обслуживаемый, в котором ничего не крутится, не вертится, который не надо часто менять.
В ходе радиоактивного распада энергия выделяется несколькими путями. 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.
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».
В России создали «ядерную батарейку» для космоса и авиации
Два года назад учёные Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» представили компактную атомную батарейку. Конструкция ядерной батареи BV100. Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров. По их заверениям, энергоэффективность атомных батареек настолько высока, что их можно ставить в пару с литиевыми аккумуляторами. Компания Betavolt утверждает, что созданный ею 3-вольтовый прототип атомной батарейки меньше монеты будет работать 50 лет.
В России создали атомную батарейку со сроком службы до 20 лет
В итоге энергии теряется меньше. Правда, батарейка остается объектом лабораторных исследований. Оттого и многочисленные разъемы на окружающих корпус фланцах. И радиоактивного изотопа внутри пока нет: разогрев рабочей капсулы имитирует обычная нить накаливания. Остальные параметры соответствуют проектным значениям, в том числе и напряжение на выходных клеммах. Захоронят по программе «Вакуум в рабочей камере нужен для исключения конвекционных потерь. Теплопроводность в сердцевине изделия отсутствует, и нужно добиться, чтобы как можно больше энергии альфа-распада переходило в излучение, — объясняет Петр Борисюк. Но так в теории — чтобы проверить это, вскоре мы проведем натурный эксперимент». Отсюда закономерный вопрос: поскольку долговременный источник работает фактически автономно в безлюдной местности, как его контролировать? То есть для учета состояния ядерной батареи собираемся задействовать весь набор современных телекоммуникационных систем. К тому же монтировать их предлагаем сразу в антивандальных контейнерах, форма и габариты которых определятся по результатам эксплуатационных испытаний.
С этой точки зрения можно сказать, что такие батареи относительно безопасны для человека. Относительно — потому, что, если ее не вскрывать, она безопасна. Такие разработки, так называемые бетавольтаические источники, во всем мире, в том числе в России, ведутся, китайская компания, видимо, решила сделать из этого массовый продукт. Я не могу сказать, что в России такое бы разрешили, потому что с точки зрения законодательства такие радиоактивные материалы все-таки нуждаются в строгом учете и контроле. 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.
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. В настоящий момент разработчики завершают процедуру международного патентования изобретения, а само устройство уже признано зарубежными экспертами.
Сложно сказать, насколько данный продукт обладает высокой масштабируемостью.
Пожалуй, разумная цена и возможность выпускать миллионы батарей в год и определят успех данной технологии. Пока ни одна разработка, которая ранее казалась перспективной, так и не нашла путь на массовый рынок. Напомним, атомные батареи, или ядерные батареи, представляют собой устройства, использующие радиоактивные изотопы для генерации электричества. Они отличаются от обычных батарей тем, что могут работать в течение длительного времени без необходимости замены или подзарядки. Такие батареи могут быть полезными в ситуациях, где доступ к источникам энергии ограничен или затруднён. Атомные батареи действительно обладают высоким потенциалом для использования в различных областях, таких как космические исследования, военные приложения и медицинская техника. Вот только пока из-за проблем, связанных с радиацией и безопасностью, их применение требует строгого контроля и соответствия нормативам.
Кстати, существуют и другие перспективные технологии, которые могут стать основой для сверхъёмких топливных элементов будущего. Термоядерные батареи Radioisotope Thermophotovoltaic, RTPV : используют тепло, выделяемое радиоактивными изотопами, для генерации электричества через фотоэлектрический эффект.
Российские учёные создали прототип ядерной батарейки, которую можно не заряжать годами
Атомная батарейка. Срок службы такой батарейки составляет не менее 50 лет, стоимость – около 4000 долларов. Конструкция ядерной батареи BV100. Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров. Ученые НИТУ «МИСиС» разработали компактную батарейку на атомной энергии, заряда которой хватит на 20 лет. В Китае создали компактную ядерную батарею, которая может проработать 50 лет.