«Сердце ядерной батарейки — вакуумная капсула с радиоактивным изотопом. Благодаря энергии ядерного распада она нагревается до 1500°C и начинает светиться. Российские ученые разработали прототип ядерной батарейки мощностью до 100Вт, которая может работать с помощью бета-распада никеля-63.
В России создали атомную батарейку со сроком службы до 20 лет
Betavolt планирует выпустить версию ядерной батарейки на 1 ватт к 2025 году. Ученые российской атомной отрасли вплотную приблизились к созданию так называемого бета-вольтаического источника питания на основе радиоактивного изотопа никель-63. По их заверениям, энергоэффективность атомных батареек настолько высока, что их можно ставить в пару с литиевыми аккумуляторами. 28 тысяч лет без подзарядки: как устроена батарейка на ядерном топливе и насколько она безопасна? Российские учёные из НИТУ "МИСиС" создали атомную батарейку, способную прослужить до 50 лет. Такие батареи могут стоить $100 за кВт·ч, что вдвое дешевле самых простых литий-ионных версий.
Российские ученые оценили созданную в Китае ядерную батарейку
Для эвакуации последних РИТЭГов с автономных антарктических метеопостов в 2015 году, кстати, пришлось снаряжать полярную миссию. С тех пор российские автоматические метеостанции в труднодоступных районах электричество получают от ветряков. Секрет в специальных термофотоэлементах, которые эффективно преобразуют свет ближнего диапазона инфракрасного спектра в электричество. 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».
Примерно так рассуждали ученые прошлых поколений в Советском Союзе, когда конструировали и запускали в серийное производство радиоизотопный термоэлектрический генератор РИТЭГ. Он работал на бета-частицах стронция 90 по другому принципу — термоэлектрическому. Иначе говоря, как термопара: между холодным и разогретым от активного источника контактами возникало напряжение, током от которого и запитывали приборы. Для эвакуации последних РИТЭГов с автономных антарктических метеопостов в 2015 году, кстати, пришлось снаряжать полярную миссию. С тех пор российские автоматические метеостанции в труднодоступных районах электричество получают от ветряков.
Секрет в специальных термофотоэлементах, которые эффективно преобразуют свет ближнего диапазона инфракрасного спектра в электричество. 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.
Эта разработка, как и множество других подобных в США, России и в других странах, использует источник изотопов, который выделяет энергию при радиоактивном бета-распаде. У таких батарей низкий КПД на уровне единиц процентов, но работать они могут десятилетиями, поэтому, например, нашли применение в качестве бортовых систем питания межпланетных станций, которые направляются вглубь Солнечной системы. Пригодные для использования в массовой электронике портативные прототипы атомных бета-гальванических батарей безуспешно пытаются создать в США, России и не только. Они безопасны, но достаточной для работы тех же смартфонов мощности ещё никто из разработчиков не выжал. Китайская Betavolt тоже этого не сделала и обещает революцию завтра, а не сегодня. Хотелось бы в это верить.
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. Только лишь ученые приезжали, снимали показания, и уезжали опять. Чтобы найти последние четыре генератора в Антарктиде, в 2015 была организована целая экспедиция. Чем заменить снятые с эксплуатации генераторы? Сейчас на Севере используют солнечные батареи и ветряки, но батареи заледеневают, ветряки сносит пурга... Выручить может универсальная атомная батарейка, у которой и срок службы дольше, и КПД выше чем у советских ритегов. РИТЭГи сделаны по технологии термоэлектрической генерации, а наши ядерные батарейки сделаны по технологии термофотовольтаического преобразования. Пётр Борисюк, заведующий кафедрой физико-технических проблем метрологии Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ Морозы ядерной батарейке не помеха, в лаборатории уже протестировали систему, которая может работать при самом суровом минусе, на Северном морском пути например. Наша ядерная батарейка является продолжением РИТЭГа, это фактически РИТЭГи второго поколения, на другом принципе преобразования, более эффективные, более надежные и фактически позволяют вам запитывать удаленные инфраструктурные объекты индивидуальными источниками питания. Это могут быть буи, створные знаки, это могут быть маяки, могут быть какие-то другие объекты Северного морского пути, в том числе метеостанции маленькие или другие. В Московском научно-исследовательском институте технической физики и автоматизации есть образцы радиоизотопных термоэлектрических генераторов для будущей лунной и марсианской программы России, однако их тоже возможно заменит атомная батарейка, как более эффективный источник питания. Разработка может пригодиться в том числе и для спутников, которые полетят исследовать глубокий космос, там, где солнечные батареи уже не в состоянии дать достаточно энергии.
В России создали атомную батарейку со сроком службы до 20 лет
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.
В основе разработки лежит полупроводниковый слой искусственного алмаза толщиной 10 микрометров. Кристаллическая структура вырабатывает электричество за счёт энергии, выделяемой распадающимся изотопом никеля Никель-63 в виде пластинок толщиной 2 микрометра. Использование радиоактивных источников никеля-63 более высокой чистоты позволит дополнительно улучшить плотность и мощность батарей. Betavolt планирует выпустить версию ядерной батарейки на 1 ватт к 2025 году.
Компания планирует наладить выпуск батарейки и ее модификаций для массового использования в смартфонах и даже медицинских устройствах.
Впрочем, российские ученые в перспективности проекта коллег из Поднебесной сомневаются. Получить объемы электроэнергии, необходимые для питания, например, телефона, от подобного устройства невозможно.
В её основе лежит бета-распад никеля-63.
В этой системе увеличен токовый сигнал, поскольку регенерация вторичных электронов происходит внутри наноструктурированных плёнок никеля. В процессе окисления этих плёнок на металлическом ядре образуется оксидная оболочка, что увеличивает эффективность источника питания. Кроме того, никель-63 испускает мягкое бета-излучение, поэтому для него легко создать физическую защиту.
Регистрация
- Ученые НИЯУ МИФИ создали прототип ядерной батарейки
- Без зарядки 50 лет: в Китае разработали ядерную батарею
- Принцип Работы
- В России создана миниатюрная и долговечная атомная батарейка - Бора-медиа
Как работают ядерные батареи
- Сделано в России
- Что еще почитать
- Без зарядки 50 лет: в Китае разработали ядерную батарею
- В НИЯУ МИФИ создали прототип ядерной батарейки
- Американский стартап показал «вечную» ядерную батарейку — Будущее на
Что за ядерную батарейку создали российские учёные?
Срок службы такой батарейки составляет не менее 50 лет, стоимость – около 4000 долларов. В отличие от литийионных аккумуляторов, атомная батарейка в тридцать раз компактнее и совершенно безвредна для человека. Мощность ядерной батарейки Betavolt на данном этапе составляет 100 микроватт, а напряжение — 3 Вольта. Атомная батарея Nickel-63 diamond β-volt представляет собой алмазный полупроводниковый преобразователь и лист никеля-63 толщиной 2 мкм, уложенный слоями.
Китай представил ядерную батарейку размером с монету, которой хватит на 50 лет
Или же он может питать датчик температуры где-нибудь в Арктике или других труднодоступных местах с суровыми условиями. Единственная проблема технологии — слишком высокая себестоимость. При этом они втрое уменьшили размеры и одновременно увеличили энергоемкость в 10 раз.
Устройство может безопасно, автономно и без подзарядки давать электроэнергию десятки лет», — сообщает «Росатом». Созданная установка преобразовывает энергию полураспада в электричество. Как отмечают авторы опубликованного видеоролика, плутоний излучает 87 лет, а, например, америций-241 — 432 года.
Изотоп никеля-63 первоначально наработали с помощью облучения стабильного изотопа никель-62 в исследовательском реакторе ИВВ-2М Института реакторных материалов входит в научный дивизион «Росатома». В Радиевом институте имени В. Хлопина, также входящем в научный дивизион «Росатома», полученный материал очистили и создали рабочий газ для каскада газовых центрифуг Электрохимического завода. Высокий уровень обогащения по изотопу никель-63 необходим для разработки источников энергии длительного срока действия, производство которых планирует организовать «Росатом» на одном из своих предприятий.
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. В самом деле, если толщина никелевой пластинки слишком велика, бета-частицы не успевают ее покинуть; с другой стороны, сильно уменьшать толщину тоже не выгодно, поскольку вместе с ней уменьшается число производимых частиц. Похожие аргументы указывают на то, слишком большая или слишком маленькая толщина алмазного барьера тоже не выгодны. Поэтому ученые численно смоделировали каждый из слоев и нашли их оптимальную параметры: оказалось, что эффективнее всего никелевая пластинка работает при толщине около двух микрометров, а алмазный барьер — при толщине около 10 микрометров. Затем ученые изготовили диэлектрические слои нужной толщины, разрезая лазером, полируя и отжигая алмазные кристаллы, и приклеили к ним никелевую фольгу, подложку и электрические контакты. Каждая ячейка генерировала ток силой всего несколько наноампер, поэтому физики соединили их параллельно. В результате батарея создавала напряжение порядка одного вольта, а сила производимого тока держалось на уровне одного микроампера.
Что еще почитать
- Российские ученые сделали уникальную атомную батарейку - Hi-Tech
- Мирный атом - мой знакомый патологоанатом...
- Ученые создали атомную батарейку. Она может работать 20 лет
- Форма поиска
Российские ученые создали атомную батарейку, которая может работать 20 лет
| Атомная батарейка в современном мире | Компактные «атомные батарейки» со сроком службы до 50 лет крайне востребованы в приборах и системах, где замена источников питания затруднительна, высокозатратна или. |
| Telegram: Contact @rosatomru | С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи. |
Почему не делают смартфоны и ноутбуки на атомных батарейках? И могут ли они появиться в будущем?
Российские учёные из НИТУ "МИСиС" создали атомную батарейку, способную прослужить до 50 лет. Также известно, что атомная батарейка может быть создана на основе изотопа америций-241, в этом случае устройство будет работать 432 года. Мощность ядерной батарейки Betavolt на данном этапе составляет 100 микроватт, а напряжение — 3 Вольта.
Ученые НИЯУ МИФИ создали прототип ядерной батарейки
Но они пока не готовы сказать, когда подобные решения появятся в массовом производстве. Это тоже интересно:.
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 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.
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. Одной из ключевых особенностей BV100 является способность сохранять свою мощность в течение пятидесяти лет, исключая необходимость в частой подзарядке или обслуживании. При размерах всего 15 x 15 x 15 мм эта батарея в настоящее время рассчитана на 100 микроватт и 3 вольта.
Конечно, такой мощности пока недостаточно для питания повседневных электронных устройств, таких как смартфоны.
История почти забытой технологии Автор: Ян Альшевский В прошлом футуристы видели транспорт будущего движимым за счет энергии от атомных источников питания. Маленькая батарейка обычно светящаяся — так передавали образ художники заменила бы тысячи литров бензина или дизельного топлива. Почти бесконечную энергию могли бы использовать не только машины, но и корабли, отправленные бороздить бескрайние просторы Вселенной. Новость «Ученые разработали атомную батарейку для космических кораблей» вызвала бы определенный интерес. Но на деле «атомные батарейки» используются давно — аж с шестидесятых годов прошлого века. Каждая из них заслуживает отдельной истории.
В качестве «движущей» силы они используют нагрев, то есть тепловую энергию. Это одно из основных отличий от атомных реакторов, в которых происходит цепная ядерная реакция. Реакторы используются давно, однако они имеют большие габариты и вес, а ведь мы говорим о «космических батарейках». РИТЭГи планировалось использовать для космических аппаратов, но позже сферу применения расширили в том числе на медицинскую технику, например электрокардиостимуляторы. Первыми новую технологию, по крайней мере официально, внедрили американские военные в спутниках Transit 4A и 4B. Батарею для них разработали в рамках программы SNAP-3. Transit 4A находится в нижней части — это цилиндр.
Фото сделано незадолго до запуска в 1961 году. Это навигационный спутник, позволявший получать данные вне зависимости от погоды на поверхности. Фото: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory Ей предшествовало появление SNAP-1 — тестовой платформы, в которой применяли цикл Ренкина цикл преобразования тепла в работу с использованием изотопа церия и ртути в качестве теплоносителя. Инженеры продолжили работу над проектом, пытаясь решить вопрос с защитой будущих астронавтов и груза от радиации, удержав вес системы в определенных рамках: иначе ракета не взлетит. В итоге «щитом» в SNAP-2 стал усеченный конус, заполненный гидридом лития. Реактор разместили вверху, капсулу с условной командой и грузом — за нижней частью. Последовавшие испытания показали, что идея хороша, да только не работает: в определенных условиях, вероятность появления которых высока, смертельная доза радиации пройдет сквозь защиту.
Кроме того, конструкция оказалась весьма взрывоопасной.
Создана уникальная ядерная батарейка
В Китае изобрели атомную батарейку, способную работать без подзарядки 50 лет. В Китае изобрели атомную батарейку BV100, которая может работать до 50 лет без подзарядки. Также известно, что атомная батарейка может быть создана на основе изотопа америций-241, в этом случае устройство будет работать 432 года.