Ученые НИЯУ МИФИ вплотную подошли к созданию ядерной батарейки принципиально нового типа. Китайский стартап Betavolt представил ядерную батарейку BV100, которая может генерировать электроэнергию в течение 50 лет без необходимости зарядки и обслуживания. Устройство ядерной батарейки можно сравнить с полупроводниковой солнечной батареей. Атомная термоэлектрическая станция (АТСТ) малой мощности "Елена-М", разработанная в Национальном исследовательском центре "Курчатовский институт", и РИА Новости. атомная батарейка. Батарейку можно применять в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах.
Без зарядки 50 лет: в Китае разработали ядерную батарею
Если политика позволит, атомные батареи дадут возможность никогда не заряжать мобильный телефон, а дроны, которые могут летать только 15 минут, смогут летать непрерывно". Конструкция ядерной батареи BV100. Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров. атомная батарейка. Батарейку можно применять в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах. Сейчас ученые патентуют свою технологию производства атомной батарейки на международном уровне.
В Красноярском крае разработана атомная батарейка, работающая 50 лет
| Российские специалисты разработали "атомную батарейку", имеющую повышенную мощность | Российские учёные из НИТУ "МИСиС" создали атомную батарейку, способную прослужить до 50 лет. |
| Российские ученые создали атомную батарейку с зарядом на 20 лет | В России создали прототип атомной батареи, которая может работать без подзарядки 80 лет. |
| В России создали «ядерную батарейку» для космоса и авиации - Телеканал "Наука" | Также известно, что атомная батарейка может быть создана на основе изотопа америций-241, в этом случае устройство будет работать 432 года. |
| В России создали «ядерную батарейку» для космоса и авиации - Телеканал "Наука" | Изотоп никель-63 (63Ni) давно привлекает внимание инженеров как перспективный энергоисточник для атомных батареек. |
«Ядерные батарейки» для космической техники
А используемый изотоп «никель-63» не имеет сопутствующего гамма-излучения. Так что сами батарейки не излучают и совершенно безопасны. Чтобы компенсировать малую мощность природного бета-распада, физики используют импульсный режим с накоплением заряда. В этом случае удается обеспечить непрерывную мощность электрического тока 10-100 нановатт с каждого кубического сантиметра устройства. Такой мощности достаточно для питания, например, кардиостимулятора.
Она относится к так называемым бетавольтаическим элементам. Такой элемент питания состоит из двух частей: полупроводников — преобразователей энергии и радиоактивного элемента-излучателя. Исследователи разработали особую конструкцию микроканальную 3D-структуру атомной батареи, в которой расположение радиоактивного элемента изотопа никеля предотвращает потерю мощности, вызываемую обратным током. Эффективная площадь преобразования бета-излучения в электрическую энергию в сравнении с аналогами увеличилась в 14 раз, что в результате дало общее увеличение тока. В числе прочих преимуществ разработчики отмечают упрощение технологии изготовления атомной батареи, что вдвое удешевляет её производство. 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.
В настоящий момент разработчики завершают процедуру международного патентования изобретения, а само устройство уже признано зарубежными экспертами.
Однако преобразование лучевой энергии в электрическую было не слишком эффективным из-за самой конструкции батарейки. Российским ученым удалось по-новому взглянуть на проблему: они нанесли тот же радиоактивный материал с обратной стороны от преобразователя энергии, что позволило контролировать обратный ток, который обычно «крадет» мощность батареи. Особая пористая структура обеспечивает увеличение эффективной площади преобразования бета-излучения в 14 раз, что в результате дает общее увеличение тока. В итоге при уменьшении размера самой батареи в три раза ее удалось сделать в 10 раз более мощной при том же сроке годности, как и ее предыдущие менее мощные аналоги — до 20 лет.
Батарейка для Севморпути будет работать на плутонии-238
Атомная батарея Nickel-63 diamond β-volt представляет собой алмазный полупроводниковый преобразователь и лист никеля-63 толщиной 2 мкм, уложенный слоями. Также известно, что атомная батарейка может быть создана на основе изотопа америций-241, в этом случае устройство будет работать 432 года. Китайский стартап Betavolt представил ядерную батарейку BV100, которая может генерировать электроэнергию в течение 50 лет без необходимости зарядки и обслуживания.
Атомная батарейка в современном мире
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.
В настоящее время батарея проходит стадию пилотных испытаний, а китайская компания планирует уже совсем скоро запустить её в серийное производство.
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.
На роль первого из них тритий подходит почти идеально. Но именно из-за долгого полураспада никель имеет очень низкую радиоактивность. Тритий тоже довольно мягкий излучатель, но по остальным параметрам он почти оптимален и позволяет рассчитывать на средний срок службы батареи в 20-25 лет». 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».
Магазин: пополнить Apple ID, купить Premium-подписки и ключи. 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.
Оставайтесь на связи
- В Китае создали способную работать 50 лет батарейку | Новости мира | Известия | 25.01.2024
- Что еще почитать
- Почему не делают смартфоны и ноутбуки на атомных батарейках? И могут ли они появиться в будущем?
- Делаем электричество из изотопов
- Китай представил ядерную батарейку размером с монету, которой хватит на 50 лет
- В Красноярском крае разработана атомная батарейка, работающая 50 лет
Атомная батарейка: разработан прототип, способный держать зарядку тысячи лет
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. Предполагается, что он станет основой и для мирной термоядерной энергетики. Ещё дейтерий планируют использовать в медицине - чтобы лекарства в организме работали дольше. Ведутся эксперименты по использованию трития в генераторах энергии сверхмалой мощности - например, для питания радиометок или автономных датчиков. Соотнесение радиоактивного 14С с его более стабильными родственниками 12С и 13С - главное средство для определения возраста биологических объектов. Также используется для диагностики лёгочных и желудочных болезней. Применяется в радиохирургии для лечения рака "кобальтовая пушка", гамма-нож.
Правда, не совсем как обычное. Этот брусок из нержавейки удаляет не грязь, а запах. Секрет — в составе. Стальной сплав нейтрализует сульфоксиды. Эти органические кислоты — главная причина появления стойких кухонных ароматов. На моем пальце до сих пор остался чеснок с маслом, я специально нанес. Сначала мы увидим, что масло прилипло к мылу. Но оно буквально соскочило с моих пальцев, а дальше, видите, оно мокрое и чистое, и руки", — поделился блогер Даниэль Кортес. Эту проблему решит вечный источник воды. Такое устройство тоже уже придумали — в Израиле. Оно прогоняет воздух через охлаждающий элемент и собирает влагу. Несколько ступеней фильтрации избавляют жидкость от грязи и микробов — и стакан чистой воды из воздуха готов. Он вытягивает воду из воздуха, он очищает воду, он использует революционный пластиковый теплообменник", — рассказал изобретатель Алан Дершовиц. Такое всегда происходит в самый неподходящий момент. В России придумали батарейку, которая может бесперебойно работать 28 тысяч лет. Ученые догадались поместить отработанное ядерное топливо в оболочку из искусственных наноалмазов.
Новая батарейка преобразует энергию радиоактивного распада в электрическую и может использоваться для питания микроэлектронной аппаратуры. Она относится к так называемым бетавольтаическим элементам. Такой элемент питания состоит из двух частей: полупроводников — преобразователей энергии и радиоактивного элемента-излучателя. Исследователи разработали особую конструкцию микроканальную 3D-структуру атомной батареи, в которой расположение радиоактивного элемента изотопа никеля предотвращает потерю мощности, вызываемую обратным током. Эффективная площадь преобразования бета-излучения в электрическую энергию в сравнении с аналогами увеличилась в 14 раз, что в результате дало общее увеличение тока. В числе прочих преимуществ разработчики отмечают упрощение технологии изготовления атомной батареи, что вдвое удешевляет её производство.
Создана уникальная ядерная батарейка Российские физики разработали батарейку, которая может преобразовывать в электричество энергию бета-распада — излучения электронов радиоактивным элементом. Коллектив исследователей из Московского института стали и сплавов под руководством заведующего кафедрой материаловедения полупроводников и диэлектриков профессора Юрия Пархоменко представил прототипы радиоизотопных батареек, созданных по технологии преобразования энергии бета-излучения в электрическую энергию на основе монокристаллов пьезоэлектриков. В качестве источника использован радиоактивный изотоп «никель-63». Его период полураспада около 100 лет, что позволяет создавать элементы питания со сроками службы до 50 лет. Хотя бета-распад — один из видов радиоактивного излучения, людям нечего бояться.
В МИФИ создали прототип плутониевой батарейки
Эффективная площадь преобразования бета-излучения в электрическую энергию в сравнении с аналогами увеличилась в 14 раз, что в результате дало общее увеличение тока. В числе прочих преимуществ разработчики отмечают упрощение технологии изготовления атомной батареи, что вдвое удешевляет её производство. 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.
Но это очень-очень дорого и сложно.
Эта система является относительно простой с точки зрения экспериментальной реализации и представляет собой ансамбль плотно упакованных нанокластеров никеля с градиентным распределением наночастиц по размеру, осажденных на поверхности широкополосного диэлектрика — оксида кремния. Ключевая особенность системы основана на том, что вследствие размерной зависимости энергии Ферми наличие пространственно неоднородного распределения металлических наночастиц по размерам приводит к пространственному перераспределению заряда в такой системе. Это означает, что в электропроводящей системе соприкасающихся друг с другом металлических наночастиц, средний размер которых монотонно изменяется в выделенном направлении, в этом же направлении должна регистрироваться разность потенциалов.
Таким образом, формирование нанокластерных пленок никеля-63 с градиентным распределением наночастиц по размерам открывает уникальную возможность и позволяет совместить сразу два важных процесса: во-первых, формировать покрытия с фиксированной разностью потенциалов определяется разницей размеров наночастиц в выделенном направлении ; во-вторых, осуществлять преобразование энергии бета-распада 63Ni в ток электронов без использования дополнительных сложных для реализации полупроводниковых систем. Главным вопросом, которому посвящена разработка НИЯУ МИФИ, является исследование электрофизических свойств формируемой нанокластерной пленки никеля и подбор оптимальных параметров эксперимента для создания эффективного преобразователя энергии бета-распада 63Ni в электричество. Первичные результаты, подтверждающие возможность реализации такой системы, ранее были опубликованы коллективом авторов в престижном журнале Applied Physics Letters. Однако оказалось, что данные наноструктурированные пленки могут использоваться в качестве селективного фотоэмиттера — системы с перераспределенным спектром излучения в заданном спектральном диапазоне.
Как показали проведенные эксперименты, процесс окисления данной пленки приводит к образованию оксидной оболочки поверх металлического ядра нанокластера.
У 238-го он 87,7 лет. Через этот срок в килограмме лишь половина вещества останется изотопом, а остальная часть избавится от «лишних» электронов и в данном случае превратится в уран-234. Через еще 87,7 лет останется лишь 250 граммов. Не получится загрузить на борт космического аппарата десяток батареек и менять их по мере надобности — они все начинают работу еще до того, как их подключают к системе. Постоянное уменьшение количества радиоактивного топлива означает и уменьшение тепла и электричества. Но не все так плохо. В космосе не только светло, но и темно В батарейках на основе диоксида плутония-238 увидели смысл в космической промышленности. Например, на околоземной орбите спутнику достаточно солнечных батарей размером с 4 парковочных места.
Для полета к Марсу понадобится вдвое большая площадь. К Юпитеру — еще увеличить раз в 8. Чем дальше от Солнца летит космический аппарат, тем меньше и меньше и меньше эффективность солнечных батарей. 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.
Постоянное уменьшение количества радиоактивного топлива означает и уменьшение тепла и электричества. Но не все так плохо. В космосе не только светло, но и темно В батарейках на основе диоксида плутония-238 увидели смысл в космической промышленности.
Например, на околоземной орбите спутнику достаточно солнечных батарей размером с 4 парковочных места. Для полета к Марсу понадобится вдвое большая площадь. К Юпитеру — еще увеличить раз в 8. Чем дальше от Солнца летит космический аппарат, тем меньше и меньше и меньше эффективность солнечных батарей. 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 Красноярском крае разработана атомная батарейка, работающая 50 лет
По их заверениям, энергоэффективность атомных батареек настолько высока, что их можно ставить в пару с литиевыми аккумуляторами. Заново изобрели электричество: батарейка с сердечником из ядерных отходов будет работать 28 тысяч лет. И вот очередная громкая новость: американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая способна проработать тысячи лет. Betavolt планирует выпустить версию ядерной батарейки на 1 ватт к 2025 году. В батарейке МИФИ несколько иной принцип действия — изотоп в вакуумной камере нагревается до 1500 градусов Цельсия и начинает светиться.
Ядрена батарейка
| От смартфона до ракеты. Учёные создали "вечную" атомную батарейку | С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи, пишет RT. |
| Российская армия получит портативные атомные источники электропитания военной техники | Мощность ядерной батарейки Betavolt на данном этапе составляет 100 микроватт, а напряжение — 3 Вольта. |