Как будто концепции ядерных батарей недостаточно, есть и более эксцентричная идея — создавать батареи из искусственных наноалмазов. Такие батареи могут стоить $100 за кВт·ч, что вдвое дешевле самых простых литий-ионных версий. Как будто концепции ядерных батарей недостаточно, есть и более эксцентричная идея — создавать батареи из искусственных наноалмазов.
«Ядерные батарейки» для космической техники
В основе атомной батарейки Betavolt используется изотоп никель-63 и алмазные полупроводники. В процессе радиоактивного распада он превращается в изотоп медь-64. В природе изотопа никель-63 не существует. Он получается в специальных ядерных реакторах, поэтому цена 1 г изотопа запредельная. Явно не для батареек смартфонов. Вечерний 3DNews Каждый будний вечер мы рассылаем сводку новостей без белиберды и рекламы.
Выбор ядра для атомной батареи из широкого спектра радионуклидов, используемых в радиоизотопной энергетике, зависит от конкретной цели, для которой создается источник питания, режима его эксплуатации и целого ряда других условий. Области применения ядерных батарей разнообразны: в ближайшем будущем ядерные батарейки станут незаменимы на территориях, удаленных от инфраструктуры, например, в Арктике, на больших глубинах, на газо- и нефтепроводах большой протяженности, в космосе, а также в связи и медицине — там, где нужен длительный мониторинг без возможности подзарядки или замены источников энергии. Кроме высокой удельной мощности, важны также простота и удобство наработки радионуклида например, в атомном реакторе и такой параметр, как отсутствие гамма-излучения. Поэтому, скажем, для ядерных батареек в кардиостимуляторах или датчиках артериального давления и показателей крови подходят только плутоний-238 и никель-63. Требование безопасного радиоизотопа резко сужает круг потенциальных кандидатов, поскольку ядра при распаде должны либо все переходить в основное состояние дочернего ядра, либо заселять возбужденные состояния дочернего ядра с очень низкой вероятностью. Кроме выбора радиоизотопа, принципиально важным при разработке радиоизотопных источников энергии является и выбор схемы преобразования энергии ядерного распада в электричество. На практике преобразование ядерной энергии в электрическую осуществляется преимущественно по непрямому ступенчатому принципу: кинетическая и кулоновская энергия альфа- и бета-частиц сначала превращаются в иную, например, тепловую, химическую, механическую, световую и т. Это наиболее перспективный радионуклид в бета-вольтаике — средняя энергия бета-частиц 63Ni 17.
Отмечается, что по мере совершенствования разработки мы вскоре можем увидеть батареи для смартфонов, которые не требуют подзарядки. Как разработка приблизит появление отечественного квантового компьютера Зимой прошлого года китайские ученые заявили, что изобрели новый двигатель для дронов, который поможет устройствам находиться в воздухе на протяжении долгого времени. В частности, специалисты из Северо-Западного политехнического университета Китая изобрели модуль, который преобразует энергию света в электричество и позволяет заряжать дроны в воздухе. Создатели не раскрывают деталей проекта, чтобы избежать его использования в военных целях, однако заверяют, что с таким двигателем дрон сможет подниматься на высоту небоскреба.
Существует американский аналог изотопного источника питания, но российские ученые принципиально использовали только российские комплектующие. Но удельная активность потока бета-частиц в российских батареях выше», — рассказал начальник отдела разработки технологий и оборудования для изотопной продукции ВНИИНМ Александр Аникин. Полупроводниковые преобразователи служат для преобразования в электричество энергии, излучаемой тритием — радиоактивным изотопом водорода.
Атомная батарейка. 80 лет без подзарядки
Кроме выбора радиоизотопа, принципиально важным при разработке радиоизотопных источников энергии является и выбор схемы преобразования энергии ядерного распада в электричество. На практике преобразование ядерной энергии в электрическую осуществляется преимущественно по непрямому ступенчатому принципу: кинетическая и кулоновская энергия альфа- и бета-частиц сначала превращаются в иную, например, тепловую, химическую, механическую, световую и т. Это наиболее перспективный радионуклид в бета-вольтаике — средняя энергия бета-частиц 63Ni 17. Группа ученых из Института ЛаПлаз под руководством Петра Борисюка предложила оригинальную физическую систему на основе 63Ni, позволяющую провести эффективную генерацию вторичных электронов непосредственно внутри наноструктурированных пленок никеля и значительно увеличить токовый сигнал, вызванный каскадом многократных неупругих соударений бета-частиц. 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.
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. Проверять правильность нанесения приходится с помощью атомно-силового микроскопа, который позволяет контролировать работу с точностью почти до атома.
Мощность - 60 микроватт. 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.
Новая разработка имеет бетавольтаический элемент с двусторонним нанесением радиоактивного элемента и оригинальной трехмерной структурой, из-за чего данный источник питания имеет небольшие размеры, повышенную удельную мощность, а также низкую себестоимость при массовом производстве.
В перспективе новинку можно будет применять как источник питания в том числе и аварийный , а также датчик температуры, в разного плана устройствах, эксплуатация которых подразумевается в труднодоступных и удаленных местах с экстремальными температурами - космос, высокогорье, большие водные глубины.
Этой энергии должно хватить для автономного питания кардиостимулятора в течение многих лет. Сфера применения представленной батареи весьма широка. Ядерные батарейки можно использовать в любые сферах, где есть потребность в автономных источниках энергии с большим сроком службы: медицина, микроэлектроника, ядерная энергетика и другие.
Американский стартап показал «вечную» ядерную батарейку
| В России создали атомную батарейку со сроком службы до 20 лет | Два года назад учёные Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» представили компактную атомную батарейку. |
| В России создана атомная батарейка: может работать до ста лет - МК | Этим они отличаются от атомных реакторов, в которых для этого используется управляемая цепная ядерная реакция. |
| «Ядерные батарейки» для космической техники | Учитывая, что батарейка которая указана в новости будет в продаже только в конце этого года, скорее у вас была другая батарейка, и может не ядерная, хз. |
Вечный заряд: российские ученые создают батарейку, способную работать десятилетиями
В 2016 году учёные уже сообщали о разработке прототипа ядерной батарейки на основе никеля-63. Заново изобрели электричество: батарейка с сердечником из ядерных отходов будет работать 28 тысяч лет. Как будто концепции ядерных батарей недостаточно, есть и более эксцентричная идея — создавать батареи из искусственных наноалмазов. В России представили прототипы уникальных ядерных батареек, срок службы которых составляет более пятидесяти лет.
Что за ядерную батарейку создали российские учёные?
Об этом пишет издание Applied Physics Letters. Российские физики разработали определённую систему. В её основе лежит бета-распад никеля-63. В этой системе увеличен токовый сигнал, поскольку регенерация вторичных электронов происходит внутри наноструктурированных плёнок никеля.
Были вопросы и к конструкции советских космических аппаратов: ситуацию можно сравнить с водителем, выбрасывающим весь мусор которого тонны из машины в окно — чего только не оказалось на мусорной орбите вокруг Земли! Собственный опыт и опыт «коллег» подтолкнул американских инженеров к тому, чтобы разработать системы, которые активируются лишь после удаления от Земли. Это было важно, так как мощность батареек планировали нарастить.
Однако особенно преуспели в этом Советы, которые быстро перешли на киловаттные установки, но уже в 1970-е. Американцы также запустили экспериментальный вариант на 500 Вт и 30—40 кВт тепловой энергии в 1975 году. В 1979 году началось частичное разрушение объекта. Причины остались неизвестны, предполагалось столкновение. Также считается, что радиоактивные элементы оказались в космосе. Фото: energy.
В рамках проекта NERVA, например, были испытаны ЯРДы ядерные ракетные двигатели, относятся к радиоизотопным источникам энергии, как и РИТЭГ , способные произвести до 4500 мегаватт тепловой энергии и 1,1 млн ньютонов реактивной тяги половина тяги маршевого двигателя шаттла , работая до 90 минут. Плюс таких двигателей — в значительном сокращении времени полета. Но это другая история, которая пока не закончилась. Модификация одного из них обогревала измерительный инструмент, который взяли с собой участники миссии «Аполлон-11». И пока это так. Однако подобные системы практически незаменимы при отправке зондов на сверхдальние расстояния — туда, где солнечные батареи бесполезны.
Первопроходцем в этом деле стала межпланетная станция «Пионер-10», отправленная в космос 3 марта 1972 года. Перед запуском они выдавали 155 Вт электроэнергии, но при подлете к Юпитеру показатель снизился до 140 Вт. Этого было более чем достаточно для работы систем, потреблявших 100 Вт, но к 2001 году энергии уже едва хватало на поддержание функционирования лишь некоторых модулей. До этого новые системы прошли обкатку в спутниках на околоземной орбите. Каждый из космических аппаратов получил по три РИТЭГа общей электрической мощностью 470 Вт на момент запуска с перспективой снижения электрической мощности в два раза примерно через 88 лет. Источниками энергии стали 24 спрессованные сферы из оксида плутония.
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.
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.
Основное преимущество состоит в том, что ни жара, ни холод не могут нанести вред радионуклидной батарее. Между тем разработчики утверждают, что она совершенно безвредна и безопасна. Действительно ли она безопасна для человека и будет ли производство батареек дорогим, рассказывает доцент кафедры радиохимии химического факультета МГУ Владимир Петров: — Будет дорогой однозначно. Изотоп никеля-63 получают из никеля-62, это один из природных изотопов никеля, но, чтобы этот никель-63 был чистым, нужно из природной смеси изотопов никеля выделить именно никель-62, для массового потребления это будет недешево. Так как энергия этих электронов не очень большая, то и проникающая способность у них невелика, то есть все, что вылетает из никеля-63, за стенки батарейки не вылетает. С этой точки зрения можно сказать, что такие батареи относительно безопасны для человека. Относительно — потому, что, если ее не вскрывать, она безопасна.
Российская «атомная батарейка» способна проработать 20 лет!
| Атомная батарейка в современном мире | Новость «Ученые разработали атомную батарейку для космических кораблей» вызвала бы определенный интерес. |
| Почему ядерные батарейки так и не стали популярны? История почти забытой технологии | На заводе «Элемаш» в Электростали делают батарейки для ядерных реакторов, которые используют по всему миру. |
| Почему не делают смартфоны и ноутбуки на атомных батарейках? И могут ли они появиться в будущем? | «Сердце ядерной батарейки — вакуумная капсула с радиоактивным изотопом. Благодаря энергии ядерного распада она нагревается до 1500°C и начинает светиться. |
В МИФИ создали прототип плутониевой батарейки
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. Николай Турубар эксперт по мобильным технологиям «Это все уже очень быстро решается. Например, блютуз-гарнитура очень долго не могла войти в рынок, хотя была давно известна, давно разработана, но людям не нравилось, когда человек идет по улице и говорит как будто с самим собой.
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.
Если внимательно прослушать и перевести текст этого ролика, то открывается гораздо больше интересной информации. Сначала подробно рассказывается о происхождении изотопа С14 С 1940 Англия сделала много ядерных реакторов научного, военного и гражданского назначения. Все эти реакторы используют уран как топливо, а внутри реактор сделан из графитовых блоков. Эти графитовые блоки используются в процессе ядерного расщепления, позволяя контролировать цепную реакцию, которая даёт постоянный источник тепла. Это тепло потом используется, чтобы превратить воду в пар, которое потом крутит турбины, чтобы сделать электричество. Ядерные электростанции производят ядерные отходы, которые необходимо безопасно утилизировать. Надо просто подождать, чтобы эти отходы перестали быть радиоактивными. К сожалению, это занимает тысячи и миллионы лет. Это также требует очень много денег, чтобы контролировать безопасность в течение этих многих лет. Так как мы используем графитовые реакторы, Англия создала 95000 тон графитовых блоков содержащих радиацию. Этот графит только один из форм углерода, простой и стабильный элемент, но если положить эти блоки в высоко радиоактивное место, то тогда часть углерода превращается в углерод14. Углерод14 может превратиться обратно в обычный углерод12 когда её дополнительная энергия уйдет. Но это очень долгий процесс потому что период полураспада углерода14 составляет 5730 лет. Это значит, что возможно убрать большинство радиации нагревая их - большинство радиации выходит как газ, который потом может быть собран. Оставшиеся графитовые блоки все-равно радиоактивны, но не так сильно, это значит, что утилизировать их будет проще и дешевле. Радиоактивный углерод14 в форме газа, может быт переделан при низких давлениях и высоких температурах в алмаз - это еще одна форма углерода.
Ученые НИЯУ МИФИ создали прототип ядерной батарейки
| Telegram: Contact @rosatomru | Принцип атомной батарейки в том, что радиоактивный изотоп, распадаясь, излучает тепло и разогревает капсулу, в которой он находится, до полутора тысяч градусов. |
| В России создали «ядерную батарейку» для космоса и авиации - Телеканал "Наука" | Уникальность атомной батарейки еще и в размере. В сравнении с литий-ионными аккумуляторами, батарейка на основе никеля-63 в 30 раз компактнее. |
| Российские ученые создали атомную батарейку, которая может работать 20 лет — Нож | В батарейке МИФИ несколько иной принцип действия — изотоп в вакуумной камере нагревается до 1500 градусов Цельсия и начинает светиться. |
| Батарейка для Севморпути будет работать на плутонии-238 | Первую опытную партию ядерных батареек для космоса и авиации изготовил «Росатом». |
Что за ядерную батарейку создали российские учёные?
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.
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.
В Nano Diamond Battery отмечают, что батарейки безопасны для человека и окружающей среды. В процессе испытаний радиационный фон оставался в норме. А алмазная оболочка дешевые искусственные алмазы успешно защищала корпус от возможных повреждений. Еще один положительный момент — работающая батарейка не выделяет углекислый газ.
Безопасность и эффективность бета-гальванической батареи подтвердили в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса и Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Внутренний стержень «фонит» до 28 000 лет, поэтому элементы питания будут работать гораздо дольше, чем техника, в которую они установлены. Теоретически они могут работать совместно с литий-ионными батареями, установленными на большинстве современных устройств. При работе «алмазная» батарейка будет передавать излишки электричества литиевому аккумулятору. Наша разработка полностью заряжала бы вашу батарею с нуля пять раз в час.
Представьте себе это.
Выбор в качестве источника энергии несуществующего в природе изотопа «никель-63» неслучаен. Производство батареек запланировано на Горно-химическом комбинате в Красноярском крае. Уникальные характеристики разработанного устройства, его компактность и безопасность позволяют надеяться на его конкурентоспособность на рынке аналогичных источников питания Единственный недостаток батарейки — высокая стоимость.
Из-за дороговизны производства никеля-63 на начальном этапе она может составлять несколько миллионов рублей. Однако по мере отработки технологии и налаживании массового производства цена неминуемо сильно упадет.
Как получить тяжёлый никель
- Вступай в наши группы и добавляй нас в друзья :)
- Делаем электричество из изотопов
- Новости — Российские ученые создали атомную батарейку с зарядом на 20 лет
- Атомная батарейка: разработан прототип, способный держать зарядку тысячи лет
В России создали атомную батарейку со сроком службы до 20 лет
И вот очередная громкая новость: американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая способна проработать тысячи лет. Российские учёные презентовали прототип атомной батареи, способной работать без подзарядки 80 лет. В Китае изобрели атомную батарейку, способную работать без подзарядки 50 лет.
Что за ядерную батарейку создали российские учёные?
Российская ядерная батарейка в отличие от традиционных источников питания получает электрическую энергию в результате естественного распада радиоактивных изотопов. Главная/Новости/Китай представил ядерную батарейку размером с монету, которой хватит на 50 лет. Российские ученые разработали прототип ядерной батарейки мощностью до 100Вт, которая может работать с помощью бета-распада никеля-63. Как устроена батарейка на ядерном топливе, и насколько она безопасна? Многоствольные скорострельные пулемёты. атомная батарейка. Батарейку можно применять в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах.
Почему ядерные батарейки так и не стали популярны? История почти забытой технологии
Китайские ученые создали «вечную» ядерную батарею, которая может производить энергию до 50 лет без подзарядки. Новости энергетики. Рубрики. Российские специалисты разработали "атомную батарейку", имеющую повышенную мощность. Российские учёные презентовали прототип атомной батареи, способной работать без подзарядки 80 лет. Китайские ученые создали «вечную» ядерную батарею, которая может производить энергию до 50 лет без подзарядки. В Китае изобрели атомную батарейку BV100, которая может работать до 50 лет без подзарядки. Ядерная батарейка работает на изотопе никель-63.