«Ядерная батарейка» впервые разработана в России, передает РИА «Новости».
Российские физики уплотнили энергию ядерной батарейки в десять раз
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. Плюс на борту имелось по девять нагревателей RHU их может быть и больше, они устанавливаются точечно в рассчитанных местах.
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.
Прототип, как заявляет производитель, выдерживает до 400 циклов заряда-разряда. Компания работает над тем, чтобы увеличить этот показатель втрое. Полимер для аккумуляторов получили из алюминия и других распространенных материалов. На цинке EnZinc, стартап по производству цинковых батарей, заявил в 2021 году, что нашел способ для замены лития на нетоксичный и дешевый цинк в аккумуляторах. До этого на рынке существовали только неперезаряжаемые цинковые батареи. Они выдерживают несколько тысяч циклов зарядки и разрядки. Ведутся испытания образцов. Их можно будет масштабировать для мобильных телефонов и до транспортных систем, а также для нужд электроэнергетики. Разработка имеет специальный корпус из синтетических алмазов, внутрь которого помещен радиоактивный центр, работающий на переработанных ядерных отходах углерода-14. Бета-излучение изотопов преобразуется в электрический ток. Испытания батарейки показали, что радиационный фон остается в норме, а сама она не выделяет углекислый газ. При этом ее стержень «фонит» до 28 тыс. Разные форм-факторы атомных батереек Фото: ndb. Их конструкция работает на никелевом бета-гальваническом элементе, который служит около 20 лет. Эти элементы можно размещать на одежде и использовать их энергию для зарядки мобильных устройств. Термохимические ячейки Фото: misis. Эти панели можно будет устанавливать в окнах домов и офисов. Они будут аккумулировать энергию солнечного света в течение дня. А в 2020 году Tesla презентовала собственный инвертор солнечной энергии, который дополнит линейку домашних солнечных батарей компании.
За год планетарий принял свыше 700 тысяч человек. В 1990 году была открыта народная обсерватория, в которой был установлен самый большой телескоп в Москве, доступный для массовых наблюдений. К сожалению, в 1994 году московский планетарий закрылся. Лишь 12 июня 2011 года, после реконструкции, он вновь стал принимать посетителей. Московский планетарий находится по адресу ул. Садовая-Кудринская, д. С программой мероприятий и временем работы заведения вы можете ознакомиться на официальном сайте центра. За основу разработки специалисты взяли технологию MEMS microelectromechanical systems, микроэлектромеханические системы. В качестве элемента питания — радиоактивный изотоп. В итоге атомная батарейка способна проработать не менее 50 лет. А теперь более подробно. В элементе питания под тонким слоем изотопа никель-63 период полураспада превышает 100 лет расположен крошечный кантилевер рычаг. В процессе распада электроны заряжают его и создают разность потенциалов между пленкой и рычагом. Таким образом, кантилевер притягивается к пленке и, касаясь ее, разряжается, тем самым возвращаясь в исходное положение.
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. 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.
Ученые создали атомную батарейку. Она может работать 20 лет
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. Она защищает от радиации и превращает энергию распада в электричество. На атомных батарейках сможет работать все — от смартфонов до электрокаров и поездов. Но насколько безопасен такой элемент питания? И даже человек может в носимых каких-то устройствах использовать. Вопрос, конечно, количества этих устройств", — рассказал руководитель конструкторского бюро Александр Косарев. Ведь жесткие диски хранят информацию в лучшем случае несколько лет. Американские разработчики решили, что пора переходить на вечные флешки. Их изготавливают из кварцевого стекла.
Его можно облить водой, прокипятить, засунуть в микроволновку и облучить мощным магнитом. Данные никуда не денутся. Он выдерживает обжигающую жару в тысячи градусов по Цельсию, хранит 360 терабайт информации. Такое количество данных заняло жесткий диск размером с мое тело", — поделилась журналист Александра Кардинале. При записи лазерный луч создает в прочнейшем кварце слои трехмерных кристаллических решеток.
Этот радиоактивный элемент распадается, то есть с течением времени он изменяется естественным образом. В процессе распада выделяется энергия. 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?
После распада 63 изотопа превращаются в стабильный изотоп меди, который нерадиоактивен и не представляет никакой угрозы.
США и Европа также работают над созданием миниатюрных ядерных батарей Ядерные батареи или радиоизотопные генераторы — это устройство, в которых энергия распада радиоактивного изотопа преобразуется в электрическую энергию. От ядерных реакторов они отличаются тем, что в них не используется цепная реакция. 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.
Однако она дает представление о будущих применениях. В частности, Betavolt предполагает, что при соблюдении соответствующих норм атомные батарейки могут использоваться потребителями для питания таких устройств, как мобильные телефоны, предлагая альтернативу частой подзарядке обычных аккумуляторов. Батарея не генерирует внешнего излучения, не воспламеняется и не взрывается в ответ на раздражители. Эта особенность также открывает путь к потенциальному применению в медицине, например, в кардиостимуляторах и искусственных сердцах. Что касается сроков, то сказать сложно. Однако известно, что в настоящее время BV100 находится на стадии опытной эксплуатации, а в планах — серийное производство. В будущем Betavolt также планирует разработать более мощные батареи, а также изучить возможность использования различных радиоактивных изотопов для различных целей.
80 лет без подзарядки: в России создали атомную батарею
Также известно, что атомная батарейка может быть создана на основе изотопа америций-241, в этом случае устройство будет работать 432 года. Главная/Новости/Китай представил ядерную батарейку размером с монету, которой хватит на 50 лет. Миниатюрную атомную батарейку разработали учёные НИТУ «МИСиС». Китайский стартап Betavolt разработал атомную батарейку, которая может вырабатывать энергию в течение 50 лет без необходимости зарядки.
Китай представил ядерную батарейку размером с монету, которой хватит на 50 лет
Структуру, состоящую из изотопа и полупроводников, помещают внутрь специального защищённого корпуса. Он спроектирован таким образом, чтобы радиация не выходила наружу, а сама батарейка могла пережить ударные нагрузки, перепады температур и давления. Получается надёжная и практически автономная конструкция, изолированная от окружающей среды. Ядерные батарейки не нуждаются в подзарядке и могут работать в течение многих лет. В теории — пока не достигнут периода полураспада изотопа, который в них находится. На практике ещё нужно учитывать деградацию других элементов, например полупроводников. Какими бывают ядерные батарейки и как они работают Источники энергии на основе изотопов можно разделить на две категории: тепловые и нетепловые. Всё зависит от того, каким образом из энергии ядерного распада получают электричество. РИТЭГ: что было до ядерных батареек. Такие устройства использовали в космосе, в тех местах, где невозможно применять солнечные батареи.
Например, на космических кораблях, которые отходят далеко от Солнца. Внутри устройства — радиоактивный изотоп, который распадается естественным путём и при этом выделяет тепло. Специальные элементы преобразуют это тепло в электричество. РИТЭГ — хорошо изученная технология, но не слишком эффективная. При таком способе преобразования теряется много энергии. К тому же термические преобразователи громоздкие и хрупкие, пользоваться ими не очень удобно. Нужна была более совершенная технология. Электронно-вольтаический эффект и сэндвич-структура. В 50-х учёные выяснили, что бета-излучение радиоактивных изотопов может генерировать электрический ток, если проходит через полупроводники.
На основе этого эффекта начали создавать генераторы. Изотоп испускает частицы, а полупроводниковая часть преобразует эти частицы в энергию», — поясняет Сергей Леготин. С помощью таких «сэндвичей» стало можно создавать источники питания, которые вырабатывали бы энергию в течение многих лет без подзарядки. Но у таких батареек тоже были свои минусы: бета-вольтаические элементы дают довольно слабый электрический ток. Поэтому батарейка может питать только маломощные элементы, а для питания чего-то более мощного нужен целый кластер из множества бета-вольтаических элементов. Со временем полупроводниковые технологии совершенствовались. Стало возможно создавать структуры с улучшенным качеством преобразования энергии изотопа в ток. Многие современные ядерные батарейки тоже пользуются бета-вольтаическими элементами. Термофотовольтаика и светящиеся капсулы.
Ещё одна технология — создавать батарейки на основе альфа-излучения, за счёт принципа, который называется термофотовольтаическим. Изотоп, испускающий альфа-частицы, — чаще всего это плутоний — погружается в специальную капсулу с напылением. Стенки капсулы под воздействием радиации нагреваются до температуры в 1500 градусов по Кельвину.
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. Потребуется много радиоактивного материала, батарейки начнут вскрывать, а это уже вопросы безопасности производства, использования и переработки», — сообщил в разговоре с RT Сергей Леготин. В настоящий момент разработка МИСиС проходит процедуру международного патентования, а сам вуз признан зарубежными экспертами «одним из ключевых участников мирового рынка бетавольтаических батарей», отмечает пресс-служба университета. С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи. Ошибка в тексте?
Единственная проблема технологии — слишком высокая себестоимость. При этом они втрое уменьшили размеры и одновременно увеличили энергоемкость в 10 раз. Но они пока не готовы сказать, когда подобные решения появятся в массовом производстве.
Учёные Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» представили компактную атомную батарейку, которая в десять раз мощнее и вдвое дешевле существующих аналогов. Об этом сообщает пресс-служба вуза. Разработка описана в научном журнале Applied Radiation and Isotopes. 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.
Вечный заряд: российские ученые создают батарейку, способную работать десятилетиями
Ученые НИЯУ МИФИ вплотную подошли к созданию ядерной батарейки принципиально нового типа. Американцы первые образцы своих атомных батареек устанавливали на спутники Transit 4A и 4B. "Росатом" изготовил первую опытную партию компактных ядерных батареек.
Российская армия получит портативные атомные источники электропитания военной техники
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.
Когда идет распад радиоактивный элемент выпускает бета излучение. В итоге происходит его положительный заряд. В это время коллектор заряжается отрицательно. После чего появляется разность потенциалов и образуется электрический ток.
По сути наш атомный элемент питания представляет из себя слоистый пирог. Промеж 200-т алмазных полупроводников стоят 200 источников энергии, выполненных из никеля 63. Высота источника энергии составляет около 4 мм. Его вес равен 250 миллиграмм. Маленький размер — это большой плюс для Российской атомной батарейки. Сложно отыскать нужные габариты.
Большая толщина изотопа не даст появившимся в нем электронам выйти. Маленькая толщина не выгодна, так как снижается количество бета распадов в единицу времени. То же самое и с толщиной полупроводника.
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. Также инженеры компании хотят сделать модульную версию батареи, чтобы объединять несколько BB100 в один элемент. В Betavolt планирует в скором времени запустить коммерческое производство батареек BB100 и её модификаций для применения в смартфонах, беспилотниках, медицинских устройствах, аэрокосмической сфере.
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.
Почему ядерные батарейки так и не стали популярны? История почти забытой технологии
В России представили прототипы уникальных ядерных батареек, срок службы которых составляет более пятидесяти лет. С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи. Атомную батарейку, которая эффективно сможет работать десятки лет, продлевая работоспособность космических и глубоководных приборов, создали ученые НИТУ «МИСиС». Принцип атомной батарейки в том, что радиоактивный изотоп, распадаясь, излучает тепло и разогревает капсулу, в которой он находится, до полутора тысяч градусов. Новая российская атомная батарейка стала в десять раз мощнее и вдвое дешевле аналогов.
Без зарядки 50 лет: в Китае разработали ядерную батарею
Ученые НИТУ «МИСиС» представили инновационный автономный источник питания — компактную атомную батарейку, которая может работать до 20 лет. 28 тысяч лет без подзарядки: как устроена батарейка на ядерном топливе и насколько она безопасна? Российская «атомная батарейка» способна проработать 20 лет!
Почему не делают смартфоны и ноутбуки на атомных батарейках? И могут ли они появиться в будущем?
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.
Василий Парфенов эксперт Краткий ответ — нет, не появятся. Атомные батарейки, то есть источники электрического тока, получающие энергию от распада радиоактивных веществ, существуют очень давно, и среди них есть довольно компактные. Их широкому применению мешают не сложности с безопасностью, а стоимость и удельная мощность — первая непозволительно велика, а вторая непрактично мала для потребительской электроники. Чтобы понять, почему это проблема, рассмотрим возможные способы улавливания и преобразования энергии деления атома. 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.
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. Компактные «атомные батарейки» со сроком службы до 50 лет крайне востребованы в приборах и системах, где замена источников питания затруднительна, высокозатратна или небезопасна.
В России создали «ядерную батарейку» для космоса и авиации 26. Ученые из Научно-исследовательского института неорганических материалов имени академика Бочвара ВНИИНМ создали источники питания для аэрокосмической отрасли, работающие на тритии. Существует американский аналог изотопного источника питания, но российские ученые принципиально использовали только российские комплектующие.
В России создана атомная батарейка: может работать до ста лет
В России создали прототип атомной батареи, которая может работать без подзарядки 80 лет. "Росатом" изготовил первую опытную партию компактных ядерных батареек. Ученые НИТУ «МИСиС» разработали атомную батарейку с повышенной в десять раз мощностью. Мощность ядерной батарейки Betavolt на данном этапе составляет 100 микроватт, а напряжение — 3 Вольта. Смотрите видео онлайн «Атомная батарейка. 80 лет без подзарядки» на канале «Росатом» в хорошем качестве и бесплатно, опубликованное 17 июля 2023 года в 15:04, длительностью 00. Российские учёные из НИТУ "МИСиС" создали атомную батарейку, способную прослужить до 50 лет.