Конструкция ядерной батареи BV100. Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров. Этим они отличаются от атомных реакторов, в которых для этого используется управляемая цепная ядерная реакция. Отмечается, что ядерные батарейки работают за счет преобразования в электричество энергии распада метастабильных ядер. Устройство ядерной батарейки можно сравнить с полупроводниковой солнечной батареей.
Сделано в России
| Атомные батарейки и зарядка по Wi-Fi: будущее рынка сохранения энергии | Заново изобрели электричество: батарейка с сердечником из ядерных отходов будет работать 28 тысяч лет. |
| Ядерное питание: российские учёные создали атомную батарейку повышенной мощности — РТ на русском | Принцип атомной батарейки в том, что радиоактивный изотоп, распадаясь, излучает тепло и разогревает капсулу, в которой он находится, до полутора тысяч градусов. |
| Почему не делают смартфоны и ноутбуки на атомных батарейках? И могут ли они появиться в будущем? | С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи, пишет RT. |
| В России разработана атомная батарейка | В Китае изобрели атомную батарейку, способную работать без подзарядки 50 лет. |
Атомная батарейка: разработан прототип, способный держать зарядку тысячи лет
«Ядерная батарейка» впервые разработана в России, передает РИА «Новости». Российская «атомная батарейка» способна проработать 20 лет! "Росатом" изготовил первую опытную партию компактных ядерных батареек. Первую опытную партию ядерных батареек для космоса и авиации изготовил «Росатом».
Российские ученые создали атомную батарейку, которая может работать 20 лет
Новая батарейка преобразует энергию радиоактивного распада в электрическую и может использоваться для питания микроэлектронной аппаратуры. 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.
Как сообщили «МК» разработчики новой технологии, до их изобретения в вышеуказанных приборах, работающих при сверхнизких температурах в космосе, под водой и в высокогорных районах, устанавливали батарейки с радиоактивным веществом никель-63. 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.
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. Искусственные алмазы, сделанные из радиоактивного углерода, излучают поток бета-излучения, которое может создать электрический ток. Это дает нам ядерную энергию алмазной батареи. Там нет движущейся частей, ее не надо обслуживать, алмаз просто производит электричество. Так как алмаз самое твердое вещество на свете, то ни какое другое вещество не может дать такую защиту для радиоактивного углерода14. Поэтому снаружи можно обнаружить очень маленькое количество радиации. Но это почти то же самое количество радиации, сколько выделяет банан, так что оно совсем безопасно. Эти бриллиантовые батареи будут лучше всего использованы там, где нельзя менять обычные батарей.
Результаты исследования были опубликованы в международном научном журнале Applied Radiation and Isotopes. Батарейку можно применять в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах, а также в труднодоступных или абсолютно не доступных местах: в космосе, под водой, в высокогорных районах.
Российская «атомная батарейка» способна проработать 20 лет!
В таких генераторах применяются достаточно мощные излучатели с большими потоками альфа- и бета-частиц высоких энергий стронций-90, америций-241 и даже плутоний-238 , позволяющие получать сотни ватт. Тритий же считается мягким излучателем, его слабосильные бета-частицы на это неспособны. Зато изотоп отлично подходит для создания батарей другого типа — тех, что называют бета-вольтаическими, или просто атомными. Работают они почти так же, как фотоэлементы солнечных панелей, только полупроводниковый генератор тока в атомных батареях бомбардируется не фотонами, а бета-излучением. Попадание достаточно энергичной 1—100 тыс. На границе полупроводников с электронной N— и дырочной P— проводимостью возникают разница потенциалов и ток. Мощность его невелика, не более сотен микроватт, зато источник получается исключительно миниатюрным, долговечным и надежным. Ориентировочная стоимость: от 200—300 тыс.
Роскосмос Источник Атомная батарейка состоит всего из двух ключевых компонентов: источника бета-излучения и полупроводникового преобразователя. 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.
И голова наутро не заболит. Правда стоит виртуальное пиво в 5 раз дороже настоящего. А вот и нет. В Китае выпустили бесконечное мыло. И оно действительно работает.
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.
Как говорил профессор Лозовский, который у меня преподавал в универе: настоящие учёные - это люди, которые удовлетворяют своё любопытство за счёт государства или своих работодателей. Он имел в виду конечно фундаментальную науку, людей, реально тронутых на науке и пытающихся понять, как устроен мир. А без развития фундаментальной науки её прикладные области инженерия просто не смогут развиваться.
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. Примером такой технологии является система, использующая изотоп Pu-238. Батареи с изотопами стронция: исследователи работали над созданием батарей, использующих изотопы стронция для преобразования тепла в электроэнергию. Эта технология может быть эффективной для длительного обеспечения энергией удалённых устройств. Диамантовые батареи: некоторые исследователи занимаются созданием батарей, основанных на алмазах, обладающих способностью преобразовывать радиоактивные изотопы в электроэнергию. Эта технология также обещает долгий срок службы. Бактериальные батареи: исследования в области бактериальных батарей, использующих микроорганизмы для преобразования органических веществ в электроэнергию, также продолжаются. Эти батареи могут найти применение в биомедицинских и экологических приложениях.
Российские ученые создали атомную батарейку с зарядом на 20 лет
Атомная термоэлектрическая станция (АТСТ) малой мощности "Елена-М", разработанная в Национальном исследовательском центре "Курчатовский институт", и РИА Новости. Конструкция ядерной батареи BV100. Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров. Что это: атомная батарейка размером с монету, которая может работать до 20 лет. Образец "ядерной батарейки" состоял из двухсот алмазных преобразователей, чередуемых слоями фольги из никеля-63 и стабильного никеля.
«Ядерные батарейки» для космической техники
Ученые НИТУ «МИСиС» представили инновационный автономный источник питания — компактную атомную батарейку, которая может работать до 20 лет. С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи. В 2016 году учёные уже сообщали о разработке прототипа ядерной батарейки на основе никеля-63. Уникальность атомной батарейки еще и в размере. В сравнении с литий-ионными аккумуляторами, батарейка на основе никеля-63 в 30 раз компактнее.
От смартфона до ракеты. Учёные создали "вечную" атомную батарейку
Правда, людей часто пугают слова «ядерный» и «атомный» — оправдан ли страх того, что такая батарея будет вредить здоровью людей и природе? Разработанная в Китае ядерная батарея сможет увеличить время работы смартфонов до 50 лет В Китае создали ядерную батарею для смартфонов О разработанной в Китае ядерной батарее твердят со всех щелей — например, о ней рассказали авторы Yahoo News. Ее создала основанная в Пекине компания Betavolt, представители которой уверяют, что аккумулятор уже прошел этап предварительного тестирования и в скором времени станет доступен для использования в смартфонах и другой электронике. Конструкция ядерной батареи BV100 Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров. Настолько крошечная деталь способна обеспечить мощность в 100 микроватт и напряжение в 3 вольта. На сегодняшний день это не особо впечатляющие показатели, но в 2025 году компания обещает выпустить батарею мощностью в 1 ватт, и это уже звучит более внушительно. Примерный внешний вид ядерного аккумулятора Betavolt Это интересно: В 2023 году в Японии открыли крупнейший в мире термоядерный реактор Как работают ядерные батареи В качестве источника энергии внутри аккумулятора используется изотоп никель-63. В отличие от ядерного реактора, который производит энергию за счет деления ядерных частиц, радионуклидная батарея Betavolt работает по другому принципу. Будучи внутри корпуса крошечного размера, изотопы никеля-63 постепенно распадаются. В результате этого процесса выделяется тепло, которое впоследствии и преобразуется в электричество.
По словам Сергея Леготина, максимум, на что сгодится ядерная батарейка, — это использование ее в качестве аварийного элемента питания резервных датчиков или передачи коротких сигналов. Эксперт допускает, что в будущем появятся модификации батарей для зарядки более ресурсоемкой техники, но сделать их миниатюрными в ближайшей перспективе вряд ли удастся: скорее всего, первый рабочий вариант ядерной батарейки для смартфона будет по размеру больше его самого.
Базовая структура этой ядерной батареи включает в себя два преобразователя, подложку, источник никеля-63 и защитный слой. Размеры корпуса BB100 составляют 15x15x5 мм. Согласно характеристикам производителя, элемент питания может выдавать 100 микроватт мощности и напряжение 3 В. В основе разработки лежит полупроводниковый слой искусственного алмаза толщиной 10 микрометров.
Это был 1961 год. Спустя еще примерно год Transit 4B и некоторые другие спутники были повреждены из-за проведенных США ядерных испытаний в рамках программы Starfish Prime. Тогда на высоте 400 километров взорвали 1,44-мегатонный заряд, устроив небесный фейерверк, а заодно повредив собственную технику. Ведь ядерную энергию воспринимали как-то не всерьез. После проведения испытаний Starfish Prime во многих точках мира наблюдалось полярное сияние. Ошибок случалось немало, в том числе после того, как в гонку «радиоактивных» спутников включился СССР, который вначале использовал полоний-210, а затем перешел на уран-235. Иногда атомные батарейки падали в океан упоминается несколько случаев , другие горели в атмосфере или были уничтожены при запуске. 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.
В России разработана атомная батарейка
Этот изотоп применяется в ядерной медицине, с его помощью диагностируют заболевания желудочно-кишечного тракта. Ядерные реакторы, использующие воду в активной зоне, также являются источником углерода-14. Дальше процитируем пресс-релиз: "Радиоизотопы выделяют большое количество тепла. Благодаря неупругому рассеянию, возникающему из-за присутствия монокристаллического алмаза, конструкция предотвращает самопоглощение тепла радиоизотопом и обеспечивает быстрое преобразование в электроэнергию". Фото: Nano Diamond Battery Тесты, проведенные в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса и Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, подтвердили, что атомная батарейка безопасна для человека и окружающей среды: радиационный фон вокруг нее остается в норме. А алмазная оболочка выполняет дополнительную функцию — защищает устройство от возможных повреждений. По их заверениям, энергоэффективность атомных батареек настолько высока, что их можно ставить в пару с литиевыми аккумуляторами — и Nano Diamond Battery будет не только питать устройство, но еще и подзаряжать аккумулятор. По заявлениям представителей стартапа, с двумя компаниями уже заключены предварительные контракты на поставку атомных батарей, правда, названия этих компаний пока держатся в тайне.
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.
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». Потребители Батарейки размером с таблетку, причем работающие пару десятков лет, необходимы множеству приборов, которые не нуждаются в сильных токах. Это могут быть микроэлектроника и микроэлектромеханика MEMS космических аппаратов и беспилотников, модули памяти, кардиостимуляторы, датчики для контроля за состоянием инфраструктуры и сенсоры, ведущие длительный мониторинг окружающей среды — особенно в удаленных и труднодоступных районах, где их замена — сложная задача. Тритий обеспечит питание таких устройств на протяжении многих лет, пока выдерживает полупроводник. Кроме того, современное законодательство запрещает использование радиоактивных источников в пользовательских устройствах. Для работы с такими материалами производителям требуются лицензии — ни у одной российской компании, выпускающей полупроводники, необходимых документов пока нет.
Разработчики пояснили, что размер батарейки меньше монеты, а также то, что её хватит на 50 лет. Betavolt утверждает, что рабочие варианты батарейки проходят полноценные испытания и готовятся к серийному производству в 2025 году. Базовая структура этой ядерной батареи включает в себя два преобразователя, подложку, источник никеля-63 и защитный слой. Размеры корпуса BB100 составляют 15x15x5 мм.