Ученые НИТУ «МИСиС» разработали компактную батарейку на атомной энергии, заряда которой хватит на 20 лет. Атомная батарейка, также известная как радиоизотопный генератор тепла (РИГТ), является источником энергии, который использует процесс распада радиоактивных изотопов для.
Российские ученые создали уникальную атомную батарейку
Атомные батарейки, то есть источники электрического тока, получающие энергию от распада радиоактивных веществ. Главная/Новости/Китай представил ядерную батарейку размером с монету, которой хватит на 50 лет. 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. В отличие от батарейки Росатома, бристольская атомная батарейка использует изотоп C 14 и может работать 5730 лет!
Российские специалисты разработали "атомную батарейку", имеющую повышенную мощность
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. 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.
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.
Сейчас отечественные разработчики занимаются получением международного патента на свое изобретение, которое, нужно отметить, признали ведущие мировые эксперты, а в Research and Markets российский "МИСиС" назвали одним из основных участников глобальной отрасли бетавольтаических батарей.
Таким образом, при окислении металлической пленки формируется ансамбль никелевых нанокластеров, имеющих оболочку из оксида. Малые размеры нанокластеров 2-15 нм приводят к проявлению у них квантовых свойств, в связи с чем, ансамбль подобных нанокластеров, имеющих оксидную оболочку превращается в набор полупроводниковых материалов. Это обеспечивает возможность эмиссии фотонов заданной длины волны при нагреве и дает возможность «настройки» спектра излучения системы под требуемый диапазон. Это, в свою очередь, выводит энергоэффективность источника электроэнергии на новый уровень. Схема преобразования Превращение батарейки в селективно излучающую систему в инфракрасном диапазоне, позволяет увеличить эффективность работы источников питания, часть энергии которых обычно безвозвратно тратиться на тепло, что и было экспериментально продемонстрировано учеными НИЯУ МИФИ в рамках опытно-конструкторской работы по договору с ЧУ «Наука и инновации» Госкорпорации «Росатом».
Также было проведено исследование технических характеристик прототипа, разработан полный комплект конструкторской документации для масштабирования, отработана технология преобразования тепловой энергии ядерного распада в электричество с помощью термофотовольтаических преобразователей. Разработка термофотовольтаических преобразователей в настоящее время активно ведется в США и Европе с целью увеличить эффективность РИТЭГ для использования в космических аппаратах. На текущий момент, основной путь создания высокоэффективных радиоизотопных источников энергии — поиск новых или модифицированных материалов, например, нано- материалов, которые могли бы по своим полупроводниковым свойствам заменить кремний, германий и другие узкозонные полупроводники.
Ядерные батарейки можно использовать в любые сферах, где есть потребность в автономных источниках энергии с большим сроком службы: медицина, микроэлектроника, ядерная энергетика и другие. В ближайшее время начнется мелкосерийная сборка уникальных ядерных батареек.
Регистрация
- Без зарядки 50 лет: в Китае разработали ядерную батарею
- Главные новости
- В Китае создали способную работать 50 лет батарейку | Новости мира | Известия | 25.01.2024
- Ядерная батарейка
- 80 лет без подзарядки: в России создали атомную батарею
- Ядерная батарейка: принцип действия, сколько работает?
От смартфона до ракеты. Учёные создали "вечную" атомную батарейку
Создание такого источника, востребованного в различных отраслях от космоса до медицины, — одно из перспективных направлений в физике. Его реализация позволила использовать процесс преобразования энергии во всем объеме материала, что увеличивает эффективность преобразования и открывает широкие возможности масштабирования данных элементов для получения больших мощностей или миниатюризации. Это обстоятельство дает право рассматривать данный подход к созданию ядерных батарей с энергиями до единиц кВт как универсальный. Ядерные батарейки — это источники тока, в которых энергия радиоактивного распада метастабильных ядер преобразуется в электричество.
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.
Хотелось бы в это верить. 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.
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. Таким образом, при окислении металлической пленки формируется ансамбль металлических нанокластеров с пространственным распределением нанокластеров по размерам и имеющих слой оболочку оксида. Малые размеры нанокластеров 2-15 нм приводят к проявлению квантовых свойств, в связи с чем ансамбль подобных нанокластеров, имеющих оксидную оболочку, представляет собой набор полупроводниковых материалов с широким разбросом значений ширины запрещенной зоны. Это обеспечивает возможность эмиссии фотонов заданной длины волны при нагреве и, следовательно, обеспечивает возможность «настройки» спектра излучения предлагаемой системы под требуемый диапазон длин волн.
Это принципиально важный момент, повышающий в рамках предлагаемой концепции энергоэффективность и энергосбережение современных тепловых источников электроэнергии на совершенно новый уровень. Применение подобных систем в качестве селективно излучающих систем в инфракрасном диапазоне позволяет увеличить эффективность работы источников питания, часть энергии которых безвозвратно тратится на тепло, что и было экспериментально продемонстрировано учеными НИЯУ МИФИ в рамках опытно-конструкторской работы по договору с ЧУ «Наука и инновации» ГК «Росатом». Также было проведено исследование технических характеристик прототипа, разработан полный комплект конструкторской документации для масштабирования, отработана технология преобразования тепловой энергии ядерного распада в электричество с помощью термофотовольтаических преобразователей, позволяющих работать в ближнем ИК-диапазоне.
Подключаем контакты, работает! Мы имеем комплект: датчик, запитанный от автономного радиоизотопного источника питания. Фактически, это открывает нам возможность 20 лет, независимо от внешних условий, получать информацию в данном случае о температуре, о влажности, это может быть коррозионная стойкость, это может быть давление в линейной части нефтегазопровода. Эта информация может быть отражена на мониторе. Этого хватит чтобы обеспечить электричеством, например, метеостанцию на Крайнем Севере, где альтернативные источники энергии использовать очень непросто, особенно Полярной ночью.
Области применения ограничиваются только фантазией инженеров. Можем поставить станцию слежения за температурой где-нибудь на отдалённом острове и на протяжении всего периода работы такого источника мы будем получать сигнал. Тепло с помощью особого нанопокрытия превращают в свет, а свет в электрическую энергию. Оригинальность решения ученых МИФИ в использовании специального покрытия. Мы создаем специальное покрытие на основе наночастиц, которыми покрывается капсула радиоизотопного источника тепла, чтобы сместить спектр излучения нагретого тела в более коротковолновую область, в более видимый спектр. Это позволяет увеличить эффективность преобразования энергии ядерного распада в электричество с помощью специальных фотоэлементов. Торий-228 излучает 2 года, плутоний-238 почти 90 лет, а если источником сделать америций-241, то атомный источник будет беспрерывно и безопасно давать электричество дольше, чем 4 столетия. Идея такой батарейки в том, что мы один раз ее поставили либо в прибор, либо в механизм, и забыли.
Атомная батарейка: разработан прототип, способный держать зарядку тысячи лет
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.
В основе атомной батарейки Betavolt используется изотоп никель-63 и алмазные полупроводники.
Изотоп никеля-63 первоначально наработали с помощью облучения стабильного изотопа никель-62 в исследовательском реакторе ИВВ-2М Института реакторных материалов входит в научный дивизион «Росатома». В Радиевом институте имени В.
Хлопина, также входящем в научный дивизион «Росатома», полученный материал очистили и создали рабочий газ для каскада газовых центрифуг Электрохимического завода. Высокий уровень обогащения по изотопу никель-63 необходим для разработки источников энергии длительного срока действия, производство которых планирует организовать «Росатом» на одном из своих предприятий.
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.
Она представляет собой модуль размером меньше монеты, в которой помещены 63 радиоактивных изотопа. Батарея работает путем преобразования энергии, выделяемой при распаде изотопов, в электричество. Этот способ отличается от того, что применяется в ядерных реакторах. Представители компании заявляют, что «вечная» батарея следующего поколения уже проходит стадию пилотных испытаний и в конечном итоге будет серийно производиться для коммерческих приложений, таких как смартфоны и дроны. Батарея выдает мощность 100 микроватт Компания Betavolt заявила, что ее первая ядерная батарея может выдавать мощность 100 микроватт мкВт и напряжение 3 вольта при размере 15x15x5 кубических миллиметров, однако к 2025 году она планирует выпустить батарею мощностью 1 Вт. Компактный размер позволяет использовать сразу несколько ядерных батарей для производства большего количества энергии При этом смартфоны, в которых используется даже один миниатюрный радиоизотопный генератор, никогда не нужно будет заряжать, а дроны смогут летать без подзарядки в течение всего срока эксплуатации. Как утверждают в стартапе, многослойная конструкция батареи позволяет избежать возгорания или взрыва из-за внешнего воздействия.
Вечный заряд: российские ученые создают батарейку, способную работать десятилетиями
Причём батарейка может быть применена в нескольких функциональных режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах. Китайский стартап Betavolt представил ядерную батарейку BV100, которая может генерировать электроэнергию в течение 50 лет без необходимости зарядки и обслуживания. Первую опытную партию ядерных батареек для космоса и авиации изготовил «Росатом». С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи.
Ядерная батарейка: в России создали источник питания, работающий 50 лет
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. Например, в качестве аварийного источника питания небольших датчиков.
На некоторых реакторах изотоп специально вырабатывают для подобных нужд, хотя это производство трудно назвать массовым. И даже такие количества требуют контроля специалистов. Излучение Распадаясь, радиоактивные элементы создают разные виды опасного излучения: это могут быть потоки ядер гелия альфа-излучение , высокоэнергетических фотонов гамма и электронов бета. При распаде трития образуется почти чистое бета-излучение с частицами невысоких энергий. Они неспособны проникнуть сквозь кожу, а в воздухе пролетают всего несколько миллиметров.
По словам Александра Аникина, небольшое количество молекулярного трития, даже попав в легкие, за время между вдохом и выдохом не сможет нанести серьезного вреда. Проблема в том, что это водород, а значит, он способен легко встроиться в молекулы воды, оказываясь в жидкостях тела и даже биологических полимерах, включая ДНК. С учетом того, что 1 кюри соответствует 37 млрд Бк, легко подсчитать, что 1 г этого изотопа способен загрязнить десятки миллионов тонн воды, сделав ее опасной. Неудивительно, что улавливанию и нейтрализации этого элемента уделяется такое внимание. Александр Аникин, заместитель директора отделения, начальник научно-технического отдела разработки технологии и оборудования для получения изотопов и изотопной продукции ВНИИНМ им. Бочвара: «В прессе можно встретить сенсационные заявления о создании тритиевых батареек для смартфонов. Это, конечно, мечта: такой источник позволит телефону обходиться без подзарядки годами.
Мы и сами просчитывали подобный вариант, но поняли, что пока он вряд ли возможен. Но все же их недостаточно для питания целого гаджета — либо батарейка будет слишком большой и потеряет одно из главных своих преимуществ, компактность». Батарея Радиоизотопные источники тока трудно назвать технологической новинкой. Существуют РИТЭГ и другие термоэлектрические батареи, которые используют распад нестабильных ядер для извлечения тепла и превращения его в электричество.
В обоих случаях учёные подтвердили, что эффективность энерговыделения у прототипов NDB оказалась на уровне 40 процентов. Для сравнения: КПД конкурирующих батарей колеблется в районе 15 процентов. С американской атомной батарейкой всё почти идеально — она не превышает в размерах обычный микрочип, не требует обслуживания и позволяет обеспечить значительным количеством электроэнергии целую серверную крупного предприятия. Единственный недостаток американского устройства — быстрый выход из строя. Научный сотрудник факультета физики Сямэньского университета в Китае Константин Ян отметил, что этот ресурс может вырабатываться за несколько лет. Заявляемый ресурс — почти 30 тыс.
Это очень много, но с учётом отсутствия буферных зон — конденсаторов или литийионных аккумуляторов, большая часть электроэнергии будет просто уходить в никуда. Суть в том, что пока не будет придумано хранилище для излишков энергии, смысла в таких батарейках нет. Российская разработка в этом смысле почти идеальна — небольшой размер, отсутствие потерь энергии и высокий КПД. Её стоимость может оказаться в десятки раз ниже, чем зарубежных аналогов Константин Ян Научный сотрудник факультета физики Сямэньского университета в Китае Кто первый взял, того и тапки С точки зрения перспектив эксперты ожидают первого технологического "взрыва" на рынке мобильной электроники. Ноутбуки, смартфоны, смарт-часы, фитнес-трекеры и вообще любое устройство "интернета вещей" может быть оснащено как упрощённой версией атомной батарейки, так и "топовой" конфигурацией с повышенной выработкой электроэнергии. Средняя цена "простой" версии на будущее — примерно 100 долларов. Цена за атомную батарейку верхнего уровня — около одной тысячи долларов США. Неуловимый русский "Посейдон". Почему США так боятся ядерного удара из глубин Кроме электроники такие источники питания могут служить отличным средством для зарядки аккумуляторов в электрических автомобилях.
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.
Что дальше?
- В России создана атомная батарейка: может работать до ста лет
- Компания Betavolt Technology создала атомную батарейку для смартфонов, способную работать 50 лет
- Компания Betavolt Technology создала атомную батарейку для смартфонов, способную работать 50 лет
- В России создана атомная батарейка: может работать до ста лет - МК
- Что за ядерную батарейку создали российские учёные?
Навигация по записям
- Росатом Госкорпорация «Росатом» ядерные технологии атомная энергетика АЭС ядерная медицина
- Атомная батарейка в современном мире
- Новости — Российские ученые создали атомную батарейку с зарядом на 20 лет
- Российские ученые создали уникальную атомную батарейку
- Почему ядерные батарейки так и не стали популярны? История почти забытой технологии
Российские ученые создали уникальную атомную батарейку
| 80 лет без подзарядки: в России создали атомную батарею | 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 | Китайский стартап Betavolt представил ядерную батарейку BV100, которая может генерировать электроэнергию в течение 50 лет без необходимости зарядки и обслуживания. |
Сделано в России
| «Ядерные батарейки» для космической техники | Заново изобрели электричество: батарейка с сердечником из ядерных отходов будет работать 28 тысяч лет. |
| В Китае создали способную работать 50 лет батарейку | Новости мира | Известия | 25.01.2024 | Физики оптимизировали толщину слоев ядерной батарейки, использующей для производства электрической энергии бета-распад изотопа никеля-63. |
| «Ядерные батарейки» для космической техники | Такая атомная батарейка будет экологически безопасна и безвредна для человека за счёт производимого мягкого бета-излучения (и отсутствия опасной гаммы). |
Российские ученые оценили созданную в Китае ядерную батарейку
И вот очередная громкая новость: американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая способна проработать тысячи лет. Ядерная батарейка работает на изотопе никель-63. В батарейке МИФИ несколько иной принцип действия — изотоп в вакуумной камере нагревается до 1500 градусов Цельсия и начинает светиться. Такая атомная батарейка будет экологически безопасна и безвредна для человека за счёт производимого мягкого бета-излучения (и отсутствия опасной гаммы).
Российская армия получит портативные атомные источники электропитания военной техники
Ядерная батарейка уже проходит испытания и в будущем будет готова к серийному выпуску и использованию в коммерческих продуктах. Правда, конкретные сроки, как и стоимость, пока не озвучены. Стоит отметить, что рабочий цикл в 50 лет избыточен для обычных смартфонов, которые пользователь меняет каждые несколько лет.
А алмазного полупроводника 10 микрон. Но то что удалось достигнуть ученым на данный момент не является пределом. Выхлоп можно повысить еще минимум в три раза. А это значит, что ядерную батарейку можно сделать в 3-и раза дешевле. Ядерная батарейка на углероде 14 работающая 100 лет У данной атомной батарейке по сравнению с другими радиационными источниками энергии имеются следующие преимущества: Дешевизна. Долгий срок работы до 100 лет. Низкая токсичность. Способна работать в экстремальных температурных условиях.
Радио активный изотоп углерод 14 имеет период полураспада 5700 лет. Он абсолютно не токсичен и имеет низкую стоимость. Активную работу по модернизации ядерной батарейки ведут не только США и Россия, но и другие страны! Исследователи научились наращивать пленку на карбидной подложке. В результате чего подложка подешевела в целых 100 раз.
Но для компактной «батарейки» такой метод не подойдет, нужны способы прямой конвертации — без промежуточного носителя. В них делящийся материал нагревает термопару, которая генерирует электрический ток между двумя разнородными проводниками с отличающейся температурой эффект Зеебека. Они довольно широко используются в космонавтике, а также на Земле в отдаленных от цивилизации местах.
Например, они применялись как элементы питания в советских маяках вдоль Северного морского пути их было сделано более тысячи штук к концу 1980-х , или в американских долговременных зондах на океаническом дне. Чаще всего они весят несколько центнеров и обладают электрической мощностью до нескольких сотен ватт. Но существовали даже электрокардиостимуляторы с радиоизотопным питанием. Они не применяются с 1972 года, а их носителей к 2020-му году осталось менее десятка. Проблема таких устройств в очень низкой эффективности — термопары обеспечивают преобразование лишь считаных единиц процентов тепла в электричество. Есть проекты повышения этого показателя вкупе с удешевлением РИТЭГов: либо за счет добавления фотоэлектрических преобразователей как в солнечных панелях, только для инфракрасного излучения , либо за счет использования двигателей Стирлинга.
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.
Однако специалисты уже смотрят в будущее, чтобы увеличить еще больше удельную мощность батареи и заставить ее работать до 50 лет и больше. При имеющейся конструкции в качестве действующего вещества вместо никеля-63 для этого можно было бы использовать более мощный полоний — источник альфа-излучения и посмотреть, что получится.
Атомная батарейка. 80 лет без подзарядки
| В России создали атомную батарейку со сроком службы до 20 лет | Изотоп никель-63 (63Ni) давно привлекает внимание инженеров как перспективный энергоисточник для атомных батареек. |
| Росатом Госкорпорация «Росатом» ядерные технологии атомная энергетика АЭС ядерная медицина | примерно 100 лет). |
| В НИЯУ МИФИ создали прототип ядерной батарейки | Официальный сайт НИЯУ МИФИ | Конструкция ядерной батареи BV100. Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров. |
| Ядерное питание: российские учёные создали атомную батарейку повышенной мощности — РТ на русском | Конструкция ядерной батареи BV100. Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров. |