Отмечается, что ядерные батарейки работают за счет преобразования в электричество энергии распада метастабильных ядер.
Что за ядерную батарейку создали российские учёные?
Устройство ядерной батарейки можно сравнить с полупроводниковой солнечной батареей. Российская ядерная батарейка в отличие от традиционных источников питания получает электрическую энергию в результате естественного распада радиоактивных изотопов. Первую опытную партию ядерных батареек для космоса и авиации изготовил «Росатом». Атомные батарейки, то есть источники электрического тока, получающие энергию от распада радиоактивных веществ. 28 тысяч лет без подзарядки: как устроена батарейка на ядерном топливе и насколько она безопасна?
Батарейка для Севморпути будет работать на плутонии-238
Отмечается, что ядерные батарейки работают за счет преобразования в электричество энергии распада метастабильных ядер. Атомная батарея Nickel-63 diamond β-volt представляет собой алмазный полупроводниковый преобразователь и лист никеля-63 толщиной 2 мкм, уложенный слоями. В России разработана атомная батарейка. Эта батарейка будет полувечной: новости из мира энергетики будущего. В Китае изобрели атомную батарейку, способную работать без подзарядки 50 лет. В отличие от литийионных аккумуляторов, атомная батарейка в тридцать раз компактнее и совершенно безвредна для человека.
Ученые создали атомную батарейку. Она может работать 20 лет
Атомная батарейка, также известная как радиоизотопный генератор тепла (РИГТ), является источником энергии, который использует процесс распада радиоактивных изотопов для. В батарейке МИФИ несколько иной принцип действия — изотоп в вакуумной камере нагревается до 1500 градусов Цельсия и начинает светиться. Атомные батарейки, то есть источники электрического тока, получающие энергию от распада радиоактивных веществ.
В России создали атомную батарейку со сроком службы до 20 лет
Ученые НИТУ «МИСиС» разработали атомную батарейку с повышенной в десять раз мощностью. Такая атомная батарейка будет экологически безопасна и безвредна для человека за счёт производимого мягкого бета-излучения (и отсутствия опасной гаммы). В отличие от батарейки Росатома, бристольская атомная батарейка использует изотоп C 14 и может работать 5730 лет!
Ученые НИЯУ МИФИ создали прототип ядерной батарейки
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.
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.
Пока ведутся испытания прототипов разных форм-факторов. Без кобальта В конце 2019 года IBM представила образец аккумулятора без никеля и кобальта, из материалов, которые могут быть получены из морской воды. Он включает комбинацию катодного материала без тяжелых металлов и безопасного жидкого электролита с высокой температурой горения. Специалисты уже подсчитали, что эти материалы могут сделать аккумуляторы дешевле существующих литий-ионных и при этом будут иметь более высокие характеристики скорости зарядки и энергетической плотности, а также будут менее огнеопасными. Авторы разработки считают, что у нее есть потенциал для внедрения в отрасль электромобилей. Кроме того, тесты показали, что батарея способна прослужить достаточно долго, чтобы ее можно было использовать в интеллектуальных электросетях и новой энергетической инфраструктуре.
Для будущего производства аккумуляторов IBM уже заключила коммерческое соглашение с Mercedes-Benz, поставщиком электролита Central Glass и производителем батарей Sidus. Полимеры В 2017 году стартап Ionic Materials презентовал полимерный аккумулятор, который в перспективе сможет заменить литий-ионные. Компания заявила, что полимерные литий-металлические аккумуляторы будут безопаснее, долговечнее и экономически выгоднее, так как процесс их производства похож на производство пластиковой упаковки. Аккумулятор Ionic Materials Фото: ionicmaterials. 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.
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.
В процессе неупругого рассеивания бета-излучение изотопов преобразуется в электрический ток. В качестве топлива используются переработанные ядерные отходы углерода-14. Этот изотоп применяется для радиоизотопного датирования и диагностики некоторых заболеваний желудочно-кишечного тракта. Он также накапливается в графитовых деталях ядерных реакторов, которые поглощают излучение ядерных топливных стержней. Хранить такие отходы опасно, дорого и трудно. Батареи на углероде-14 решают сразу две проблемы — недолговечность обычных элементов питания и переработки радиоактивных отходов. 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.
Без зарядки 50 лет: в Китае разработали ядерную батарею
Теоретически, сдвинуться с мёртвой точки удастся к концу текущего десятилетия, но мы уже не раз слышали подобные рассказы от учёных и крупных аналитиков. Например, это могут быть различные имплантаты, находящиеся внутри человека годами. Необходимость замены батарейки без хирургической операции невозможна, а сфер, где требуется небольшой и очень мощный источник питания очень много. Недавно в научных изданиях появилась любопытная информация о компании Betavolt Technology, которая представила атомную батарейку. Размер батарейки немногим меньше монеты, а сама она способна обеспечивать энергией устройства в течение примерно половины века без необходимости дополнительной зарядки или технического обслуживания. На сайте Betavolt Technology отмечается, что в перспективе такая батарейка может быть использована не только в медицинских приборах, но и найдёт жизнь в потребительской электронике. Это смартфоны, дроны и многие другие устройства, требующих постоянного источника питания. Известно, что атомная батарея основана на 63-ядерных изотопах, которые после периода распада превращаются в стабильный изотоп меди. Путём многочисленных экспериментов ужалось доказать, что батарейка безопасна и не генерирует внешнего излучения. Таким образом никакой радиации нет, а значит батарейка подойдёт для повседневного использования.
Ну и напоследок, а получают ли эти люди достойную зарплату? А то как раньше было в сша, что ни учёный, то либо русский, либо китаец, либо ещё какой-нибудь азиат. Не помню, в какой-то стране, может даже в сша, безвизовый въезд для учёных и инженеров, жизнь в шоколаде, разные плюшки там, бонусы, типа сбор всех лучших мозгов к себе в страну.
Планируемая мощность батареи может достигать 500 Вт. Этого достаточно, чтобы, к примеру, обеспечить метеостанцию на Крайнем Севере, отмечают автора ролика. Атомные батареи предлагаю использовать в качестве источника питания для космических аппаратов, объектов Арктики и кардиостимуляторов.
У 238-го он 87,7 лет. Через этот срок в килограмме лишь половина вещества останется изотопом, а остальная часть избавится от «лишних» электронов и в данном случае превратится в уран-234. Через еще 87,7 лет останется лишь 250 граммов. Не получится загрузить на борт космического аппарата десяток батареек и менять их по мере надобности — они все начинают работу еще до того, как их подключают к системе. Постоянное уменьшение количества радиоактивного топлива означает и уменьшение тепла и электричества. Но не все так плохо. В космосе не только светло, но и темно В батарейках на основе диоксида плутония-238 увидели смысл в космической промышленности. Например, на околоземной орбите спутнику достаточно солнечных батарей размером с 4 парковочных места. Для полета к Марсу понадобится вдвое большая площадь. К Юпитеру — еще увеличить раз в 8. Чем дальше от Солнца летит космический аппарат, тем меньше и меньше и меньше эффективность солнечных батарей. Поскольку абсолютно все тепло от работающей установки невозможно поглотить и передать на провода, она ощутимо нагревалась. Для космических аппаратов это оказалось даже плюсом — абсолютный минус черного межпланетного пространства уже не страшен. РИТЭГ давал спутникам и электричество, и тепло. Кстати, в фантастическом фильме «Марсианин» Ридли Скотта главный герой ищет решение — ему нужно поехать на ровере на большое расстояние. Чтобы не замерзнуть по ночам в зависимости от удаленности от полюсов температура там составляет от -80 С до -135 С , он берет с собой в путь небольшой РИТЭГ. А еще он первым сделал снимки спутников Юпитера и Сатурна. Стоит рассмотреть миссию «Кассини-Гюйгенс» — она проработала почти 20 лет, передала без малого полмиллиона снимков и 635 гигабайт разных данных. Станция несла зонд, который спустился на поверхность Титана спутник Сатурна, на котором есть вода в стабильном состоянии и прислал фото с нее. На борту было 32,8 килограмм чистого и свежего 238-го. Затраты на миссию вышли больше, чем в 3,2 миллиарда долларов, так что плутония было «всего» миллионов на 50. Но самое важное — такое количество вещества ни одна страна в мире не могла произвести и за пару лет.
Ядрена батарейка
Правда, еще требуется решить несколько острых вопросов, касающихся самой конструкции атомной батарейки. На практике такая батарейка сможет питать энергией любые механизмы и приборы. Ее можно будет применить не только в военной, и в гражданской сфере. Такой источник энергии очень нужен для автономных летательных аппаратов, которые действуют под управлением искусственного интеллекта. Пригодятся небольшие атомные батареи и для подачи тепла в модули, которые используют в арктических и антарктических широтах исследователи, моряки, военные, промышленники.
Отдельная область применения — околоземная орбита. Человечество оказалось на пороге освоения ближайших к Земле планет. Американцы первые образцы своих атомных батареек устанавливали на спутники Transit 4A и 4B. Российские разработчики уверены, что в таком деле атомные батарейки просто окажутся незаменимыми.
И спрос на такие источники питания для космических проектов будет безграничным. Самый больной вопрос — когда будет налажен широкий промышленный выпуск атомных батареек. Оптимисты, которых немало в России, надеются, что первые партии будут получены уже в 2021 году.
Для выработки электричества чаще всего используется тепло. Наиболее эффективный способ — испарить воду, которая, расширяясь будет крутить турбину. Теоретически при этом можно перевести до 30-40 процентов тепла в электричество. 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.
Каждая из них заслуживает отдельной истории. В качестве «движущей» силы они используют нагрев, то есть тепловую энергию. Это одно из основных отличий от атомных реакторов, в которых происходит цепная ядерная реакция. Реакторы используются давно, однако они имеют большие габариты и вес, а ведь мы говорим о «космических батарейках». РИТЭГи планировалось использовать для космических аппаратов, но позже сферу применения расширили в том числе на медицинскую технику, например электрокардиостимуляторы.
Первыми новую технологию, по крайней мере официально, внедрили американские военные в спутниках Transit 4A и 4B. Батарею для них разработали в рамках программы SNAP-3. Transit 4A находится в нижней части — это цилиндр. Фото сделано незадолго до запуска в 1961 году. Это навигационный спутник, позволявший получать данные вне зависимости от погоды на поверхности. Фото: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory Ей предшествовало появление SNAP-1 — тестовой платформы, в которой применяли цикл Ренкина цикл преобразования тепла в работу с использованием изотопа церия и ртути в качестве теплоносителя. Инженеры продолжили работу над проектом, пытаясь решить вопрос с защитой будущих астронавтов и груза от радиации, удержав вес системы в определенных рамках: иначе ракета не взлетит. В итоге «щитом» в SNAP-2 стал усеченный конус, заполненный гидридом лития. Реактор разместили вверху, капсулу с условной командой и грузом — за нижней частью.
Последовавшие испытания показали, что идея хороша, да только не работает: в определенных условиях, вероятность появления которых высока, смертельная доза радиации пройдет сквозь защиту. Кроме того, конструкция оказалась весьма взрывоопасной. Transit 4A. Атомные батарейки на плутонии-238, которого потратили 96 граммов, установили в навигационные спутники военных Transit 4A и 4B. Они выдавали 2,5 Вт электрической энергии тепловая была намного больше. 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.
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. Также инженеры компании хотят сделать модульную версию батареи, чтобы объединять несколько BB100 в один элемент.
Российские физики уплотнили энергию ядерной батарейки в десять раз
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. Но так в теории — чтобы проверить это, вскоре мы проведем натурный эксперимент». Отсюда закономерный вопрос: поскольку долговременный источник работает фактически автономно в безлюдной местности, как его контролировать? То есть для учета состояния ядерной батареи собираемся задействовать весь набор современных телекоммуникационных систем. К тому же монтировать их предлагаем сразу в антивандальных контейнерах, форма и габариты которых определятся по результатам эксплуатационных испытаний. По истечении срока службы батарею будут утилизировать, а ядерный компонент изымать и захоранивать в рамках принятой в «Росатоме» программы», — добавляет Петр Борисюк. Первая тройка Ядерная батарейка вошла в Единый отраслевой тематический план научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ «Росатома».
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. Идея, предложенная учеными НИЯУ МИФИ — это оригинальный альтернативный подход к решению проблемы преобразования энергии ядерного распада в электричество. Её реализация позволила использовать процесс преобразования энергии во всем объеме материала, что увеличивает эффективность преобразования и открывает широкие возможности масштабирования данных элементов для получения как больших мощностей, так и миниатюризации. Это дает право рассматривать данный подход к созданию ядерных батарей с энергиями до единиц кВт как универсальный.
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.
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.
В Красноярском крае разработана атомная батарейка, работающая 50 лет
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. 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.
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.
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. Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? Подпишись , и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию. Вступай в наши группы и добавляй нас в друзья : Поделись позитивом в своих соцсетях Другие публикации по теме.