Ядерные батарейки – это источники тока, в которых энергия радиоактивного распада метастабильных ядер преобразуется в электричество. В Китае создали компактную ядерную батарею, которая может проработать 50 лет. 28 тысяч лет без подзарядки: как устроена батарейка на ядерном топливе и насколько она безопасна?
Атомная батарейка: разработан прототип, способный держать зарядку тысячи лет
| Атомные батарейки и зарядка по Wi-Fi: будущее рынка сохранения энергии | В России представили прототипы уникальных ядерных батареек, срок службы которых составляет более пятидесяти лет. |
| "Ядерная" батарейка. В России придумали элемент питания, работающий тысячи | «Сердце ядерной батарейки — вакуумная капсула с радиоактивным изотопом. Благодаря энергии ядерного распада она нагревается до 1500°C и начинает светиться. |
Российская «атомная батарейка» способна проработать 20 лет!
На фото: Новая российская атомная батарейка стала в десять раз мощнее и вдвое дешевле аналогов © НИТУ «МИСиС». И вот очередная громкая новость: американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая способна проработать тысячи лет. По их заверениям, энергоэффективность атомных батареек настолько высока, что их можно ставить в пару с литиевыми аккумуляторами. 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?
Российские специалисты разработали "атомную батарейку", имеющую повышенную мощность
Другой вариант использования энергии распада изотопа - новая технология под названием бетавольтаика. Как она работает? В результате бета-распада ядро изотопа выбрасывает электрон и антинейтрино либо - реже - позитрон и нейтрино излучение попадает в полупроводник, который преобразует его в электрический ток. Аналогичным образом устроена солнечная батарея, только здесь вместо фотонов от Солнца улавливается электрон от изотопа. Почему бетавольтаика так перспективна? Она даёт энергию долго - десятилетиями. Не требует обслуживания.
Да, у такой батарейки низкая мощность, но зато высокая энергоёмкость. И тут не нужны тяжёлые радиоактивные изотопы вроде плутония. Бета-распад куда более невинен. Как получить тяжёлый никель Патент на бетавольтаику был получен ещё в 1957 году, но реализовать его удалось только сейчас. Одно дело теория, другое - реально работающий гаджет. Сначала ориентировались на сверхтяжёлый водород - тритий.
Но его тяжело загнать в твёрдое состояние, а работать с радиоактивным газом как-то не хочется, - объясняет один из авторов проекта, аспирант химического факультета МГУ им. Ломоносова Иван Харитонов. В итоге остановились на никеле-63. В природе такого изотопа не существует. Легче всего его получить из никеля-62, который образуется естественным путём.
Американцы также запустили экспериментальный вариант на 500 Вт и 30—40 кВт тепловой энергии в 1975 году.
В 1979 году началось частичное разрушение объекта. Причины остались неизвестны, предполагалось столкновение. Также считается, что радиоактивные элементы оказались в космосе. Фото: energy. В рамках проекта NERVA, например, были испытаны ЯРДы ядерные ракетные двигатели, относятся к радиоизотопным источникам энергии, как и РИТЭГ , способные произвести до 4500 мегаватт тепловой энергии и 1,1 млн ньютонов реактивной тяги половина тяги маршевого двигателя шаттла , работая до 90 минут. Плюс таких двигателей — в значительном сокращении времени полета.
Но это другая история, которая пока не закончилась. Модификация одного из них обогревала измерительный инструмент, который взяли с собой участники миссии «Аполлон-11». И пока это так. Однако подобные системы практически незаменимы при отправке зондов на сверхдальние расстояния — туда, где солнечные батареи бесполезны. Первопроходцем в этом деле стала межпланетная станция «Пионер-10», отправленная в космос 3 марта 1972 года. Перед запуском они выдавали 155 Вт электроэнергии, но при подлете к Юпитеру показатель снизился до 140 Вт.
Этого было более чем достаточно для работы систем, потреблявших 100 Вт, но к 2001 году энергии уже едва хватало на поддержание функционирования лишь некоторых модулей. До этого новые системы прошли обкатку в спутниках на околоземной орбите. Каждый из космических аппаратов получил по три РИТЭГа общей электрической мощностью 470 Вт на момент запуска с перспективой снижения электрической мощности в два раза примерно через 88 лет. Источниками энергии стали 24 спрессованные сферы из оксида плутония. 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.
Все эти реакторы используют уран как топливо, а внутри реактор сделан из графитовых блоков. Эти графитовые блоки используются в процессе ядерного расщепления, позволяя контролировать цепную реакцию, которая даёт постоянный источник тепла. Это тепло потом используется, чтобы превратить воду в пар, которое потом крутит турбины, чтобы сделать электричество.
Ядерные электростанции производят ядерные отходы, которые необходимо безопасно утилизировать. Надо просто подождать, чтобы эти отходы перестали быть радиоактивными. К сожалению, это занимает тысячи и миллионы лет. Это также требует очень много денег, чтобы контролировать безопасность в течение этих многих лет. Так как мы используем графитовые реакторы, Англия создала 95000 тон графитовых блоков содержащих радиацию.
Этот графит только один из форм углерода, простой и стабильный элемент, но если положить эти блоки в высоко радиоактивное место, то тогда часть углерода превращается в углерод14. Углерод14 может превратиться обратно в обычный углерод12 когда её дополнительная энергия уйдет. Но это очень долгий процесс потому что период полураспада углерода14 составляет 5730 лет. Это значит, что возможно убрать большинство радиации нагревая их - большинство радиации выходит как газ, который потом может быть собран. Оставшиеся графитовые блоки все-равно радиоактивны, но не так сильно, это значит, что утилизировать их будет проще и дешевле.
Радиоактивный углерод14 в форме газа, может быт переделан при низких давлениях и высоких температурах в алмаз - это еще одна форма углерода. Искусственные алмазы, сделанные из радиоактивного углерода, излучают поток бета-излучения, которое может создать электрический ток. Это дает нам ядерную энергию алмазной батареи.
Статья опубликована в журнале Diamond and Related Materials. Обычные батарейки , которые используют для питания часов, карманных фонариков, игрушек и других сравнительно небольших автономных электрических приборов, получают электрическую энергию с помощью химических реакций. В ходе этих реакций, которые называют окислительно-восстановительными , заряд «перетекает» через электролит с одного электрода на другой, и на электродах возникает разность потенциалов.
Если соединить концы батарейки проводом, электроны постараются перераспределиться так, чтобы разность потенциалов исчезла — по проводу потечет ток. Химические батарейки, которые также называют гальваническими элементами , обладают высокой эффективностью отношением мощности создаваемого тока к массе , но сравнительно быстро разряжаются, и это заметно ограничивает их автономную работу. Конечно, при определенной конструкции химических элементов их можно перезаряжать тогда их называют аккумуляторами , однако даже в этом случае батарейку нужно как-то соединить с зарядным устройством, что иногда не очень удобно — например, если она обеспечивает питание кардиостимулятора. Очевидно, что остановить его работу, чтобы заменить элемент питания, невозможно. К счастью, электрическую энергию можно получать не только в химических реакциях. Около шестидесяти лет назад, в 1953 году, Пол Раппапорт заметил , что для получения электроэнергии можно использовать бета-распад радиоактивных элементов.
В ходе этого распада ядра элементов испускают бета-частицы электроны или позитроны , которые могут ионизировать вещество электродов и создать на них разность напряжений.
Сделано в России
Образец "ядерной батарейки" состоял из двухсот алмазных преобразователей, чередуемых слоями фольги из никеля-63 и стабильного никеля. Петр Борисюк занимается разработкой атомной батарейки, способной работать без подзарядки порядка 80 лет. Теперь пришло время рассказать о компактной атомной батарее созданной российскими учеными. Ученые НИТУ «МИСиС» разработали атомную батарейку с повышенной в десять раз мощностью.
Ученые создали атомную батарейку. Она может работать 20 лет
В России разработана атомная батарейка. Эта батарейка будет полувечной: новости из мира энергетики будущего. примерно 100 лет). В 2016 году учёные уже сообщали о разработке прототипа ядерной батарейки на основе никеля-63.
Российские учёные создали прототип ядерной батарейки, которую можно не заряжать годами
С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи, пишет RT. Этим они отличаются от атомных реакторов, в которых для этого используется управляемая цепная ядерная реакция. Новая российская атомная батарейка стала в десять раз мощнее и вдвое дешевле аналогов.
Американский стартап показал «вечную» ядерную батарейку
В России создана атомная батарейка: может работать до ста лет А размеры ее в три раза меньше Поделиться Атомную батарейку, которая эффективно сможет работать десятки лет, продлевая работоспособность космических и глубоководных приборов, создали ученые НИТУ «МИСиС». 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.
Поэтому сначала пришлось воспользоваться центрифугой, чтобы увеличить концентрацию никеля-62. Дальше ещё сложнее: целых два года бомбардировали нейтронами никель-62, чтобы часть атомов схватила дополнительную частицу и превратилась в никель-63. Об этом удалось договориться с Ленинградской АЭС. Но далеко не весь металл превратился в нужный изотоп. Поэтому его разогрели до такого состояния, что он перешёл в газовую фазу, и снова разделили по массе, чтобы увеличить концентрацию никеля-63. Дорогой - это мягко сказано. Одна экспериментальная батарейка стоит от трёх до десяти миллионов рублей.
Ещё одна проблема - нанесение никеля-63 на подложку из кремния. Нужно обеспечить слой примерно в 15 нанометров, иначе распад будет поглощаться внутри самого материала. А неэффективно тратить столь дорогой изотоп, конечно, нельзя. Реакция порой идёт совершенно непредсказуемо и зависит от мелочей вплоть до тряпки, которой протирали стол. Иван показывает на экране чёрно-белые пирамидки. Проверять правильность нанесения приходится с помощью атомно-силового микроскопа, который позволяет контролировать работу с точностью почти до атома. Мощность - 60 микроватт. Для сравнения: чтобы обеспечить энергией обычную лампочку, понадобится примерно десять миллионов таких устройств. Атомная электростанция в сердце У обывателя сразу возникает вопрос: а можно ли на основе этой технологии сделать батарейку для телефона или ноутбука и навсегда забыть фразу "у меня гаджет разрядился"? Но должен сразу предупредить: по размеру батарейка будет несопоставима с мобильником.
Пока считают, что основное назначение атомной батарейки - питание кардиостимуляторов.
Созданная установка преобразовывает энергию полураспада в электричество. Как отмечают авторы опубликованного видеоролика, плутоний излучает 87 лет, а, например, америций-241 — 432 года. Планируемая мощность батареи может достигать 500 Вт.
Как отмечают авторы опубликованного видеоролика, плутоний излучает 87 лет, а, например, америций-241 — 432 года. Планируемая мощность батареи может достигать 500 Вт. Этого достаточно, чтобы, к примеру, обеспечить метеостанцию на Крайнем Севере, отмечают автора ролика.
Российские ученые создали атомную батарейку с зарядом на 20 лет
Примененные подходы позволили в три раза уменьшить по сравнению с существующими аналогами габариты батареи. Одновременно с этим в 10 раз возросла удельная мощность источника. Расчеты, проведенные учеными, позволяют утверждать, что такой источник способен проработать не менее 20 лет без необходимости замены. Фото topwar. Российские исследователи предложили нанести радиоактивный элемент по обе стороны планарного p-n перехода.
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.
Плутоний-238 и плутоний-239 открыли в 1940-м году американские ученые-ядерщики. Приблизительно в это же время получением и изучением изотопов плутония занялись и советские умы от науки. Одна из бомб была на основе урана, другая — плутониевая. В Союзе, оказавшемся в этой гонке позади, в 1946 году в закрытом городке Челябинске-40 его называли самым охраняемым городом в регионе создали предприятие по производству урана и плутония, годных для применения в ядерном оружии. Репутация редкого металла быстро начала ассоциироваться с возможностью нанести военным противникам удары, стирающие с лица земли целые города. Плутоний прочно ассоциировался со смертоносным оружием массового поражения. Но все же у изотопов были слишком разные свойства: 238-й не годился для применения в бомбах. Напротив, чем выше его содержание в «оружейном» 239-м изотопе, тем хуже — эффективность 239-го падает.
Если совсем упростить, — 238-й не способен взрываться. Ученые начали обнаруживать интересные свойства. Кену и Джону повезло — в их распоряжении было передовое оборудование и другие мощности, которые использовали для разработки ядерного оружия во время холодной войны. Установка работала на принципе распада радиоактивного элемента — он нагревался до высоких температур, просто существуя. Так, один грамм оксида плутония-238 238-PuO2 генерирует 0,5 ватта тепловой энергии. Если ее перевести в электрическую, то получим «батарейку». У каждого изотопа на один или несколько электронов больше, чем нужно. И они, в зависимости от своей структуры, рано или поздно стремятся «отдать» лишнее.
При этом выделяется тепло, его и переводили в электрическую энергию. Как пустить тепло по электрическим проводам? На тот момент уже были известны разные методы. Термоэлектрический — если спаять два провода из разных металлов и нагревать один из них, то по ним пойдет ток. Позже появился термофотоэлектрический — улавливать «детектором» в инфракрасном спектре фотоны. Или даже термоэлектрический конвертер, начинка которого из расплавленных солей натрия и серы при нагреве тоже даст электричество.
Она может выдавать небольшое количество энергии, но беспрерывно на протяжении 20 лет.
Или же он может питать датчик температуры где-нибудь в Арктике или других труднодоступных местах с суровыми условиями. Единственная проблема технологии — слишком высокая себестоимость.