В России представили прототипы уникальных ядерных батареек, срок службы которых составляет более пятидесяти лет. Такая атомная батарейка будет экологически безопасна и безвредна для человека за счёт производимого мягкого бета-излучения (и отсутствия опасной гаммы). С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи, пишет RT. Ядерная батарейка работает на изотопе никель-63. Конструкция ядерной батареи BV100. Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров.
Российские ученые создали батарейку, работающую 100 лет
Атомная батарейка состоит всего из двух ключевых компонентов: источника бета-излучения и полупроводникового преобразователя. «Ядерная батарейка» впервые разработана в России, передает РИА «Новости». Китайский стартап Betavolt разработал атомную батарейку, которая может вырабатывать энергию в течение 50 лет без необходимости зарядки. "Росатом" изготовил первую опытную партию компактных ядерных батареек.
Атомная батарейка: разработан прототип, способный держать зарядку тысячи лет
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.
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. Капсула становится настолько горячей, что её стенки светятся. Этот свет улавливают фотоэлементы, расположенные вокруг капсулы, и преобразуют в электричество. Похоже на солнечные батареи, но вместо Солнца светится капсула с изотопом.
А ещё плутоний даёт намного большие мощности: одна батарейка может выдавать несколько сотен ватт. Хотя есть и свои сложности. Альфа-излучение довольно интенсивное и чаще всего сопровождается гамма-излучением. Под его воздействием понемногу разрушаются узлы батарейки: провода, преобразователи энергии и другие комплектующие. Со временем их понадобится заменять. Например, в плутониевых батарейках оборудование способно «прожить» около 20 лет, хотя период полураспада самого изотопа куда больше — 87 лет.
К тому же преобразование тут двойное: тепло превращается в свет, а потом в электричество, и по пути часть энергии теряется. Существуют и другие способы преобразовывать альфа-излучение в электрический ток: нестандартные конструкции батареек, использование неравномерной эмиссии электронов. Но таких разработок меньше, и продвигаются они медленно из-за дороговизны комплектующих. По какой технологии создают ядерные батарейки Технологический процесс делится на несколько этапов. В зависимости от вида батарейки этапы могут различаться — для примера покажем процесс на основе современных тритиевых батареек с сэндвич-структурой. Подготавливают радиоактивные изотопы.
Изотопы не берутся из ниоткуда, их получают с помощью долгих и сложных реакций обогащения в специальных центрифугах. Процесс создания изотопа может занимать несколько лет. Чаще всего производители ядерных батареек не готовят изотопы самостоятельно, а закупают — в России их подготовкой занимаются предприятия «Росатома». Разрабатывают полупроводниковый элемент.
Об этом сообщает издание Independent. Ядерная батарея работает за счет распада изотопов Базирующаяся в Пекине компания Betavolt заявила, что ее ядерная батарея является первой в мире, которая реализует принцип миниатюризации атомной энергии. 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.
При этом ее размер не больше монеты. Об этом сообщает Oddity Central 24 января. Авторами изобретения стали специалисты из компании Betavolt. Компания утверждает, что она является первой, кто успешно миниатюризировал атомную энергию, поместив 63 ядерных изотопа в батарею размером меньше монеты.
Оставайтесь на связи
- Делаем электричество из изотопов
- Рекомендуем
- Для каких применений?
- Почему ядерные батарейки так и не стали популярны? История почти забытой технологии
В России создана атомная батарейка: может работать до ста лет
Причём батарейка может быть применена в нескольких функциональных режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах. Сейчас ученые патентуют свою технологию производства атомной батарейки на международном уровне. «Сердце ядерной батарейки — вакуумная капсула с радиоактивным изотопом. Благодаря энергии ядерного распада она нагревается до 1500°C и начинает светиться. Такая атомная батарейка будет экологически безопасна и безвредна для человека за счёт производимого мягкого бета-излучения (и отсутствия опасной гаммы). В Китае создали компактную ядерную батарею, которая может проработать 50 лет. Ученые НИТУ «МИСиС» разработали компактную батарейку на атомной энергии, заряда которой хватит на 20 лет.
Как делают ядерные батарейки и зачем они нужны
Срок службы такой батарейки составляет не менее 50 лет, стоимость – около 4000 долларов. Российская «атомная батарейка» способна проработать 20 лет! Американцы первые образцы своих атомных батареек устанавливали на спутники Transit 4A и 4B. Атомную батарейку, которая эффективно сможет работать десятки лет, продлевая работоспособность космических и глубоководных приборов, создали ученые НИТУ «МИСиС». Атомная батарейка состоит всего из двух ключевых компонентов: источника бета-излучения и полупроводникового преобразователя. Два года назад учёные Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» представили компактную атомную батарейку.
Американский стартап показал «вечную» ядерную батарейку
В настоящее время проблема не имеет решения, а твердотельные батареи пока массово не выпускаются. 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.
При работе «алмазная» батарейка будет передавать излишки электричества литиевому аккумулятору. Наша разработка полностью заряжала бы вашу батарею с нуля пять раз в час. Представьте себе это.
Представьте себе мир, в котором вам вообще не придется заряжать аккумулятор в течение дня. А теперь представьте себе неделю, месяц… Как насчет десятилетий? Вот что мы можем сделать с помощью нашей технологии», — рассказал о разработке NDB сотрудник стартапа Нил Найкер.
Компания NDB поделилась планами наладить коммерческое производство бета-гальванических батарей к концу года. Заключены два предварительных контракта на поставку батарей американским компаниям. Будущие бета-тестеры занимаются производством, обслуживанием и утилизацией продуктов ядерного топлива, а также производством аэрокосмической, оборонной и охранной продукции.
Названия первых клиентов пока держат в секрете.
Хотя бета-распад — один из видов радиоактивного излучения, людям нечего бояться. Бета-излучение в данном случае обладает малой проникающей способностью и легко задерживается оболочкой. А используемый изотоп «никель-63» не имеет сопутствующего гамма-излучения. Так что сами батарейки не излучают и совершенно безопасны.
Чтобы компенсировать малую мощность природного бета-распада, физики используют импульсный режим с накоплением заряда.
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.