Российские ученые разработали прототип ядерной батарейки мощностью до 100Вт, которая может работать с помощью бета-распада никеля-63.
Почему ядерные батарейки так и не стали популярны? История почти забытой технологии
Атомные батареи Betavolt могут удовлетворить потребности в долговременном энергоснабжении при различных сценариях, таких как аэрокосмическая промышленность. Первую опытную партию ядерных батареек для космоса и авиации изготовил «Росатом». 28 тысяч лет без подзарядки: как устроена батарейка на ядерном топливе и насколько она безопасна? Ученые российской атомной отрасли вплотную приблизились к созданию так называемого бета-вольтаического источника питания на основе радиоактивного изотопа никель-63. Главная/Новости/Китай представил ядерную батарейку размером с монету, которой хватит на 50 лет. Атомная термоэлектрическая станция (АТСТ) малой мощности "Елена-М", разработанная в Национальном исследовательском центре "Курчатовский институт", и РИА Новости.
Российские ученые создали атомную батарейку, которая может работать 20 лет
Ученые НИЯУ МИФИ вплотную подошли к созданию ядерной батарейки принципиально нового типа. Принцип атомной батарейки в том, что радиоактивный изотоп, распадаясь, излучает тепло и разогревает капсулу, в которой он находится, до полутора тысяч градусов. Компания Betavolt утверждает, что созданный ею 3-вольтовый прототип атомной батарейки меньше монеты будет работать 50 лет.
«Ядерные батарейки» для космической техники
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. Несколько ступеней фильтрации избавляют жидкость от грязи и микробов — и стакан чистой воды из воздуха готов. Он вытягивает воду из воздуха, он очищает воду, он использует революционный пластиковый теплообменник", — рассказал изобретатель Алан Дершовиц. Такое всегда происходит в самый неподходящий момент. В России придумали батарейку, которая может бесперебойно работать 28 тысяч лет.
Ученые догадались поместить отработанное ядерное топливо в оболочку из искусственных наноалмазов. Она защищает от радиации и превращает энергию распада в электричество. На атомных батарейках сможет работать все — от смартфонов до электрокаров и поездов.
Создатели разработки утверждают, что такая батарейка абсолютно безопасна, совершенно не имеет внешнего излучения, а после периода распада изотоп никеля превращается в стабильный и нерадиоактивный изотоп меди, не представляющий угрозы для окружающей среды. Мощность ядерной батарейки Betavolt на данном этапе составляет 100 микроватт, а напряжение — 3 Вольта.
К 2025 году мощность такого аккумулятора компания планирует довести до 1 Ватта.
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.
Совсем не порадовала стоимость ядерного аккумулятора - директор государственного унитарного предприятия объявил цену изотопа никеля в долларах! Означает ли это, что основной компонент будет приобретаться за границей России? А сколько грамм необходимо на изготовление одного аккумулятора? Одновременно с этим было замечено, что потребуются также алмазные элементы также не ясно сколько? Какова же будет полная стоимость такой батарейки?
Электрокардиостимуляторы в России устанавливаются по полису ОМС бесплатно в экстренных случаях или при наличии квоты. При недостаточности квоты и за электрокардиостимуляторы иностранного производства больным приходится оплачивать самостоятельно. Будут ли ядерные батареи устанавливаться за счет бюджета ОМС или пожилые люди должны будут приобретать их отдельно? Если бы руководство Росатома впомнило, что российские пенсионеры живут в режиме "день простоять и ночь продержаться", то, наверно, осознало бы тот нелепый диссонанс между космическим сроком службы и стоимостью. Это наталкивает на мысль, что уважаемый Павел Зайцев активно осваивает средства, выделенные на НИОКР, ничуть не задумываясь о конечных пользователях. Аналогичную оценку "изобретения" Росатома дают пользователи социальных сетей: Едва ли ее где-нибудь получится использовать. Я более чем уверен, что бюджет как всегда освоили, часть его потратили на презентацию, а само изделие никто никогда не увидит : Заявленный срок службы 50 лет , как мы догадались - это как раз половина периода полураспада Ni63 100лет. Такую же логику используют ученые Бристольского университета в концептуальном ролике. В отличие от батарейки Росатома, бристольская атомная батарейка использует изотоп C14 и может работать 5730 лет! В Бристольском университете правда забыли поделить на 2, но и 2865 лет слишком много для кардиостимулятора.
Уникальность бристольской концепции заключается в том, что проблема ядерных отходов решается путем переработки их в ядерные батарейки.
Российская армия получит портативные атомные источники электропитания военной техники
«Сердце ядерной батарейки — вакуумная капсула с радиоактивным изотопом. Благодаря энергии ядерного распада она нагревается до 1500°C и начинает светиться. Сейчас ученые патентуют свою технологию производства атомной батарейки на международном уровне. Устройство ядерной батарейки можно сравнить с полупроводниковой солнечной батареей.
Атомная батарейка. 80 лет без подзарядки
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.
Ключевая особенность системы основана на том, что вследствие размерной зависимости энергии Ферми наличие пространственно неоднородного распределения металлических наночастиц по размерам приводит к пространственному перераспределению заряда в такой системе. Это означает, что в электропроводящей системе соприкасающихся друг с другом металлических наночастиц, средний размер которых монотонно изменяется в выделенном направлении, в этом же направлении должна регистрироваться разность потенциалов. Таким образом, формирование нанокластерных пленок никеля-63 с градиентным распределением наночастиц по размерам открывает уникальную возможность и позволяет совместить сразу два важных процесса: во-первых, формировать покрытия с фиксированной разностью потенциалов определяется разницей размеров наночастиц в выделенном направлении ; во-вторых, осуществлять преобразование энергии бета-распада 63Ni в ток электронов без использования дополнительных сложных для реализации полупроводниковых систем.
Главным вопросом, которому посвящена разработка НИЯУ МИФИ, является исследование электрофизических свойств формируемой нанокластерной пленки никеля и подбор оптимальных параметров эксперимента для создания эффективного преобразователя энергии бета-распада 63Ni в электричество. Первичные результаты, подтверждающие возможность реализации такой системы, ранее были опубликованы коллективом авторов в престижном журнале Applied Physics Letters. 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.
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. Этот прорыв ставит его «далеко впереди» всех других европейских и американских академических и коммерческих учреждений, отмечается в публикации.
Предлагаем вам ознакомиться с основными фактами об этой революционной новинке. Мини-атомная электростанция Представьте себе BV100 как крошечную электростанцию. В основе этой электростанции лежит никель-63, особый тип никеля. Этот радиоактивный элемент распадается, то есть с течением времени он изменяется естественным образом. В процессе распада выделяется энергия. Вместо того чтобы пустить эту энергию на ветер, BV100 использует ее в своих интересах. Конструкция устройства позволяет улавливать энергию, выделяемую при распаде никеля-63, и накапливать ее для питания различных устройств.
Ученые создали атомную батарейку. Она может работать 20 лет
Но они пока не готовы сказать, когда подобные решения появятся в массовом производстве. Это тоже интересно:.
Пластина аккумулятора из углеродного волокна Фото: Advanced Energy and Sustainability Research Батарея из углеродного волокна в виде крышки багажника Фото: Advanced Energy and Sustainability Research В будущем такие аккумуляторы из композитных материалов можно будет использовать как в автомобилях, так и в самолетах, чтобы сделать их легче и экологичнее. 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.
С тех пор российские автоматические метеостанции в труднодоступных районах электричество получают от ветряков. Секрет в специальных термофотоэлементах, которые эффективно преобразуют свет ближнего диапазона инфракрасного спектра в электричество. В итоге энергии теряется меньше. Правда, батарейка остается объектом лабораторных исследований. 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?
Атомные батарейки, то есть источники электрического тока, получающие энергию от распада радиоактивных веществ, существуют очень давно, и среди них есть довольно компактные. Их широкому применению мешают не сложности с безопасностью, а стоимость и удельная мощность — первая непозволительно велика, а вторая непрактично мала для потребительской электроники. Чтобы понять, почему это проблема, рассмотрим возможные способы улавливания и преобразования энергии деления атома. В ходе радиоактивного распада энергия выделяется несколькими путями. Самый очевидный — тепло: делящийся материал может разогреваться сам, а может разогревать окружающие его субстанции за счет торможения в них продуктов распада. Последние представлены альфа- ядро гелия, два протона и два нейтрона или бета-частицами высокоэнергетический электрон или позитрон. Кроме того в результате распада могут излучаться гамма-частицы высокоэнергетический фотон и свободные нейтроны. Для выработки электричества чаще всего используется тепло. Наиболее эффективный способ — испарить воду, которая, расширяясь будет крутить турбину.
Сделано в России
Этим они отличаются от атомных реакторов, в которых для этого используется управляемая цепная ядерная реакция. Этим они отличаются от атомных реакторов, в которых для этого используется управляемая цепная ядерная реакция. Ядерная батарейка на основе радиоизотопного термо электрического генератора РИТЭГ изобретен и применяется в космосе и в МО более 50 лет.