28 тысяч лет без подзарядки: как устроена батарейка на ядерном топливе и насколько она безопасна? Рассказываем о "вечных" технологиях. При работе «алмазная» батарейка будет передавать излишки электричества литиевому аккумулятору. Основная особенность батарейки заключается в оригинальной микроканальной 3D – структуре, а если точнее, то главную роль в ней играет никелевой бетавольтаический элемент.
Портал правительства Москвы
Выставка «Вечная батарейка» о современном мире, переживающем пандемию, открылась в Электромузее на Ростокинской улице. Российские физики создали материал для "вечной" космической батарейки читайте также. Физики из Университета Бристоля предложили концепцию «вечной» батареи на основе алмаза из радиоактивного изотопа — углерода-14.
Алмазы на кухне. Челябинец изобрел вечную батарейку для смартфона
Разработка описана в научном журнале Applied Radiation and Isotopes. Новая батарейка преобразует энергию радиоактивного распада в электрическую и может использоваться для питания микроэлектронной аппаратуры. Она относится к так называемым бетавольтаическим элементам. 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. В числе прочих преимуществ разработчики отмечают упрощение технологии изготовления атомной батареи, что вдвое удешевляет её производство.
Данный проект является взглядом в будущее. Представленная батарейка находится в специальном корпусе, в производстве которого использовались синтетические алмазы, внутри имеется стержень из радиоактивного материала. Неупругое рассеивание изотопного бета-излучения позволяет создавать электрическую энергию.
Горючим в данном процессе служат отходы после переработки углерода-14. Радиокарбон используется при радиометрическом датировании, а также во время обследования болезней ЖКТ. Этот изотоп можно найти в элементах из графита ядерного реактора, поглощающих излучение от топливного ядерного стержня. Подобные отходы хранить нельзя ввиду их опасности, сложности и дороговизны процесса.
Потом она перешла к правнуку, к праправнуку и так далее. И все это время продолжала вырабатывать энергию — приблизительно 28 000 лет… Понимаем, что звучит это слишком смело даже для научной фантастики, и тем не менее есть реальные шансы, что подобная батарейка поступит в продажу в самое ближайшее время. Итак, что же такое — "тысячелетняя атомная батарея"?
Начнем с того, что ее корпус сделан из необычного материала — синтетических наноалмазов. Внутрь корпуса помещен радиоактивный сердечник, изготовленный из переработанных ядерных отходов, — углерода-14. Этот изотоп применяется в ядерной медицине, с его помощью диагностируют заболевания желудочно-кишечного тракта. Ядерные реакторы, использующие воду в активной зоне, также являются источником углерода-14. Дальше процитируем пресс-релиз: "Радиоизотопы выделяют большое количество тепла.
По информации из университета «МИСиС» НИТУ «МИСиС» поступило сообщение, что в нашей стране разработан инновационный автономный источник питания — прогрессивная автономная батарейка также про эту батарейку я узнал из канала «Время-вперёд».
Основная особенность батарейки заключается в оригинальной микроканальной 3D — структуре, а если точнее, то главную роль в ней играет никелевой бетавольтаический элемент. Данный компонент радиоактивен, его наносят с 2 сторон p-n-перехода, который называют планарный. Это делает проще процесс создания элемента и помогает держать под контролем обратное электричество, которое часть мощности забирает себе. Как утверждают создатели, их батарейка, если её сравнить с подобными, даёт возможность в три раза сделать меньше величину элемента, в разы повысить удельную мощность и в 2 раза уменьшить её создание. Из-за микроканальной структуры увеличивается эффективная площадь преобразования бета-лучей в 14 раз.
Читайте также
- Как работают такие батареи
- В России создали прототип ядерной батарейки
- «Вечные» батарейки и аккумуляторы - Общероссийское общественное движение «Народный Собор»
- Бесконечный источник энергии
Регистрация
- GISMETEO: В КНР разработали «вечную» батарейку - Наука и космос | Новости погоды.
- Тенденции в разработке автономных источников питания
- Технотренды 2024: привычным литиевым аккумуляторам приходит конец - Hi-Tech
- Выбор радиоизотопа и схемы преобразования
- Вечные батарейки: новые изобретения ученых из Поднебесной очистят планету
Комментарии
- Появился проект вечной квантовой батарейки
- Атомная батарейка: разработан прототип, способный держать зарядку тысячи лет
- Вечные батарейки: новые изобретения ученых из Поднебесной очистят планету
- Невероятно, но в России создана «Вечная батарейка»!
В КНР разработали «вечную» батарейку
Делаем электричество из изотопов Вспоминаем школьный курс химии и физики. Слово "изотоп" означает, что мы имеем дело с химическим элементом, который занимает ту же клеточку в таблице Менделеева, но имеет другую массу ядра. Разницу в массе обеспечивают "лишние" или "недостающие" нейтроны. Например, кроме обычного водорода с одним протоном 1H существует его более тяжёлый изотоп - дейтерий 2H , у которого в ядре протон и нейтрон. Есть ещё и тритий с одним протоном и двумя нейтронами 3H. Если химических элементов в таблице Менделеева больше сотни, то изотопов - свыше трёх тысяч.
Большинство из них нестабильны: одни распадаются миллиарды лет, другие - за доли секунды. При распаде выделяется энергия, которую можно использовать себе во благо. Самый очевидный пример - атомные электростанции, в которых тепло от распада урана-237 превращается в электроэнергию. Такой источник энергии не обязательно должен быть громадным, как АЭС. Например, на космических аппаратах "Пионер" и "Вояджер" установлены вполне компактные энергетические установки, работающие на изотопе плутония.
Благодаря им эти аппараты смогли покинуть пределы Солнечной системы и продолжают свой путь во Вселенной. 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.
Объяснением этого эффекта с помощью знаний физики ядерной реакции является демонстрация формирования нанокластерных плёнок никеля-63 с градиентным распределением наночастиц.
В процессе реакции достигают двух эффектов. Во-первых, формируются покрытия с фиксированной разностью потенциалов определяется разницей размеров наночастиц в выделенном направлении ; во-вторых, происходит преобразование энергии бета-распада 63Ni в ток электронов электрический ток без использования дополнительных сложных для реализации полупроводниковых систем. Исследование электрофизических свойств формируемой нанокластерной плёнки никеля и подбор оптимальных параметров эксперимента для создания эффективного преобразователя энергии бета-распада 63Ni в электричество впервые были опубликованы в журнале Applied Physics Letters коллективом авторов [7].
Поскольку наноструктурированные плёнки могут использоваться в качестве селективного фотоэмиттера — системы с перераспределённым спектром излучения в заданном спектральном диапазоне, процесс окисления плёнки приводил к образованию оксидной оболочки поверх металлического ядра нанокластера. Затем происходило формирование совокупности металлических нанокластеров с их пространственным распределением по размерам, но в одном слое оболочке оксида. Относительно малые размеры нанокластеров 2—15 нм способствуют проявлению квантовых свойств полупроводниковых материалов с широким разбросом значений ширины запрещённой зоны, а это обеспечивает возможность эмиссии фотонов заданной длины волны при нагреве и, следовательно, обеспечивает возможность коррекции спектра излучения под определённый диапазон длин волн.
Это важное отличие перспективного открытия в разработке отечественных ученых, поэтому энергоэффективность и энергосбережение современных тепловых источников электроэнергии может выйти на новый уровень. Понимая конкурентное значение технологии, подобными исследованиями занимаются во всём мире. Китайские успехи Китайский стартап Betavolt из Пекина представил первую в мире миниатюрную аккумуляторную батарею с ядерной начинкой: модель BV-100.
Первенство объясняют тем, что это первый случай, когда атомная энергия реализована в столь миниатюрной модели. Отсюда и название батареи — «ядерная». Миниатюризация — основной отличительный признак инновации.
Батареи можно подключать параллельно и последовательно, создавая модули в электрической цепи для увеличения мощности источника питания и суммарного напряжения. Заявленная мощность одной батареи с изотопом никель-63 и алмазными полупроводниками сравнима с источником автономного питания в 100 мкВт, а напряжение составляет 3 В постоянного тока [6]. Размеры батареи меньше средней монеты.
На рис. Принцип работы батареи основан на преобразовании энергии, выделяемой при распаде изотопов, в электрический ток. Соответственно, речь идёт об источнике энергии, у которого понятие саморазряда отсутствует вообще, а рабочий процесс начинается только после подключения в электрическую цепь при подключении к контактам батареи устройств нагрузки.
Изотопы никеля — разновидности химического элемента никеля, имеющие разное количество нейтронов в ядре. Известны изотопы никеля с массовыми числами от 48 до 80 количество протонов 28, нейтронов от 20 до 52 и 8 ядерных изомеров. Среди искусственных изотопов самые долгоживущие — 59Ni период полураспада 76 тыс.
Дочерний изотоп — стабильный 63Cu — получают облучением нейтронами в ядерном реакторе стабильного изотопа 62Ni. Используемый в новой атомной батарее 63Ni — наиболее перспективный радионуклид в бета-вольтаике: средняя энергия бета-частиц 63Ni 17,5 кэВ и максимальная энергия 67 кэВ , период полураспада 100,1 лет; к нему можно создать физическую защиту от мягкого бета-излучения источника в миниатюрном элементе питания. Модуль BV-100 рекомендован к применению в широком спектре современных электронных устройств: в сотовых телефонах и радиостанциях, робототехнике миниатюрных роботах , БПЛА, устройствах с ИИ, медицинских электронных приборах и датчиках разного назначения, в том числе работающих удалённо от основного блока управления или сервера.
Особую роль пророчат изобретению в аэрокосмической промышленности, в частности, в микропроцессорной технике. Батарея имеет многослойную конструкцию, устойчива к огню и даже сильному воздействию детонации, приравниваемому к взрывной среде. При этом модуль безопасен и не имеет излучения, ибо в процессе отдачи электроэнергии изотопы распадаются, превращаясь в стабильные и нерадиоактивные изотопы меди.
Атомная батарея не имеет внешнего радиоактивного излучения, пригодна для использования даже в условиях высоких требований к стерильности: в медицинских устройствах, таких как кардиостимуляторы, мониторы разного назначения, элементы искусственного сердца, соприкасающиеся с телом человека. Модуль позиционируют не только «ядерным», но и «вечным», ведь его не надо заряжать. Но это не означает, что электронные устройства с питанием от «волшебной таблетки» могут работать вечно.
Заявлено, что батарея может храниться 50 лет без подзарядки и иного обслуживания. Пока не ясно, какими испытаниями этот срок установлен, но он заявлен производителем в анонсе [6]. Также непонятно, нужны ли батареи со столь длительным сроком эксплуатации в смартфонах: нередко пользователи меняют устройства на более новые и функциональные каждые 1—2 года.
Остаётся загадкой и то, насколько потребители готовы к использованию «карманного ядерного реактора», несмотря на гарантии безопасности. Предпосылки к созданию миниатюрного, пусть пока и маломощного, ядерного энергетического модуля известны ещё в ХХ веке, когда учёные СССР и США разработали электронную технологию для использования в космических кораблях, подводных системах и удалённых научных модулях-станциях, однако термоядерные батареи позиционировались как дорогостоящие и громоздкие. Стремление к миниатюризации и коммерциализации ядерных батарей предпринято в рамках 14-го пятилетнего плана Китая, призванного укрепить экономику страны в период 2021—2025 гг.
Надо отметить, что научные коллективы в США и Европе также работают над разработкой подобных батарей. В пресс-релизе сообщается, что новая энергетическая инновация поможет Китаю получить преимущество в новом раунде технологической революции искусственного интеллекта [6]. Пока новейшая разработка находится на стадии пилотных испытаний, создатели первой портативной ядерной батареи утверждают, что будут работать над созданием к началу 2025 года аккумуляторной батареи мощностью 1 Вт.
Новое слово Курчатовского института — материалы. Анод генератора сделан из полимерного гидрогеля и по своим механическим свойствам похож на стенку сосуда. В перспективе это упростит имплантацию устройства. Катодом выступает обычный металлический стент, который широко используют в сосудистой хирургии.
Об этом сообщил ТГ-канал «Спецоперация Z». Отметим, что эта микро-батарея может использоваться во всех имплантируемых медицинских устройствах. Подписывайтесь на нашу страницу новостей "Независимый Красноярск" в telegram.
Вечная энергия: американская студентка нечаянно изобрела "вечную" батарейку
Американский стартап Nano Diamond Battery сообщил об успешном испытании «атомной» батарейки, которая может проработать 28 тысяч лет. Российские физики создали материал для "вечной" космической батарейки читайте также. В батарейках, созданных командой Скотта, радиоактивные изотопы выделяют электроны сверхвысокой энергии, подвергаясь радиоактивному распаду. «Использование биотопливного элемента (БТЭ) позволит предотвратить подобные оперативные вмешательства по замене аккумулятора, так как механизм использует в качестве топлива. Новости / Батарейки и аккумуляторы. Российские ученые создали атомную батарейку, которая способна работать до 20 лет.
Вечная энергия: американская студентка нечаянно изобрела "вечную" батарейку
Специалисты МГУ вместе с коллегами из химико-технологического университета заявили, что создали батарейку, срок годности которой достигнет 100 лет. «В наших аккумуляторах более низкая токовая нагрузка, чем в обычных, поэтому они выдерживают намного больше циклов зарядки-разрядки. изобретение, родственное скатерти-самобранке и ковру-самолёту.
Американский стартап показал «вечную» ядерную батарейку
Датчики с «вечной» батарейкой могут широко применяться и при создании сложных механизмов, поскольку карбид кремния выдерживает температуру до 350 градусов. Заново изобрели электричество: батарейка с сердечником из ядерных отходов будет работать 28 тысяч лет. Устройство размерами 15х15х5 миллиметров (меньше рублевой монеты) способно в течение 50 лет выдавать напряжение три вольта — вдвое больше, чем стандартная пальчиковая батарейка. Российские учёные создали прототип батарейки на изотопе плутония. Как сообщил ресурсу New Atlas исполнительный директор Nano Diamond Battery Нима Голшарифи (Nima Golsharifi), одна такая батарейка может работать до 28 тыс. лет. Выставка «Вечная батарейка» о современном мире, переживающем пандемию, открылась в Электромузее на Ростокинской улице.
«Вечная» батарейка на радиоактивных элементах
Но и это далеко не предел. По мнению авторов проекта, инновационный аккумулятор в принципе изменит представление об элементах питания как о расходниках. К примеру, одна такая батарея смогла бы работать несколько служебных сроков обслуживаемой техники. Успешные эксперименты Мия продолжала месяц, что позволило в деталях исследовать работу нового аккумулятора и сделать обнадеживающие выводы о его возможном применении уже в коммерческих целях.
Таким образом, NBD хочет снизить излучение сырья до "безвредного" уровня. Графит C-14 имеет очень длительный период полураспада и может излучать энергию соответственно долгое время - создается своего рода бесконечная батарея, которая постоянно заряжается сама по себе. Необработанные, мы должны знать об этом, но C-14 очень опасны. Источник энергии NDB получается из изотопов среднего и высокого класса. Для обеспечения максимальной безопасности для пользователя изотопы экранированы несколькими слоями синтетического алмаза - одного из самых твердых материалов, которые можно повредить или сломать. Энергия поглощается в алмазе путем неупругого рассеяния, которое используется для выработки электроэнергии. Поскольку бесконечный аккумулятор самозаряжается, любой избыточный заряд хранится во вторичных запоминающих устройствах, таких как конденсаторы, суперконденсаторы и вторичные элементы.
Как объяснил главный операционный директор NDB Мохаммед Ирфан: «Использование радиоизотопов в качестве источника энергии не новость. У нас есть медицина, где пациентов лечат с помощью контролируемого облучения, что всегда давало эффективные результаты. Точно так же у нас есть атомные подводные лодки и авианосцы. Конечно, это совершенно другой процесс, но он смог успешно и безопасно доставить мощность и энергию без проблем с безопасностью».
Некоторые заявления NDB были встречены с осторожным скептицизмом в технических кругах. NDB заявляет, что начнет работу над прототипом, как только будет ослаблен карантин, связанный с коронавирусом, и надеются создать рабочий прототип менее чем за два года.
Особо акцентируется внимание на тот факт, что использование новой российской тритиевой батареи не требует специальных условий и лицензий на эксплуатацию: она безопасна даже в случае нарушения целостности корпуса или элементов. Также разработаны и успешно испытаны технические решения по использованию новой технологии. Так за счет стековой архитектуры параллельное и последовательное включение базовых тритиевых элементов «ЭТАК» , а также использования схем с преобразователями и накопителями электрической энергии можно увеличивать мощностные характеристики источника. Также можно изменять функциональность источника меняя форму, геометрию и материал корпуса источника.
Российские ученые разработали технологию "вечной" ядерной батарейки
Китайские ученые создали «вечную» ядерную батарею, которая может производить энергию до 50 лет без подзарядки. как сделать вечную батарейку видео бесплатно ритег так называлась вечная батарейка при ссср своими руками из магнитов видео для пульта из монет схема вечной батарейки. Как сообщил ресурсу New Atlas исполнительный директор Nano Diamond Battery Нима Голшарифи (Nima Golsharifi), одна такая батарейка может работать до 28 тыс. лет. Тем не менее, до сих пор находятся энтузиасты, которые верят в светлое будущее батареек с радиоизотопами.