Аккумулятор ядерный: Создана первая в мире «вечная» батарейка. Она стоит дешевле литиевых аккумуляторов. Видео

Содержание

Создана первая в мире «вечная» батарейка. Она стоит дешевле литиевых аккумуляторов. Видео

| Поделиться

В США созданы первые прототипы бета-гальванической батареи, способной работать 28 тыс. лет. В ее основе лежит сердечник из переработанных ядерных отходов, но для человека она безопасна за счет покрытия из специальных синтетических алмазов. В России тоже есть подобные батареи, но они работают не дольше 20 лет.

Бесконечный источник энергии

Американские ученые из компании Nano Diamond Battery разработали «вечный» источник питания, способный работать тысячи и даже десятки тысяч лет. Они создали так называемую «бета-гальваническую батарею» (betavoltaic) и, по их заверениям, даже успешно испытали их в лабораторных условиях.

В отечественном институте НИТУ «МИСиС» бета-гальванические элементы питания называют бетавольтаическими.

Как сообщил ресурсу New Atlas исполнительный директор Nano Diamond Battery Нима Голшарифи (Nima Golsharifi), одна такая батарейка может работать до 28 тыс. лет. Такой элемент питания может использоваться, по мнению разработчиков, в самых разных видах техники, начиная от носимых устройств и мобильных гаджетов и заканчивая средствами передвижения – поездами, электромобилями и даже самолетами.

Как работают такие батареи

В основе работы бета-гальванических батарей лежит принцип преобразования альфа- и бета-излучений радиоактивного вещества в обычный электрический ток, питающий всю современную технику. Как заверил Нима Голшарифи, созданным компанией источникам энергии можно придавать практически любую форму, другими словами, их можно выпускать в виде привычных многим батареек различных форматов – АА, 18650, CR2032 и др.

Батарейка Nano Diamond Battery может работать тысячелетиями

Конструкция бета-гальванической батареи состоит в первую очередь из радиоактивного сердечника, который выступает в качестве источника изотопов.

Нима Голшарифи подчеркнул, что сердечник изготавливается из небольшого количества переработанных ядерных отходов.

Для того чтобы сделать батареи безвредными для людей и окружающей среды, специалисты Nano Diamond Battery покрыли «фонящий» сердечник специальными нерадиоактивными синтетическими алмазами, выращенными в лабораторных условиях. Это очень дешевые в производстве аналоги обычных алмазов.

Изотопы радиоактивного элемента в процессе так называемого «неупругого рассеяния» взаимодействуют с алмазным покрытием, и в итоге энергия бета-излучения преобразуется в электрический ток.

Для чего нужна «вечная» батарея

Столь значительный период работы батарей разработчики объяснили тем, что используемое в качестве сердечника вещество может оставаться радиоактивным сотни и тысячи лет. Они отметили также, что такие батареи могут вырабатывать чрезмерно большое количество энергии, которую они предлагают хранить в дополнительной «буферной» емкости. В качестве такой емкости могут служить суперконденсаторы, а в России, как сообщал CNews, как раз научились изготавливать их из бесполезного сорного растения – борщевика.

Лабораторные испытания

Прототипы бета-гальванических батарей, разработанные в Nano Diamond Battery, были протестированы в двух лабораториях – Кавендишской лаборатории Кембриджского университета и Ливерморской национальной лаборатории им Э. Лоуренса. Результаты испытаний показали, что творение ученых компании обходили другие элементы питания на основе синтетических алмазов – если те демонстрировали 15-процентный прирост эффективности в сравнении с традиционными батареями, включая литий-ионные, то в случае разработки Nano Diamond Battery этот показатель был 40-процентным.

Форму батарее Nano Diamond Battery можно придать любую

В то же время разработчики пока не могут точно сказать, когда элементы питания, основанные на разработанной ими технологии, начнут использоваться повсеместно. Первые версии таких элементов питания, пригодные для повседневного использования, могут появиться в течение двух лет.

Цифровые ассистенты: как роботизировать работу с поставщиками? Опыт НЛМК

Интеграция

По их заявлению, использование таких батарей, к примеру, электромобилях намного более эффективно в сравнении с литиевыми. При тех же габаритах они смогут нести в себе большее количество энергии, а использование дешевого искусственного алмаза вместо дорогого лития позволит снизить итоговую стоимость электрокаров.

Тем временем в России

Отечественные специалисты тоже смотрят в сторону атомных портативных элементов питания. К примеру, сотрудники НИТУ «МИСиС» в августе 2020 г. продемонстрировали собственный прототип такой батареи, конструкция которой основана на запатентованной микроканальной 3D-структуре никелевого бета-гальванического элемента. Срок службы такой батарейки – 20 лет.

Особенность трехмерной структуры батарейки заключается в том, что радиоактивный элемент наносится с двух сторон так называемого планарного p-n перехода, что позволяет упростить технологию изготовления элемента, а также контролировать обратный ток, который «крадет» мощность батареи.

Особая микроканальная структура обеспечивает увеличение эффективной площади преобразования бета-излучения в 14 раз, что в результате дает общее увеличение тока.

Отечественный вариант бета-гальванической батареи

За счет оригинальной 3D-структуры бета-гальванического элемента размеры батареи, по словам разработчиков, уменьшились втрое, удельная мощность повысилась в 10 раз, а себестоимость снизилась на 50%.

«Выходные электрические параметры предложенной конструкции составили: ток короткого замыкания IКЗ — 230 нА/см2 (в обычной планарной — 24 нА), итоговая мощность — 31 нВт/см2, (в планарной — 3 нВт). Конструкция позволяет на порядок повысить эффективность преобразования энергии, выделяющейся при распаде β-источника, в электроэнергию, что в перспективе снизит себестоимость источника примерно на 50% за счет рационального расходования дорогостоящего радиоизотопа, — отметил один из разработчиков Сергей Леготин, доцент кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ «МИСиС».

Батарейка может быть применена в нескольких функциональных режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах и в труднодоступных (или совсем не доступных) местах: в космосе, под водой, в высокогорных районах.



Революция в обеспечении устройств энергией? В США патентуют "вечные" и безопасные ядерные батарейки

Представьте себе, что вы покупаете аккумулятор для автомобиля, используете его без подзарядки 20 лет, затем покупаете новый автомобиль и переставляете в него всё тот же аккумулятор. Представили? Компания NDB обещает, что так вскоре будет со всеми батареями и батарейками. Да-да, и смартфон тоже не надо будет больше ставить на зарядку. Никогда.

Как такое возможно? И почему учёные раньше не догадались обеспечить мир "вечными" аккумуляторами?

На самом деле идея, которая лежит в основе новой удивительной батарейки была озвучена учёными из Великобритании в 2016 году.

И Вести.Ru об этом подробно рассказывали. Теперь же инженеры представили не сырую идею, а проверку концепции такого продукта. В дальнейшем наработки планируется использовать для создания первого прототипа "вечной" ядерной батарейки.

Представители калифорнийской компании NDB заявляют, что её наноалмазные батареи будут действовать как крошечные ядерные генераторы электрического тока.

Они будут иметь плотность энергии выше, чем у существующих литий-ионных аккумуляторов, и смогут работать до 28 тысяч лет без необходимости подзарядки. При этом будет практически невозможно сломать такое устройство и оголить "ядерный реактор", отвечающий за столь выдающиеся характеристики.

Пока создатели "батареек будущего" могут представить публике лишь красивые рисунки.

Сердце каждого такого генератора ‒ это небольшой кусочек переработанных ядерных отходов. Инженеры NDB планируют использовать части графитовых блоков ядерного реактора, которые поглотили излучение топливных стержней и сами стали радиоактивными.

Такой графит богат изотопом углерода-14, который подвергается бета-распаду до азота, высвобождая при этом антинейтрино и электрон. Представители компании NDB планируют брать этот графит, особым образом очищать его (нужные изотопы распределены по материалу неравномерно) и использовать для создания из углерода-14 крошечных алмазов.

Углерод-14 распадается до азота, генерируя в процессе антинейтрино и электрон. Радиоактивный алмаз из углерода-14 будет полностью покрыт слоем дешёвого, нерадиоактивного, созданного в лаборатории алмаза из углерода-12. Последний задерживает высокоэнергетические частицы, предотвращает утечку излучения и действует как сверхтвёрдый защитный слой, спасающий всю конструкцию от неумелого обращения.

В то же время алмазная структура действует как теплоотвод, выводящий тепло наружу и делающий всю конструкцию термостабильной.

Чтобы создать аккумулятор, несколько слоев такого наноалмазного материала помещаются в единый корпус вместе с крошечной интегральной схемой и небольшим суперконденсатором для сбора, хранения и мгновенного распределения заряда.

В NDB заявляют, что по такой технологии можно будет создать конечный продукт любой формы или стандарта, хоть в виде "пальчиковых", хоть в виде "мизинчиковых" батареек, а также типоразмера 18650 и 2170, и всевозможных нестандартных размеров тоже.

Уровни излучения от такой батарейки будут ниже, чем уровни излучения, производимые самим человеческим телом (в котором тоже постоянно происходит распад углерода-14). Это делает новинку полностью безопасной для использования в самых разных областях.

Небольшие аккумуляторы смогут питать кардиостимуляторы и другие электронные имплантаты, долгий срок службы которых позволит пользователям забыть об операциях по замене батареек (и тут вспоминается Тони Старк, создавший для себя подобное "сердце"). Такие аккумуляторы также могут быть размещены непосредственно на печатных платах устройств, обеспечивая их бесперебойную работу в течение всего срока службы.

Нил Нэйкер (Neel Naicker) из NDB приводит пример применения новинки в бытовой электронике: "Представьте себе iPhone, с батареей того же размера, которая заряжается с нуля до полной пять раз в час.

Представьте себе это. Представьте себе мир, в котором вам вообще не придётся заряжать аккумулятор в течение дня. А теперь представьте себе, что устройство не надо будет заряжать неделю, месяц… Как насчёт десятилетий? Вот, что мы можем сделать с помощью этой технологии".

Аккумулятор можно будет масштабировать и до размеров электромобиля и даже сделать ещё больше. По прогнозам, такое устройство прослужит до 90 лет, то есть его можно будет вытащить из старого автомобиля и вставить в новый.

Даже если электромобиль с новым аккумулятором попадёт в аварию, это не станет катастрофой для окружающей среды. Всё дело в строении новой батареи, за прочность которой отвечают алмазные структуры.

Ещё один большой плюс такой разработки: перерабатываются ядерные отходы, которые, оставаясь необработанными, представляют большую опасность для мира, дороги в хранении и обладают очень длительным периодом полураспада.

Как утверждают представители NDB, конечный продукт будет конкурентоспособным по стоимости, а в некоторых случаях он будет даже значительно дешевле, чем существующие литиевые батареи.

Дело в том, что поставщики ядерных отходов будут доплачивать компании NDB за то, что её представители забирают у них отработавшие своё опасные материалы.

Если же часть батареи выйдет из строя, то активную часть наноалмазов можно быть переработать для создания новых наноалмазов. Когда же аккумулятор достигнет конца своего срока службы, который, напомним, может составлять до 28 тысяч лет для маломощного устройства (использующегося, например, в космическом спутнике), от него не останется ничего кроме "безвредных побочных продуктов".

"NDB может решить главную глобальную проблему выбросов углерода одним махом без дорогостоящих инфраструктурных проектов, затрат на транспортировку энергии или негативного воздействия на окружающую среду", – отмечает Джон Шоу-Тейлор (John Shawe-Taylor), профессор Университетского колледжа Лондона и представитель кафедры ЮНЕСКО.

Даже если когда-нибудь компания полностью использует для производства своей продукции все мировые запасы ядерных отходов с содержанием углерода-14 ‒ перспектива, которая потребует очень серьёзных объёмов производства ‒ NDB сможет создавать собственное сырьё для "вечных" батарей (как с уверенностью заявляют в компании, "просто и с минимальными затратами").

Когда же ждать революционный продукт?

На сайте компании утверждается, что инженерами уже осуществлена демонстрация практической осуществимости данной технологии.

Сейчас NDB находится на последней стадии привлечения финансирования, которое будет использовано для создания центра по производству прототипа подобных батарей. Компания готова приступить к созданию коммерческого прототипа, как только лаборатории снова откроются после окончания пандемии COVID-19.

Через пару лет компания обещает выпустить продукт, который будет обеспечивать низкую мощность, а через пять полноценный аккумулятор.

Принцип работы нового бета-вольтаического элемента. Перевод Вести.Ru.

Представители NDB заявляют, что значительно опережают своих конкурентов, создающих другие бета-вольтаические элементы питания, поскольку патенты на её технологии и производственные процессы уже находятся на рассмотрении соответствующих органов.

Если в итоге будет создан конкурентноспособный продукт, это произведёт настоящую революцию в энергоснабжении. Ведь даже дома, оборудованные системами NDB, можно будет не подключать к энергетическим системам. Каждая их батарея будет становиться собственным почти неисчерпаемым источником энергии, незаметно превращающим ядерные отходы в полезную энергию.

Добавим, что корреспонденты сайта New Atlas поговорили с членами команды NDB. C полной отредактированной стенограммой этого интервью (на английском языке) можно ознакомиться здесь.

Немного дополнительной информации можно найти в мультипликационном видео ниже, которое было выпущено в 2019 году.

Ранее мы также писали о "вечной" квантовой батарее и о созданном российскими учёными материале для "вечной" космической батарейки.

Возможен ли телефон с ядерной батареей или ядерный аккумулятор

Почему в телефонах или даже ноутбуках нет ядерных батарей, подобных тем, которые использовались в прошлом в кардиостимуляторах? Чтобы ответить на этот интересный вопрос, мы обратились к инженерам-химикам Мюнхенского университета прикладных наук, где было несколько проектов и исследований в этой области.


1. Телефон с ядерной батареей — это дорого

Первая причина отсутствия такой технологии, конечно, заключается в невероятно высокой стоимости ядерной батарейки. Для питания смартфона, телефона, планшета или ноутбука нужны элементы питания стоимостью ниже 100 долларов США в производстве.


Просто помните, что 1 грамм Плутония-238, из которого будет сделан аккумулятор, стоит более 8000 долларов США.


2. Безопасность телефона с ядерной батареей

Такие радиоактивные металлы, как плутоний, использовались в прошлом в качестве источника энергии для кардиостимуляторов. Плутоний не слишком опасен, как источник альфа-излучения (он не может проникнуть через кожу и блокируется листом бумаги). Однако, он очень токсичен — даже больше, чем свинец.


Ноутбуки и телефоны часто подвергаются физическому повреждению — вряд ли вы хотели бы поглощать токсичную и радиоактивную пыль от сломанной ядерной батареи.


3. Ядерная батарея должна быть мощной

Даже если бы вы могли создать ядерную батарею мощностью 10 Вт, преобразователи тепла в электричество работают примерно на 5%-7%. То есть батарея будет выделять 200 Вт тепла! И при этом она разряжается даже тогда, когда не используется (такова особенность Плутония-238).


Ядерные батареи в кардиостимуляторах генерируют лишь милливатты, а тому же ноутбуку нужно около 10 Вт.



***

Плутоний-238, который сегодня используют в ядерных батареях, чрезвычайно дорог и его трудно получить.


Космическое агентство NASA использует их для питания космических зондов, которые не могут заряжаться от солнца, правда их у ведомства немного.

Общее количество Плутония-238, существующего сейчас, вероятно, недостаточно для производства даже какой-нибудь одной марки телефонов в течение всего лишь одного года.


Узнайте больше о новых технологиях

Смогли бы вы пользоваться ноутбуком с толстой свинцовой стенкой, который греется больше, чем ваша игровая видеокарта с учётом того, что, например, в кардиостимуляторах на Плутонии период полураспада длится до 88 лет? Напишите ответ в комментарии или отправьте сообщение нам ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь в группе на новости из мира гаджетов, узнайте об улучшении их автономности и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.



Российская атомная батарейка прослужит 50 лет — Российская газета

Сегодня атомную батарейку уже можно купить в интернете. Во всяком случае такие предложения есть. За эту экзотику, произведенную, к примеру, в США, нужно выложить 1000 долларов. Китайская обойдется дешевле. Зачем нужны столь супердорогие "игрушки"?

Главное достоинство - долговечность. Срок службы может быть и 20, и 50, и 100, и даже тысяча лет. Все зависит от периода полураспада радиоактивного изотопа - источника энергии. Отсюда и возможные области применения. Конечно, медицина, прежде всего кардиостимуляторы. Химические батарейки разряжаются, их приходится периодически менять. С "вечным" источником энергии такой проблемы вообще нет. Еще сфера применения - космос. С атомной батарейкой можно отправляться в дальние миссии, не думая о том, чем питать электронику.

Но все это пока действительно экзотика. И причина не только цена. Характеристики атомных батареек далеки от требуемых. Речь прежде всего о низкой удельной мощности и низком КПД, что предельно ограничивает сферу применения. Как изменить ситуацию? Над этим бьются в ведущих лабораториях мира. И здесь работа группы российских ученых из МФТИ, ФГБНУ "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" и МИСиС может стать прорывом. Ими создана батарейка, у которой удельная мощность и КПД в 10 раз выше, чем у всех созданных на сегодня аналогов. За счет чего это удалось?

- Источником энергии у нас служит изотоп никель-63 с периодом полураспада около 100 лет, - говорит руководитель разработки доктор физико-математических наук Владимир Бланк. - Этот изотоп испускает бета-частицы, которые создают электрический ток в полупроводнике из алмаза. Ноу-хау нашей разработки именно в этом материале. Его уникальные свойства позволили на порядок улучшить параметры атомной батарейки.

Бланк подчеркивает, что хотя, с одной стороны, алмаз имеет ряд привлекательных качеств, но никто из конкурентов с ним не работает. Достаточно сказать, что в созданном нашими учеными устройстве толщина полупроводников из алмаза должна быть как у обычного полиэтиленового пакета - несколько десятков микрон. Как "настрогать" такие тонкие пластины из самого твердого минерала во Вселенной? Российским ученым удалось решить проблему, создать оригинальную технологию обработки алмаза.

- Наша ядерная батарейка это своего рода слоеный пирог, между 200 алмазными полупроводниками установлены 200, изготовленных из никеля-63, источников энергии, - говорит Бланк. - Высота батарейки 3-4 миллиметра, вес 250 миллиграмм. Это в разы меньше, чем у всех современных аналогов.

Такие габариты - еще один плюс российской разработки. Расчеты показывают, что все известные на данный момент прототипы ядерных батарей имеют лишний объем. Вообще поиск оптимальных размеров - очень непростая задача. Если толщина изотопа слишком велика, рождающиеся в нем электроны не смогут его покинуть. С другой стороны, сильно уменьшать толщину тоже невыгодно, поскольку уменьшается число бета-распадов в единицу времени. Аналогичная ситуация и с толщиной полупроводника.

- Чтобы найти максимум параметров, мы построили модель движения электронов в изотопе и полупроводниках, - говорит Бланк. - Оказалось, что эффективнее всего батарейка работает при толщине изотопа около двух микрон, а алмазного полупроводника 10 микрон.

По словам Бланка, достигнутая рекордная удельная мощность - это не предел. Ученые знают, как ее повысить еще минимум в три раза. Понятно, что чем она выше, тем больше сфер применения атомной батарейки. И ниже цена, ведь она уменьшается при масштабном серийном выпуске. Впрочем, по мнению Бланка, даже сейчас при разумной организации производства цена такой батарейки сравнима с ценой химических источников питания, которые применяются в кардиостимуляторах. Атомные батарейки безопасны для человека, так как излучение полностью поглощается внутри корпуса.

Инфографика "РГ": Антон Переплетчиков / Юрий Медведев

В США разработали вечную атомную батарейку. Срок службы достигает 28 000 лет

Американский стартап NDB (Nano Diamond Battery) сообщил об успешных лабораторных испытаниях двух прототипов так называемых бета-гальванических батарей (betavoltaic). Такие батарейки работают на принципе преобразования радиоактивного бета-излучения в электрический ток. Утверждается, что разработка NDB не имеет себе равных и позволит «вечно» снабжать энергией абсолютно любое устройство: от носимых датчиков и смартфонов до самолётов и даже ракет.

Недавно мы услышали о подобном автономном источнике питания, разработанном и произведённом в России. «Атомную» батарейку разработало НИТУ «МИСиС». Она может работать непрерывно до 20 лет. Батарейка NDB обещает большие возможности по всем параметрам. Сейчас это только прототип, но к производству компания обещает приступить до конца текущего года.

Прототипы батарейки NDB испытаны в Ливерморской национальной лаборатории и Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Обе лаборатории подтвердили, что эффективность сбора заряда батарейкой Nano Diamond Battery достигла рекордных значений для так называемых «алмазных батарей» на основе синтетических алмазов. Так, если сторонние разработки показывают не больше 15 % эффективности при производстве энергии, то прототипы NDB продемонстрировали эффективность на уровне 40 %.

Вкратце о процессе выработки электроэнергии. «Атомная» батарейка представляет собой радиоактивный сердечник ― источник изотопов ― покрытый синтетическим алмазом. Изотопы взаимодействуют с алмазом в процессе неупругого рассеяния. Это преобразует энергию излучения (бета-излучения) в электрический ток. Поскольку радиоактивное вещество способно «фонить» тысячелетиями, то срок работы такой батарейки превысит все возможные сроки работы техники, которую они будут питать.

Для человека и среды такие источники питания неопасные. Наружу излучение не выходит, а алмазная оболочка стержня служит гарантией от повреждений. Лишняя энергия, вырабатываемая батарейкой, будет накапливаться в буферной ёмкости. Разработчики предлагают для этого суперконденсатор, но накопителем может быть та же литийионная батарея. Представьте, смартфон больше не нужно будет заряжать. Он станет самозаряжающимся!

Как сообщают в компании, с двумя крупными производителями достигнута договорённость о совместных «полевых» испытаниях батареи Nano Diamond Battery. Имена компаний не раскрываются. Одна из них занимается производством, обслуживанием и утилизацией продуктов ядерного топлива, а вторая относится к ВПК США (оборона и военное производство).

Что же, на словах всё выглядит превосходно. Мир электроники просто перевернётся с ног на голову. На практике, очевидно, всё будет как всегда ― долго и мучительно.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Ядерные батарейки – аналитический портал ПОЛИТ.РУ

Ученые из Московского физико-технического института, ФГБНУ «Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов» (ТИСНУМ) и Московского института стали и сплавов оптимизировали толщину слоев «ядерной батарейки», использующей для генерации электрической энергии бета-распад изотопа никеля-63. В одном грамме созданной ими батарейки запасено около 3300 милливатт-часов, что является лучшим результатом среди «ядерных батареек» на основе никеля-63 и в десять раз превосходит плотность энергии, запасенной в обычных химических элементах. Статья опубликована в журнале Diamond and Related Materials. Кратко о достигнутых результатах рассказывает пресс-релиз МФТИ.

Как работает батарейка

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, электроны «перетекают» через электролит с одного электрода на другой, и на электродах возникает разность потенциалов. Если соединить концы батарейки проводом, электроны придут в движение так, чтобы разность потенциалов исчезла — по проводу потечет ток. Химические батарейки, которые также называют гальваническими элементами, обладают высокой удельной мощностью, то есть отношением мощности создаваемого тока к объему батарейки, 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 вынимать из прибора, что может быть опасно или невозможно: например, если она обеспечивает питание кардиостимулятора или космического аппарата.

Немного истории

К счастью, электрическую энергию можно получать не только в химических реакциях. Более ста лет назад, в 1913 году Генри Мозли представил первый радиоизотопный источник электрической энергии, представлявший собой посеребренную изнутри стеклянную сферу, в центре которой на изолированном электроде располагался радиевый источник. Электроны бета-распада радия создавали разность потенциалов между серебряным слоем стеклянной сферы и центральным электродом. Такой источник обладает чрезвычайно высоким напряжением холостого хода — в десятки киловольт — и малым током, поэтому на практике его использование почти невозможно.

В 1953 году Пол Раппапорт предложил использовать полупроводниковую структуру для преобразования энергии бета-распада радиоактивных элементов. Бета-частицы (электроны или позитроны) ионизируют атомы полупроводника и создают неравновесные носители зарядов, которые при наличии статического поля барьерной p-n структуры упорядоченно движутся, создавая электрический ток. Основанные на этом принципе элементы назвали бета-вольтическими. Главным преимуществом таких элементов перед гальваническими выступает их долговечность: период полураспада некоторых радиоактивных изотопов составляет десятки или сотни лет, следовательно, мощность элемента будет оставаться почти постоянной в течение всего этого периода. К сожалению, удельная мощность бета-вольтических генераторов сильно уступает химическим батареям. Тем не менее, радиоактивные генераторы все-таки использовали в 70-х годах для питания кардиостимуляторов, однако впоследствии их вытеснили литий-ионные аккумуляторы, дешевизна изготовления которых перевесила долговечность бета-вольтических элементов.

Заметим, что бета-вольтические батарейки не следует путать с радиоизотопными термоэлектрическими генераторами (сокращенно РИТЭГ), которые тоже иногда называют ядерными батареями. В этих устройствах энергия радиоактивных распадов используется для нагрева и создания потока тепла, который потом конвертируется в электрический ток с помощью термоэлектрических элементов. Эффективность РИТЭГов составляет всего несколько процентов и зависит от температуры. Тем не менее, из-за своей долговечности и относительно простого устройства радиоизотопные генераторы широко используются для питания космических аппаратов — например, зонда New Horizons или марсохода Curiosity. Ранее РИТЭГи также устанавливали на радиомаяках и метеостанциях, расположенных в труднодоступных областях, однако сейчас эту практику приостановили из-за трудностей утилизации и риска утечки радиоактивных веществ.

Мощность повысили  на порядок

Группа ученых под руководством Владимира Бланка, директора ФГБНУ ТИСНУМ и заведующего кафедрой «Физика и химия наноструктур» МФТИ, придумала способ почти на порядок повысить удельную мощность «ядерной батарейки». В разработанном и изготовленном ими элементе бета-частицы испускались радиоактивным изотопом никеля-63 и попадали в алмазные преобразователи на основе барьера Шоттки. Полная электрическая мощность батарейки составила около 1 мкВт, а удельная мощность достигла десяти микроватт на кубический сантиметр — этого достаточно, чтобы питать современный кардиостимулятор. Период полураспада никеля-63 составляет около ста лет. Таким образом, в одном грамме батарейки запасено около 3300 милливатт-часов, что в десять раз больше, чем в химических батарейках.

Рисунок 1. Схема устройства «ядерной батарейки». Дизайнер — Елена Хавина, пресс-служба МФТИ

Образец «ядерной батарейки» состоял из двухсот алмазных преобразователей, чередуемых слоями фольги никеля-63 и стабильного никеля (рисунок 1). Мощность, генерируемая преобразователем, зависит от толщины никелевой фольги и самого преобразователя, который поглощает бета-частицы. Все известные на данный момент прототипы ядерных батарей плохо оптимизированы, так как имеют лишний объем. Если толщина бета-источника слишком велика, электроны, рождающиеся внутри него, не смогут покинуть его. Этот эффект называется самопоглощением. С другой стороны, сильно уменьшать толщину источника тоже невыгодно, поскольку вместе с ней уменьшается число бета-распадов в единицу времени. Аналогичные рассуждения применимы и к толщине преобразователя.

Ядерная батарейка, образец. Фото предоставлено ФГБНУ ТИСНУМ

Сначала расчеты

Перед учеными стояла цель: создать батарею на никеле-63 с максимальной удельной мощностью, то есть без лишнего объема. Для этого они численно смоделировали движение электронов в бета-источнике и прилегающих преобразователях и нашли их оптимальные толщины: оказалось, что эффективнее всего бета-источник на основе никеля-63 «работает» при толщине около двух микрометров, а алмазный преобразователь на основе барьера Шоттки — при толщине около 10 микрометров.

Рисунок 2. (а) зависимость потока энергии из никелевой фольги от ее толщины; (b) эффективность поглощения алмазным преобразователем в зависимости от его толщины. Видно, что в случае (a) насыщение происходит при толщине около двух микрометров, а в случае (b) — при толщине около десяти микрометров.

Технология изготовления

Наиболее сложной задачей было изготовление большого количества алмазных преобразователей со сложной внутренней структурой толщиной всего в несколько десятков микрон (как полиэтиленовый пакет из супермаркета). Традиционные механические и ионные методы уменьшения толщины алмаза не подходили для решения такой задачи. Сотрудники ФГБНУ ТИСНУМ и МФТИ разработали уникальную технологию синтеза и отщепления тонких алмазных пластин от многоразовых алмазных подложек для массового создания сверхтонких преобразователей.

В качестве исходного материала были использованы 20 толстых подложек из легированного бором алмаза, выращенного методом температурного градиента. При помощи ионной имплантации в подложках создавался дефектный слой толщиной около 100 нанометров на глубине около 700 нанометров. Поверх этого слоя методом осаждения из газовой фазы синтезировался гомоэпитаксиальный (наследующий кристаллическую структуру подложки) слой слабо легированного бором алмаза толщиной 15 мкм. Затем методом высокотемпературного отжига дефектный слой подвергался графитизации, после чего удалялся методом электрохимического травления. После удаления дефектного слоя заготовку преобразователя снимали с подложки и покрывали контактами: омическим и Шоттки.

В ходе всего описанного процесса подложка теряла менее 1 мкм толщины, после чего операции повторялись. Таким образом на 20 подложках были выращены 200 преобразователей. Разработанная технология чрезвычайно важна с экономической точки зрения: высококачественные алмазные подложки стоят очень дорого, поэтому не подходят для массового производства преобразователей методом уменьшения толщины.

Все преобразователи были объединены параллельно согласно схеме, показанной на рисунке 1. Технология изготовления фольги никеля-63 толщиной 2 микрона была разработана в НПО «Луч». Батарею залили эпоксидным клеем для герметичности.

Батарея обладает характерной вольт-амперной характеристикой (рисунок 3). Напряжение короткого замыкания составило около 1 вольта, а ток короткого замыкания около 1 мкА. Наибольшая электрическая мощность W ≈ 0,93 микроватт достигалась при напряжении V ≈ 0,93 вольт. Такая мощность отвечает плотности энергии около 3300 милливатт-часов на грамм, что в десять раз превышает плотность энергии созданной ранее в ФГБНУ ТИСНУМ «ядерной батарейки» на основе никеля-63 и во столько же раз превосходит обычные химические батарейки.

Рисунок 3. (a) зависимость силы тока и выходной мощности, выдаваемой батареей, от напряжения; (b) зависимость выходной мощности от сопротивления подключенной к батарее нагрузки.

В 2016 году ученые уже сообщали о разработке прототипа ядерной батарейки на основе никеля-63. В июне 2017 года работающий образец ядерной батарейки мощностью 1 микроватт с полезным объемом 1,5 кубических сантиметров был показан ФГБНУ ТИСНУМ и НПО «Луч» на форуме «Атомэкспо-2017».

Основным фактором, ограничивающим изготовление ядерных батареек в России, является отсутствие промышленного производства и обогащения изотопа никеля-63. К середине 2020-х годов планируется поставить такое производство на поток.

Альтернативный способ создания ядерной батарейки на основе алмаза изготовление алмазных преобразователей из радиоактивного углерода-14, обладающего чрезвычайно большим периодом полураспада, 5700 лет. О разработке таких генераторов сообщали физики из университета Бристоля.

Будущее ядерных батареек

Полученный результат открывает новые перспективы для медицинских применений. Современные кардиостимуляторы имеют размер более 10 кубических сантиметров и потребляют мощность около 10 микроватт. Разработанная батарея может быть использована в качестве источника питания такого кардиостимулятора практически без серьезных изменений его конструкции и объема. «Вечный» кардиостимулятор значительно повысит качество жизни пациентов, так как исчезнет потребность в его обслуживании и замене батарей.

Также в разработке компактных ядерных батарей заинтересована космическая промышленность. В частности, в настоящее время существует потребность в автономных беспроводных внешних датчиках и микросхемах памяти со встроенной системой питания для космических аппаратов. Алмаз является одним из наиболее радиационно стойких полупроводников, и за счет большой ширины запрещенной зоны может функционировать в широком диапазоне температур, что делает его идеальным материалом для создания ядерных батарей космических аппаратов.

Ученые планируют продолжить свои исследования в области ядерных батарей и предлагают основные направления развития данной тематики. Во-первых, это повышение обогащения никеля-63 в батарее, что приведет к линейному росту мощности. Во-вторых разработка алмазной p-i-n структуры с контролируемым профилем легирования, которая позволит увеличить напряжение, а значит, и полезную мощность батареи в 3 и более раза. В-третьих увеличение площади поверхности преобразователя, что позволит разместить больше атомов никеля-63 на одном преобразователе.

Владимир Бланк, директор ФГБНУ ТИСНУМ и заведующий кафедрой «Физика и химия наноструктур» МФТИ, прокомментировал: «Мы уже достигли выдающегося результата, который может быть применен в медицине и космической технике, но не собираемся останавливаться на этом. За последние годы наш институт достиг значительных успехов в создании высококачественных легированных алмазов, в частности, алмазов с проводимостью n-типа. Это позволит нам перейти от барьера Шоттки к p-i-n структуре и повысить удельную мощность батареи в 3 раза. А чем больше удельная мощность, тем большее количество применений может найти наша разработка. Мы имеем хороший задел в области синтеза алмазов высокого качества и планируем использовать сочетание уникальных свойств этого материала для расширения компонентной базы радиационно-стойкой электроники и создания инновационных электронных и оптических устройств на его основе».

"Алмазно-ядерная" батарея "емкостью" на 100 лет создана в Бристоле

Ядерная энергия часто преподносится как средство борьбы с изменением климата. Атомная энергетика не выделяет парниковых газов и является мощным средством генерации. Однако после громких катастроф в Три-Майл-Айленде, Чернобыле и Фукусиме мировая общественность относится к АЭС, мягко говоря, с недоверием.

Фото: tvc.ru

Это также связано с тем, что отработавшее ядерное топливо, хотя и не выделяет парниковых газов в атмосферу, тем не менее представляет огромную опасность для здоровья и безопасности населения. Ведь оно остается радиоактивным тысячи лет.

Большинство видов ядерных отходов имеют период полураспада десятки тысяч лет. Но при этом элемент хлор-36 остается радиоактивным в течение 300 тыс лет. А нептуний-237 имеет период полураспада в 2 млн лет.

“Типичная АЭС производит около 2,3 тыс тонн ядерных отходов в год, – пишет издание Big Think. – В настоящее время в Соединенных Штатах используется 99 реакторов. В результате в Америке накапливается 75 тыс тонн отходов в год. Они хранятся с использованием максимально возможных мер безопасности. Однако, как и все остальное, эти хранилища уязвимы для крупных стихийных бедствий, человеческих ошибок и терроризма”.

США, разумеется, не единственная страна, которая борется с проблемой ядерных отходов. По данным Engineering&Technology, эти отходы являются насущной проблемой в Европе и особенно в Великобритании.

“В соответствии с европейским законодательством, все страны, которые создают радиоактивные отходы, обязаны найти свои собственные решения по утилизации. Транспортировка ядерных отходов, как правило, не допускается, за исключением некоторых давних соглашений. В результате, такие государства, как Великобритания, в течение уже 70 лет отходы только хранят, но не могут их перерабатывать или утилизировать”.

 

Есть “красивый” способ утилизации таких отходов – алмазная батарея

В этой связи многие исследователи мира ищут способ сделать ядерные отходы безопасными. Пока действенного способа найти не удалось. Но ученые Британского университета в Бристоле предложили не самый безумный способ утилизации радиоактивных отходов. Исследователи разработали метод инкапсуляции ядерных отходов в алмазах. Причем эти алмазы могут использоваться, как аккумуляторная батарея в течение тысяч лет, отмечает Big Think.

“Излучение безопасно “заперто” внутри драгоценного камня. Все это время алмаз генерирует небольшой устойчивый поток электроэнергии. В этом эксперименте был использован нестабильный изотоп никель-63. С его помощью была создана “алмазная” батарея с периодом полураспада около 100 лет”.

Данный метод позволяет не только безопасно утилизировать ядерные отходы, но и создать новую форму производства чистой энергии без выбросов, без движущихся частей, без технического обслуживания и без забот о безопасности, подчеркивает издание. :///

Что для нас сделали бы ядерные батареи?

Концептуальный дизайн ядерной батареи MIT / ANPEG, включая (слева направо) контрольно-измерительный модуль и ... [+] модуль управления, реактор, модуль защиты и теплопередачи, а также силовой модуль.

ANPEG

Совсем немного. В энергосистемах будущего важно не только меньше, тем лучше. Большие централизованные системы, такие как электростанции с обширными физическими сетями для передачи, неэффективны.Было здорово начать работу - мы смогли воспользоваться эффектом масштаба.

Лишь треть первичной энергии в большинстве источников преобразуется в полезную энергию. Солнце и ветер ограничены физикой. Но в ископаемом топливе и ядерной энергии большая часть потерь происходит из-за того, что мы используем энергию для одной цели, такой как производство электроэнергии или тяги, отклоняя оставшиеся две трети как отходящее тепло. Только комбинированные (~ 60%) или комбинированные (~ 80%) теплоэнергетические технологии используют более 40% тепла.Помимо этого, при хранении электроэнергии до 30% всех сохраненных киловатт-часов теряется, а еще 5% теряется во время передачи электроэнергии от завода к конечному пользователю.

Централизованная энергосистема должна обеспечивать самый высокий потенциальный спрос в любом месте и в любое время в системе, поэтому только 40-50% мощности сети используется для питания нашей системы. Остальное зарезервировано на короткие периоды высокого летнего или зимнего спроса. Это приводит к значительному недоиспользованию мощностей и неамортизированной задолженности.Перемежаемость генерации только усугубляет проблему.

В других областях концепция централизации уже устарела. Старая телефонная система с телефонами, подключенными за сотни миль к центральной станции, укомплектованная тысячами операторов коммутаторов, уступила место автономности портативного устройства, подключенного через гибкие сети к распределенным серверам, маршрутизаторам и автономным устройствам. спутники в космосе, позволяющие системам динамически распределять и обрабатывать большие колебания потребностей в совместном использовании данных.

Ядерная батарея микрореактора eVinci от Westinghouse.

ANPEG / WEC

Это, в свою очередь, привело к появлению новых рынков, новых возможностей и даже новых отраслей. Нет никаких причин, по которым те же факторы и мотивы, которые привели к цифровой революции в коммуникациях и СМИ, не должны привести к аналогичной революции, в которой власть становится маленькой, мобильной, безопасной, чистой и доступной. Изменения в энергетике, промышленных системах и рынках вскоре могут отразить масштабы изменений, которые мы наблюдали в беспроводной связи и СМИ.

Эта технология скоро будет существовать как микрореактор или ядерная батарея. Исследователи из Массачусетского технологического института организовали совместную работу представителей промышленности, национальных лабораторий и ученых под названием Advanced Nuclear and Production Expert Group (ANPEG), чтобы разработать ядерную батарею, которая будет вписываться в этот современный рынок - заводское производство, доставка модульной упаковки, минимальный размер площадки. подготовка и стандартизованная совместимость с процессами, которые могут использовать тепло и / или электричество для производства товаров и услуг на месте непосредственно для местного потребления и торговли, без необходимости в топливных трубопроводах и крупных сетях.

Ядерная батарея - это обтекаемый объект размером с большой автомобиль, который поместился бы в стандартный двадцатифутовый (6-метровый) транспортный контейнер ISO. Подобно новым автомобилям, он сошёл бы с автоматизированной сборочной линии, одной из тысяч, которые были произведены серийно в промышленных масштабах.

«Подобно новым автомобилям, Ядерная батарея сошла бы с автоматизированной сборочной линии, одной из тысяч, которые были произведены серийно в промышленных масштабах», - говорит соучредитель ANPEG Норман Фостер. «Его типичная выходная мощность 10 МВт, подключенная к преобразовательному модулю аналогичного размера, может обеспечить электроэнергию 8 000 домов или группу небоскребов, центр обработки данных среднего размера или опреснительную установку на 150 000 человек. Остаточное тепло можно использовать на месте для отопления зданий или производства продуктов питания, а не выбрасывать. Передающая сеть будет наноразмерной и заглубленной - больше не будет опор и воздушных кабелей, которые выйдут из строя во время экстремальных погодных явлений ».

Такая гибкость на местном уровне является ключом к развивающемуся миру. Эти ядерные батареи могут быть доставлены в любое городское, сельское или даже морское место и почти сразу же введены в эксплуатацию для обеспечения электричеством, чистой водой и другими важными для общества услугами.

По словам Иэна Макдональда, также соучредителя ANPEG, «Ядерная батарея - это фундаментальный энергетический прорыв как по форме, так и по функциям, который меняет восприятие ядерной энергии населением и заинтересованными сторонами и отличает ее от всех других источников энергии по своим возможностям. для решения проблемы адаптации к изменению климата и уровня жизни в одной чистой системе ».

Это не новая концепция. Компания Westinghouse уже начала выпуск своей ядерной батареи WEC eVinci TM (см. Рисунок выше и видео ниже).С 1960-х годов наши военные перевозили на грузовиках небольшие ядерные реакторы (рисунок ниже). Они также находились под водой на подводных лодках и в космическом пространстве, питая спутники.

Полевой ядерный реактор ML-1 армии США, выгруженный с транспортного самолета (слева), и его макет, доставленный ... [+] в поле (справа) в 1961 году.

Род Адамс и армия США

Бывший корабль «Либерти», оснащенный ядерной батареей, в 1968-75 гг. Приводил в действие строительство Панамского канала (см. Рисунок).Совсем недавно, всего за три года, группа НАСА / Лос-Аламос, возглавляемая членом ANPEG Патриком МакКлюром, разработала Kilopower - наномасштабную доступную ядерную систему деления, которая могла бы обеспечить длительное пребывание на Луне, Марсе и других планетах. поверхности.

В следующий раз, когда вы пойдете в больницу на МРТ, помните, что это очень маленький ядерный объект.

Как и в наборе Lego, модуль ядерной энергии имеет внутри меньшие модули, и только один из них, модуль управления, доступен.Остальные герметизированы на заводе с уже интегрированным топливным сердечником, который не является оружейным, низкообогащенным (5%) ураном (см. Верхний рисунок).

По истечении 5–10 лет службы, когда топливо исчерпано, герметичный блок отправляется обратно на центральный объект для дозаправки и ремонта. Большую часть устройства можно использовать повторно. Таким образом, нет необходимости в обращении с высокоактивными радиоактивными отходами и их хранении на площадке пользователя. Срок установки или замены - дни, по сравнению с годами, необходимыми для мегастанции.

Важно отметить, что размер отходов идеально подходит для захоронения в скважине.

«Ядерная батарея

обладает характеристиками искробезопасности, которые обеспечивают безопасное отключение и предотвращают перегрев без вмешательства оператора», - говорит Якопо Буонджорно, профессор ядерной инженерии Массачусетского технологического института и еще один соучредитель ANPEG. Прочная конструкция и малый размер ядерной батареи значительно упрощают ее защиту и защиту. Любое умышленное повреждение требует замены только при ремонте поврежденного устройства.

По словам Роба Фреды и Иэна Макдональда, также соучредителей ANPEG, «Ядерная батарея является фундаментальным достижением в области энергетики как по форме, так и по функциям, изменяя восприятие ядерной энергии общественностью и заинтересованными сторонами и дифференцируя ее от всех других источников энергии в мире. его способность решать вопросы адаптации к изменению климата и уровня жизни в одной чистой системе ».

Такая схема развития гарантирует, что такие устройства станут самым безопасным, чистым, компактным и мощным источником энергии, который мы только можем иметь.По размеру физический след модуля представляет собой крошечное пятнышко по сравнению с размером солнечной фермы или ветряной электростанции с таким же рейтингом, и он не подвергается риску из-за капризов погоды (см. Рисунок ниже).

Ядерная батарея может работать 24 часа в сутки, 7 дней в неделю и намного компактнее других низкоуглеродных источников энергии ... [+]. Сравнение размеров контейнерной ядерной батареи (желтый прямоугольник) с мощностью ветра 10 МВт и солнечной энергии 10 МВт.

ANPEG

Недавнее исследование, проведенное Энергетической инициативой Массачусетского технологического института (MIT Energy Initiative), показало, что очень важно быстро расширять ядерную энергетику для решения проблем изменения климата и бедности.Поэтому тот факт, что мы можем производить эти модули быстро, является ключевым.

Ядерные батареи также могут сыграть важную роль в решении бедственного положения неформальных поселений и трущоб. В настоящее время более миллиарда человек не имеют доступа к электричеству для приготовления пищи, освещения и отопления, современным санитарным условиям, чистой воде или надлежащему жилью. Если не решить эту проблему, к 2050 году она может удвоиться.

Требуется около 3000 кВтч на человека в год, чтобы вывести человека из бедности. Мы производим 24 триллиона киловатт-часов в год, из которых более 16 триллионов приходится на ископаемое топливо.Таким образом, количество чистой энергии, которое нам нужно для искоренения глобальной бедности и смягчения последствий изменения климата, огромно - более 35 триллионов кВтч в год к 2040 году, когда население мира превысит 10 миллиардов.

Миллионы и миллионы людей живут в неформальных поселениях с низким доходом, известных как фавелы, которые ... [+] испытывают хроническое пренебрежение со стороны правительства. Показанная здесь Росинья - самая большая холмистая фавела в Бразилии. Компактные источники энергии, такие как ядерные батареи, изменят их жизнь.

Chensiyuan

Если ядерная энергия будет составлять только треть этого, нам понадобится эквивалент 100 000 таких ядерных батарей.Конечно, более крупные атомные станции порядка 1000 МВт все еще строятся в Китае, на Ближнем Востоке, в России и других местах, в прошлом году в строй были введены пять новых больших реакторов. И более 100 крупных атомных станций, действующих сегодня, все еще будут работать в 2040 году.

Кроме того, в этом десятилетии начнут строиться малые модульные ядерные реакторы различной конструкции, LWR, MSR или другие, и тысячи должны быть подключены к 2040 году. Гибкость SMR и ядерных батарей будет играть жизненно важную роль в развертывании энергии там, где это нужно больше всего.

Итак, у нас есть много возможностей использовать ядерную энергию для решения основных мировых проблем. Нам просто нужно это сделать.

3Q: Почему «ядерные батареи» предлагают новый подход к безуглеродной энергии | MIT News

«Возможно, мы находимся на пороге новой парадигмы ядерной энергетики», - недавно предложила группа ядерных специалистов в The Bridge , журнале Национальной инженерной академии . Подобно тому, как большие, дорогие и централизованные компьютеры уступили место широко распространенным сегодня ПК, появилось новое поколение относительно крошечных и недорогих заводских реакторов, предназначенных для автономной работы в режиме plug-and-play, аналогичной подключению слишком большой батареи. на горизонте, говорят они.

Эти предлагаемые системы могут обеспечивать теплом для промышленных процессов или электричеством военную базу или район, работать без присмотра в течение пяти-десяти лет, а затем доставляться на завод для дозаправки и ремонта. Авторы - Якопо Буонджорно, профессор ядерных наук и инженерии Массачусетского технологического института (TEPCO); Роберт Фрида, основатель GenH; Стивен Аумайер из Национальной лаборатории Айдахо; и Кевин Чилтон, командующий Стратегическим командованием США в отставке, окрестили эти малые электростанции «ядерными батареями».«Благодаря своей простоте в эксплуатации, они могут сыграть значительную роль в обезуглероживании мировых электроэнергетических систем, чтобы предотвратить катастрофическое изменение климата», - говорят исследователи. MIT News попросил профессора Буонджорно описать предложение своей группы.

Q: Идея небольших модульных ядерных реакторов обсуждалась в течение нескольких лет. Чем отличается это предложение по ядерным батареям?

A: Устройства, которые мы описываем, доводят эту концепцию заводского изготовления и модульности до крайности.В более ранних предложениях рассматривались реакторы мощностью от 100 до 300 мегаватт электрической мощности, что в 10 раз меньше, чем традиционные большие ядерные реакторы гигаваттного масштаба. Их можно собрать из компонентов заводского изготовления, но они все равно требуют некоторой сборки на месте и большой подготовительной работы на месте. Таким образом, это улучшение по сравнению с традиционными растениями, но не меняет правила игры.

Эта концепция ядерной батареи действительно отличается из-за физического масштаба и выходной мощности этих машин - около 10 мегаватт.Он настолько мал, что вся электростанция фактически построена на заводе и умещается в стандартном контейнере.

Это дает несколько преимуществ с экономической точки зрения. Развертывание этих ядерных батарей не влечет за собой управление большой строительной площадкой, которая была основным источником задержек с графиком и перерасхода средств для ядерных проектов за последние 20 лет.

Ядерная батарея развертывается быстро, скажем, за несколько недель, и становится своего рода службой энергии по запросу.Атомную энергетику можно рассматривать как продукт, а не как мегапроект.

Q: Вы говорите о потенциально широком распространении таких агрегатов, в том числе даже в жилых районах, чтобы обеспечивать энергией целые кварталы. Насколько уверены люди в безопасности этих растений?

A: Разрабатываемые конструкции ядерных батарей исключительно надежны; на самом деле это один из аргументов в пользу этой технологии. Небольшой физический размер помогает обеспечить безопасность различными способами.Во-первых, количество остаточного тепла, которое необходимо отвести при остановке реактора, невелико. Во-вторых, активная зона реактора имеет высокое отношение площади поверхности к объему, что также упрощает поддержание ядерного топлива в холодном состоянии при любых обстоятельствах без какого-либо внешнего вмешательства. Система, по сути, сама о себе позаботится.

В-третьих, реактор также имеет очень компактную и прочную стальную защитную конструкцию, окружающую его для защиты от выброса радиоактивности в биосферу. Для повышения безопасности мы предполагаем, что на большинстве площадок эти ядерные батареи будут располагаться ниже уровня земли, чтобы обеспечить дополнительный уровень защиты от атакующих сил.

Q: Как мы узнаем, что эти новые типы реакторов будут работать, и что должно произойти, чтобы такие блоки стали широко доступными?

A: НАСА и Лос-Аламосская национальная лаборатория продемонстрировали микрореактор для космического применения за три года (2015–2018 гг.) От начала проектирования до изготовления и испытаний. И это обошлось им в 20 миллионов долларов, используя имеющуюся инфраструктуру ядерных технологий Министерства энергетики. Эти затраты и график на несколько порядков меньше, чем для традиционных крупных атомных электростанций, которые легко обходятся в миллиарды и строятся от пяти до десяти лет.

В настоящее время полдюжины компаний разрабатывают собственные конструкции. Например, Westinghouse работает над ядерной батареей, в которой для охлаждения используется технология тепловых труб, и планирует запустить демонстрационную установку через три года. Это будет пилотная установка в одной из национальных лабораторий, например, в Национальной лаборатории Айдахо, в которой есть ряд объектов, которые модифицируются для размещения этих небольших реакторов и проведения на них интенсивных испытаний.

Например, реактор может подвергаться более экстремальным условиям, чем когда-либо встретиться при нормальной эксплуатации, и тем самым показать прямым испытанием, что пределы отказов не превышены.Это дает уверенность в следующем этапе широкомасштабной коммерческой установки.

Эти ядерные батареи идеально подходят для обеспечения устойчивости во всех секторах экономики, обеспечивая стабильный и надежный источник безуглеродной электроэнергии и тепла, который можно разместить там, где требуется его выработка, что снижает потребность в дорогостоящих и деликатных инфраструктура передачи и хранения энергии. Если они получат такое широкое распространение, как мы предполагаем, они могут внести значительный вклад в сокращение мировых выбросов парниковых газов.

«Ядерные батареи» предлагают новый подход к безуглеродной энергии

Дэвид Л. Чендлер, Массачусетский технологический институт 25 июня 2021 г.

На этом изображении в разрезе концепции ядерной батареи Массачусетского технологического института показаны важные компоненты, такие как контрольно-измерительный модуль, реактор и силовой модуль. Кредит: Предоставлено исследователями

Якопо Буонджорно и другие говорят, что заводские микрореакторы, доставленные грузовиками к местам эксплуатации, могут быть безопасным и эффективным вариантом обезуглероживания электрических систем.

«Возможно, мы находимся на пороге новой парадигмы ядерной энергетики», - недавно предложила группа ядерных специалистов в журнале «The Bridge » Национальной инженерной академии. Подобно тому, как большие, дорогие и централизованные компьютеры уступили место широко распространенным сегодня ПК, появилось новое поколение относительно крошечных и недорогих заводских реакторов, предназначенных для автономной работы в режиме plug-and-play, аналогичной подключению слишком большой батареи. на горизонте, говорят они.

Эти предлагаемые системы могут обеспечивать теплом для промышленных процессов или электричеством военную базу или район, работать без присмотра в течение пяти-десяти лет, а затем доставляться на завод для ремонта. Авторы - Якопо Буонджорно, профессор ядерных наук и инженерии Массачусетского технологического института (TEPCO); Роберт Фрида, основатель GenH; Стивен Аумайер из Национальной лаборатории Айдахо; и Кевин Чилтон, командующий Стратегическим командованием США в отставке, окрестили эти малые электростанции «ядерными батареями».«Благодаря своей простоте в эксплуатации, они могут сыграть значительную роль в обезуглероживании мировых электроэнергетических систем, чтобы предотвратить катастрофическое изменение климата», - говорят исследователи. MIT News попросил Буонджорно описать предложение своей группы.

Q: Идея небольших модульных ядерных реакторов обсуждалась в течение нескольких лет. Чем отличается это предложение по ядерным батареям?

A: Устройства, которые мы описываем, доводят эту концепцию заводского изготовления и модульности до крайности.В более ранних предложениях рассматривались реакторы мощностью от 100 до 300 мегаватт, что в 10 раз меньше, чем у традиционных больших зверей, больших ядерных реакторов гигаваттного масштаба. Их можно собрать из компонентов заводского изготовления, но они все равно требуют некоторой сборки на месте и большой подготовительной работы на месте. Таким образом, это улучшение по сравнению с традиционными растениями, но не значительное улучшение.

Эта концепция ядерной батареи действительно отличается из-за физического масштаба этих машин - около 10 мегаватт.Он настолько мал, что вся электростанция фактически построена на заводе и умещается в стандартном контейнере. Идея состоит в том, чтобы поместить в контейнер всю электростанцию, состоящую из микрореактора и турбины, преобразующей тепло в электричество.

Это дает несколько преимуществ с экономической точки зрения. Вы полностью отделяете свои проекты и свою технологию от строительной площадки, которая была источником всех возможных задержек графика и перерасхода средств для ядерных проектов за последние 20 лет.

Таким образом, он становится своего рода источником энергии по запросу. Если клиенту нужно тепло или электричество, он может получить их в течение нескольких месяцев или даже недель, и тогда все будет в режиме «подключи и работай». Эта машина прибывает на место, и всего через несколько дней вы начинаете получать энергию. Итак, это продукт, а не проект. Вот как я люблю это характеризовать.

Q: Вы говорите о потенциально широком распространении таких агрегатов, в том числе даже в жилых районах, для питания целых кварталов.Насколько уверены люди в безопасности этих растений?

A: Он исключительно надежен - это одно из преимуществ. Во-первых, тот факт, что он маленький, хорош по множеству причин. Во-первых, общее количество выделяемого тепла пропорционально мощности, а это мало. Но что еще более важно, у него высокое соотношение поверхности к объему, потому что, опять же, он маленький, что значительно упрощает охлаждение при любых обстоятельствах. Он пассивно охлаждается до такой степени, что никому не нужно ничего делать.Вам даже не нужно открывать вентиль или что-то в этом роде. Система сама о себе позаботится.

Он также имеет очень прочную защитную конструкцию, окружающую его для защиты от любого выброса радиации. Вместо традиционного большого бетонного купола есть стальные оболочки, которые в основном заключают в себе всю систему. Что касается безопасности, мы предполагаем, что на большинстве сайтов они будут расположены ниже уровня. Это обеспечивает некоторую защиту и физическую безопасность от внешних злоумышленников.

Что касается других вопросов безопасности, вы знаете, если вы думаете о знаменитых ядерных авариях, Три-Майл-Айленд, Чернобыле, Фукусиме, все три проблемы опосредованы конструкцией этих ядерных батарей. Поскольку они такие маленькие, получить такой результат в любой последовательности событий практически невозможно.

Q: Как мы узнаем, что эти новые типы реакторов будут работать, и что должно произойти, чтобы такие блоки стали широко доступными?

A: НАСА и Национальная лаборатория Лос-Аламоса выполнили аналогичный демонстрационный проект, который они назвали микрореактором, для космических приложений. От начала проектирования до изготовления и испытаний им потребовалось всего три года.И это им обошлось в 20 миллионов долларов. Она была на несколько порядков меньше, чем традиционные крупные атомные электростанции, стоимость которых легко превышала миллиард, а на строительство требовалось десятилетие или больше.

Есть также разные компании, которые сейчас разрабатывают свои собственные проекты, и каждая из них немного отличается. Westinghouse уже работает над версией таких ядерных батарей (хотя они не используют этот термин), и они планируют запустить демонстрационную установку через два года.

Следующим шагом будет строительство пилотной установки в одной из национальных лабораторий, которая имеет обширное оборудование для тестирования систем ядерных реакторов, например в Национальной лаборатории Айдахо.У них есть ряд объектов, которые модифицируются для размещения этих микрореакторов, и у них есть дополнительные уровни безопасности. Поскольку это демонстрационный проект, вы хотите убедиться, что если что-то произойдет, вы не предвидели, что у вас не будет выхода в окружающую среду.

Затем завод может пройти ускоренную программу испытаний, подвергнув ее более экстремальным условиям, чем когда-либо при нормальной эксплуатации. Вы, по сути, злоупотребляете им и прямым тестированием показываете, что он может выдерживать все эти внешние нагрузки или ситуации, не превышая каких-либо пределов отказов.И как только это будет доказано в жестких условиях, массовые коммерческие установки могут начаться довольно быстро.

Эти ядерные батареи идеально подходят для обеспечения устойчивости в самых разных секторах экономики, обеспечивая стабильный надежный источник энергии для поддержки растущей зависимости от периодически возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер. И эти высоко распределенные системы также могут помочь снизить нагрузку на энергосистему, размещаясь именно там, где требуется их выходная мощность.Это может обеспечить большую устойчивость к любым сбоям в сети и практически устранить проблему потерь при передаче. Если они получат такое широкое распространение, как мы предполагаем, они могут внести значительный вклад в сокращение мировых выбросов парниковых газов.

Ссылка: «Стратегия раскрытия потенциала ядерной энергии для новой и устойчивой глобальной энергетико-промышленной парадигмы» Якопо Бунджорно, Роберт Фреда, Стивен Аумайер и Кевин Чилтон, 14 июня 2021 г., The Bridge .
Ссылка

Являются ли радиоактивные алмазные батареи лекарством от ядерных отходов?

Летом 2018 года любительский дрон сбросил небольшой пакет возле губы Стромболи, вулкана у побережья Сицилии, который почти постоянно извергался на протяжении последнего столетия. Стромболи, один из самых активных вулканов на планете, вызывает восхищение геологов, но сбор данных возле вздымающегося жерла чреват опасностями. Поэтому группа исследователей из Бристольского университета построила робота-вулканолога и использовала дрон, чтобы доставить его на вершину вулкана, где он мог пассивно отслеживать каждое землетрясение и дрожание, пока он не был неизбежно разрушен извержением.Робот представлял собой сенсорную капсулу размером с мяч для софтбола, питаемую микродозами ядерной энергии от радиоактивной батареи размером с квадрат шоколада. Исследователи назвали свое творение яйцом дракона.

Яйца дракона могут помочь ученым изучать жестокие природные процессы с беспрецедентной детальностью, но для Тома Скотта, ученого-материаловеда из Бристоля, вулканы были только началом. В течение последних нескольких лет Скотт и небольшая группа сотрудников разрабатывали усовершенствованную версию ядерной батареи драконьего яйца, которая может работать тысячи лет без зарядки или замены.В отличие от батарей в большинстве современных электронных устройств, которые вырабатывают электричество в результате химических реакций, батарея Bristol собирает частицы, выброшенные радиоактивными алмазами, которые могут быть получены из преобразованных ядерных отходов.

Ранее в этом месяце Скотт и его сотрудник, химик из Бристоля по имени Нил Фокс, создали компанию под названием Arkenlight для коммерциализации своей ядерно-алмазной батареи. Хотя батарея размером с ноготь все еще находится на стадии прототипа, она уже демонстрирует повышение эффективности и удельной мощности по сравнению с существующими ядерными батареями.После того, как Скотт и команда Arkenlight доработают свой дизайн, они создадут пилотную установку для их массового производства. Компания планирует выпустить на рынок свои первые коммерческие ядерные батареи к 2024 году - только не ожидайте, что найдете их в своем ноутбуке.

Обычные химические или «гальванические» батареи, такие как литий-ионные элементы в смартфоне или щелочные батареи в пульте дистанционного управления, отлично подходят для выработки большого количества энергии за короткое время. Литий-ионный аккумулятор может проработать без подзарядки всего несколько часов, а через несколько лет он потеряет значительную часть своей зарядной емкости. Ядерные батареи или бета-гальванические элементы, для сравнения, производят крошечные количества энергии в течение длительного времени. Они не вырабатывают достаточно энергии для питания смартфона, но в зависимости от ядерного материала, который они используют, они могут обеспечить стабильную подачу электричества для небольших устройств на протяжении тысячелетий.

«Можно ли приводить в действие электромобиль? Ответ - нет », - говорит Морган Бордман, генеральный директор Arkenlight. По его словам, для того, чтобы привести в действие что-то, что требует много энергии, «масса аккумулятора будет значительно больше, чем масса автомобиля.«Вместо этого компания изучает приложения, в которых невозможно или нецелесообразно регулярно менять батарею, например датчики в удаленных или опасных местах, в хранилищах ядерных отходов или на спутниках. Бордман также видит приложения, которые ближе к дому, например использование ядерных батарей компании для кардиостимуляторов или носимых устройств. Он предвидит будущее, в котором люди будут хранить свои батареи и менять устройства, а не наоборот. «Вы должны будете заменить пожарную сигнализацию задолго до замены батареи», - говорит Бордман.

Неудивительно, что, возможно, многим людям не нравится идея иметь что-то радиоактивное где-нибудь рядом. Но риск для здоровья от бетавольтаики сравним с риском для здоровья знаков выхода, которые используют радиоактивный материал, называемый тритием, для достижения своего характерного красного свечения. В отличие от гамма-лучей или других более опасных типов излучения, бета-частицы могут быть остановлены на своем пути с помощью всего нескольких миллиметров защиты. «Обычно достаточно одной стенки батареи, чтобы остановить любые выбросы», - говорит Лэнс Хаббард, ученый-материаловед из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, не связанный с Arkenlight.«Внутри они вообще не радиоактивны, и это делает их очень безопасными для людей». И, добавляет он, когда у ядерной батареи заканчивается заряд, она распадается до стабильного состояния, что означает отсутствие оставшихся ядерных отходов.

Радиоактивная алмазная батарея прослужит 28000 лет: NDB Facts

  • Стартап NDB производит батарею на 28 000 лет.
  • Батарея работает на ядерных отходах, а энергия извлекается алмазами.
  • Батарея дорогая и суетливая, но она может питать устройства в течение (многих) лет.

    Через два года, по словам одного стартапа, вы сможете купить его алмазную батарею с атомным приводом. Еще круче: батареи хватит на 28 000 лет.

    Вы думаете, что наука - это круто. И мы тоже. Давайте вместе поработаем над этим.

    Мы знаем - это звучит дико. Потенциальный фактор, который изменит правила игры, исходит от американского стартапа NDB, который означает Nano Diamond Battery, «мощную альфа-, бета- и нейтронную гальваническую батарею на основе алмаза», которую, по словам ученых-основателей, может дать устройствам «пожизненно и экологично». энергия.

    Может ли смелое заявление NDB стать реальностью?

    Для создания своей наноалмазной батареи NDB комбинирует радиоактивные изотопы ядерных отходов со слоями покрытых панелями наноалмазов. Начнем с того, что алмазы - редкость, но их чрезвычайно хорошая теплопроводность делает их еще более необычными в области изготовления устройств. Микроразмерные монокристаллические алмазы так быстро отводят тепло от радиоактивных изотопов, что в результате транзакции генерируется электричество.

    Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

    Ученые представили первую известную концепцию алмазной ядерно-гальванической батареи (DNV) с использованием отработанного графита из ядерного реактора с графитовым охлаждением. Радиоактивно загрязненный графит может прослужить тысячи лет, а теплопроводящие алмазы все время отводят эту энергию в электричество вместе с ней.Концепция NDB такая же, но со слоями и слоями алмазных панелей и панелей с радиоактивными отходами, чтобы уравнять более высокое общее количество энергии.

    NDB

    Вы, наверное, задаетесь вопросом, в чем подвох. В алмазной батарее используются ядерные отходы, срок ее службы составляет тысячи лет, и в ней используются слои только мельчайших алмазов? Все это звучит фантастически. Но правда сложнее. Каждый элемент батареи будет производить лишь незначительное количество энергии, поэтому элементы должны быть объединены в огромном количестве, чтобы обеспечивать питание обычных и более крупных устройств.

    Есть еще несколько простых вопросов по логистике. Как батарея, сделанная из радиоактивных отходов, может быть безопасной для использования человеком? Есть причина, по которой так сложно и дорого «утилизировать» ядерные отходы. Производство наноалмазов также обходится дорого, потому что, ну, алмазы просто дороги. Это до того, как будет производиться какое-либо производство.

    NDB отвечает на эти вопросы на своем корпоративном сайте:

    «Пакеты DNV вместе с источником покрыты слоем поликристаллического алмаза, который, как известно, является наиболее теплопроводным материалом, также может содержать излучение внутри устройства и является самым твердым материалом, [12] раз более жестким, чем нержавеющая сталь. Это делает наш продукт чрезвычайно прочным и защищенным от взлома ».

    Сегодня и будущее усеяны приложениями для небольших, почти неразрушимых аккумуляторных элементов. Вы можете владеть одними часами с одной батареей и передавать их из поколения в поколение без изменений. Даже ядерные микрореакторы, рассчитанные на десятилетия без какого-либо обслуживания, превращаются в аккумуляторные элементы.

    Алмазные батареи также могут питать некоторые виды космических аппаратов, например, спутники. Заявления, рассчитанные на 28000 лет, основаны на таких маломощных космических приложениях, как это, где, скажем, космический зонд типа "Вояджер" может работать на небольшом количестве энергии в течение чрезвычайно долгого времени.

    И если объединить достаточное количество этих аккумуляторных элементов, они все равно могут питать обычные устройства, поддерживая горение наших маленьких светодиодных дисплеев, например, обеспечивая тягу для человеческих космических кораблей или электромобилей.

    После работы над батареей с 2012 года, NDB заявляет, что наконец-то появится рабочий продукт в 2023 году. Мир будет ждать.


    Gear We Love: лучшие аккумуляторы

    🎥

    Сейчас Смотрите это:
    Кэролайн Делберт Кэролайн Делберт - писатель, редактор книг, исследователь и заядлый читатель.

    Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

    Nuclear Battery Kit (принесите свой собственный тритий) - SPX-14773

    После того, как мы увидели в сети очень крутых людей, которые делают свои собственные самодельные ядерные батареи, мы поняли, что должны попробовать!

    Рассматриваемое устройство на самом деле известно как «Радиоизотопный фотоэлектрический генератор» или «Фотобетавольтаический генератор», и это довольно умная конструкция: светящиеся стеклянные таблетки, наполненные газом тритием и покрытые фосфоресцирующим материалом, зажаты между двумя фотоэлементами. Бета-излучение, испускаемое тритием, блокируется стеклянными стенками таблетки, но они заставляют фосфоресцирующее покрытие светиться. Этот свет без проблем проходит через стекло и попадает на фотоэлектрические элементы, где производит небольшое количество электричества! Коммерческие тритиевые батареи, такие как произведенные City Labs, исключают посредников за счет использования бета-гальванических (в отличие от фотоэлектрических) элементов, находящихся в прямом контакте с газообразным тритием. Эти коммерческие устройства более надежны и эффективны, но имеют очень высокую цену (тысячи долларов за единицу).С другой стороны, самодельные устройства, изготовленные методом сэндвича с упаковочной лентой, настолько дешевы, насколько это возможно, но не особенно прочны.

    Этот комплект обеспечивает хороший компромисс между ценой и качеством конструкции. Мы разработали несущие платы для обоих фотоэлементов, которые мы поставляем предварительно припаянными и прикрепленными к платам с помощью чипа. Мы также разработали и отлили специальные втулки из силиконовой резины, которые обеспечивают амортизацию флаконов с тритием между двумя фотоэлементами, предотвращая образование царапин или сколов и, что наиболее важно, разрушение флаконов.Несущие платы также позволяют вам выбирать, подключены ли фотоэлементы последовательно или параллельно, и обеспечивают совместимое с макетом расстояние между выводами для клемм аккумулятора.

    Так сколько энергии он производит? Немного. Лучшее измерение, которое мы смогли сделать, предполагает, что точка максимальной мощности этой схемы составляет 25 нВт, если вы можете построить схему, которая нагружает ее должным образом (между 20 и 30 нА при напряжении около 0,6 В). Дальнейшие эксперименты показывают, что через некоторое время батарея зарядит конденсатор до напряжения 1.5 вольт. Использование этой батареи для выполнения любой работы, вероятно, потребует умной схемы сбора энергии, но имейте в виду, что это крошечное количество энергии будет продолжать поступать в течение примерно 20 лет, а период полураспада трития составляет 12 лет. Также стоит отметить, что эти измерения были проведены с использованием тритиевых трубок зеленого цвета с aliexpress, ваш пробег может варьироваться в зависимости от цвета и качества ваших тритиевых светящихся трубок. Не стесняйтесь экспериментировать!

    Поскольку силиконовая прокладка, поставляемая с этим комплектом, не является полностью непрозрачной, вам нужно будет проводить любые измерения в светонепроницаемом корпусе (мы сделали небольшую коробку из ленты из медной фольги), иначе вы получите завышенные показания от яркого окружающего света. фотоэлектрические.Вы также можете заполнить зазоры вокруг прокладки непрозрачной эпоксидной смолой. На практике, однако, может быть полезно получить любую «бонусную энергию», которую вы можете, и полагаться только на флаконы с тритием, когда больше ничего нет.

    Этот комплект является B.Y.O.T (принесите свой собственный тритий)
    Из-за довольно предсказуемых ограничений на транспортировку и транспортировку мы, к сожалению, не можем предоставить вам тритиевые светящиеся пузырьки, которые вам понадобятся для создания работающей батареи. Мы _can_, однако, направить вас в правильном направлении, чтобы приобрести флаконы самостоятельно.Для этого набора требуется 10 шт [флаконов Tritium Glow 2x12 мм] (https://www.mixglo.com/store/p4/T2b_2x12mm_Vials.html), что - на момент выпуска этого продукта - должно вернуть вас между 90 и 150 долларов США. Вы можете найти их по ссылке выше, а также на таких сайтах, как [banggood.com] (https://www.banggood.com/1PCS-2x12mm-Multicolor-Tritium-Vials-Self-Luminous-15Years-EDC-Gadget- p-1163696.html? rmmds = buy & cur_warehouse = CN) под названием «Tritium Vial» или «Betalight».

    Экспериментальный продукт : Продукты SparkX производятся быстро, чтобы предоставить вам самые передовые технологии по мере их появления.Эти продукты протестированы, но не имеют никаких гарантий. Техническая поддержка в реальном времени недоступна для продуктов SparkX. Посетите наш форум, чтобы получить поддержку или задать вопрос.

    алмазных батарей | Институт окружающей среды Кэбота

    Разработана новая технология, в которой ядерные отходы используются для выработки электроэнергии в батареях с ядерной энергетикой.

    Задача

    Короткий срок службы обычных батарей означает, что они либо не могут использоваться, либо имеют существенные недостатки в ситуациях, когда их невозможно зарядить или заменить.Например, кардиостимуляторы, спутники, высотные беспилотные летательные аппараты или даже космические корабли - это маломощные электрические устройства, для которых требуется длительный срок службы источника энергии.

    Что мы делаем

    Группа физиков и химиков из Бристольского университета вырастила искусственный алмаз, который при помещении в радиоактивное поле способен генерировать небольшой электрический ток.

    Этот инновационный метод получения радиоактивной энергии был представлен на аншлаговой ежегодной лекции Института Кэбота «Идеи для изменения мира» в пятницу, 25 ноября 2017 года.

    В отличие от большинства технологий производства электроэнергии, в которых энергия используется для перемещения магнита через катушку с проволокой для генерации тока, искусственный алмаз способен производить заряд, просто помещаясь в непосредственной близости от радиоактивного источника.

    Том Скотт, профессор материаловедения Университета Центра анализа интерфейсов и член Института Кэбота, сказал: «Здесь нет движущихся частей, не образуются выбросы и не требуется техническое обслуживание, только прямое производство электроэнергии.Заключая радиоактивный материал в алмазы, мы превращаем долгосрочную проблему ядерных отходов в ядерную батарею и долгосрочное снабжение чистой энергией ».

    Команда продемонстрировала прототип «алмазной батареи», использующей никель-63 в качестве источника излучения. Однако сейчас они работают над значительным повышением эффективности за счет использования углерода-14, радиоактивной версии углерода, который генерируется в графитовых блоках, используемых для замедления реакции на атомных электростанциях.Исследования ученых из Бристоля показали, что радиоактивный углерод-14 концентрируется на поверхности этих блоков, что позволяет обрабатывать его для удаления большей части радиоактивного материала. Затем извлеченный углерод-14 превращается в алмаз для производства батареи с ядерным двигателем.

    Как это помогает

    В настоящее время в Великобритании хранится почти 95 000 тонн графитовых блоков, и за счет извлечения из них углерода-14 их радиоактивность снижается, что снижает стоимость и проблемы безопасного хранения этих ядерных отходов.

    Доктор Нил Фокс из Химической школы объяснил: «Углерод-14 был выбран в качестве исходного материала, потому что он испускает короткодействующее излучение, которое быстро поглощается любым твердым материалом. Это сделало бы опасным глотание или прикосновение к вашей обнаженной коже, но безопасно, удерживая его внутри алмаза, никакое излучение ближнего действия не может выйти. Фактически, алмаз - самое твердое вещество, известное человеку, и мы буквально не можем использовать ничего, что могло бы обеспечить лучшую защиту ».

    Несмотря на низкое энергопотребление по сравнению с современными технологиями производства аккумуляторов, срок службы этих алмазных аккумуляторов может произвести революцию в энергоснабжении устройств в течение длительного времени.Фактическое количество углерода-14 в каждой батарее еще не определено, но одна батарея, содержащая 1 г углерода-14, будет обеспечивать 15 Джоулей в день. Это меньше, чем батарея AA. Стандартные щелочные батареи AA рассчитаны на кратковременный разряд: одна батарея весом около 20 г имеет показатель накопления энергии 700 Дж / г. При непрерывной эксплуатации он закончится через 24 часа. Используя углерод-14, батарее потребуется 5730 лет, чтобы достичь 50-процентной мощности, что примерно столько же, сколько существует человеческая цивилизация.

    Разработка может решить некоторые проблемы ядерных отходов, производства чистой электроэнергии и срока службы батарей.

    «Существует так много возможных применений, что мы просим общественность выдвинуть предложения о том, как они будут использовать эту технологию с помощью #diamondbattery».

    .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *