Аккумулятор ядерный – Ядерные аккумуляторы смогут тысячи лет работать без подзарядки — Альтернативный взгляд Salik.biz

Какой аккумулятор лучше? Ядерная батарея или ядерный аккумулятор

Какой аккумулятор лучше? Ядерная батарея или ядерные аккумуляторы— отвечают американские специалисты. Ядерные аккумуляторы (ядерные батареи) вскоре могут быть установлены в мобильник, в кардиостимулятор, на автомобиль, космический аппарат.

Мы в статье рассмотрим эти типы батарей, а также характеристики всех остальных применяемых аккумуляторов во второй части материала.

Казалось бы, аккумуляторы все лучше, но даже на смену им спешат и вот вот придут топливные элементы с очень большими сроками службы. Что касется автомобиля, то, возможно, получение биотоплива из метанола даст аккумулятор с пробегом до 800 км на электромобиле. Но ученые, которые изобрели ядерную батарею (ядерный аккумулятор), говорят, что скоро их установят на полярных станциях, в поселках в глухой тайге и даже заменят ими … АЭС. Да, да, он может примирить враждующие правительства и движения «зеленых» одним махом. Ядерный аккумулятор (ядерная батарея) добывает электричество, используя распад радиоактивных элементов, но без цепной реакции, притом весьма и весьма безопасно.

Ядерный аккумулятор

Прежде чем разобраться в этом непривычном и странном на первый взгляд явлении, полезно почитать Википедию.

Атомные батареи, ядерные батареи, тритиевые батареи и радиоизотопные генераторы используются для описания устройств, которые используют излучения из радиоактивных изотопов для генерации электричества.

По сравнению с другими аккумуляторами они очень дорогие, но имеют чрезвычайно длительный срок службы и высокую плотность энергии, и поэтому они в основном используются в качестве источников питания для оборудования, которое должно работать без присмотра на длительное время.

Методы преобразования энергии могут быть подразделены на два типа: тепловые и не тепловые. Тепловые преобразователи (чья мощность есть функция разности температур) включают термоэлектрические и термоэмиссионный генераторы.

В одном из типов, прототип генератора для ядерной батареи состоит из конденсатора, который заряжается с помощью потока заряженных частиц от радиоактивного слоя в одном из электродов. Пространство между электродами может быть либо из вакуума или диэлектрика. При этом могут быть использованы отрицательно заряженные бета-частицы или положительно заряженные альфа –частицы или осколки деления с выработкой очень высокого напряжения. Этот электрический генератор восходит к 1913 году, в ней система генератор/трансформатор вначале используется для уменьшения напряжения, затем выпрямители используются для преобразования переменного тока обратно в постоянный ток.

Betavoltaics — генераторы электрического тока в форме батареи, которые используют энергию от радиоактивного источника, излучающего бета-частицы (электроны). Общий источник такого прототипа ядерного генератора, использует изотопы водорода, трития. В отличие от большинства ядерных источников энергии, где выполняется использование ядерной радиации для получения тепловой энергии, которая затем генерирует электричество (термоэлектрические и термоэмиссионные источники), betavoltaics использует не-термический процесса преобразования, с помощью полупроводникового p-n перехода.

Betavoltaics особенно хорошо подходит для маломощных электрических вариантов генерации электричества, где необходима длительная работа источника энергии, как например, имплантируемых медицинских устройств или устройств военного и космического назначения (Википедия).

Разработанная Лос-Аламосской Национальной Лабораторией (spin-off Hyperion Power Generation Inc.), ядерная батарея (ядерный аккумулятор) — размером с холодильник, по сравнению с 50 метровым-высоким традиционным ядерным реактором. Она производит 25 мегаватт электроэнергии,— что достаточно для питания в небольших городах с менее чем 20 000 домами, а также военных баз, операций по добыче ископаемых, опреснительных установок и даже коммерческих судов, в том числе и круизных лайнеров.Таким образом в ряде отраслей и сфер применения в коммерческих и бытовых целях, несомненно, ядерный аккумулятор является лучшим решением.

Правда, некоторые экологические группы, опасаются, что ядерные батареи будут лишь способствовать распространению ядерного оружия, увеличению ядерных отходов и быть уязвимыми для терроризма.

В то же время потенциал роста малых ядерных бомб заключается в сокращении не только парниковых газов, но и расходов на производство энергии. Малые реакторы, как те, что построенные кампанией Hyperion продаются в готовом виде, под ключ, которые, вероятно, сохранят уменьшение расходов на строительство объектов энергетики. По оценкам Hyperion, строительство такого реактора обойдется всего лишь в $100 млн. и потребует 25 работников, по сравнению с $4 млрд. до $6 млрд. в капитал, необходимый для построения традиционных атомных реакторов и около 300 людей, необходимых для обслуживания одного из них. Ядерные реакторы (ядерные батареи) малой мощности являются альтернативой традиционным источникам энергии особенно в развивающихся странах, потому что они позволяют строить микросети.

Многие бедные страны не имеют надежных электрических сетей, необходимых для распределения мощных выходов энергии из крупной атомной электростанции. Согласно заключенной сделке 130 единиц ядерных аккумуляторов рассчитывают продать в ближайшем будущем, а также сто за пределами США—, как в Кению, Камбоджу и Саудовскую Аравию. Эта компания год назад пока еще не получила разрешения на строительство реакторов, но есть уверенность, что сочетание политической поддержки и экономических выгод позволит осуществить первые проекты в течение ближайших нескольких лет.

Всего же в США в ближайшие годы собираются построить и продать около 4000 разнообразных ядерных аккумуляторов (ядерных реакторов).

Ведь ядерная энергетика выросла на 750% по отношению к 1970-х году и на 140% к 1980 годах, но после громких аварий на Three Mile Island в штате Пенсильвания в 1979 году и Чернобыле в 1986 году, она увеличилась лишь на 8% в 1990-х годах. По-прежнему, государственные должностные лица, корпоративные лица и многие зеленые активисты признают, что атомная энергия может играть важную роль в борьбе с глобальным потеплением. Сегодня атомные электростанции, работающие в более чем 30 странах производят 15% электроэнергии в мире. Если бы эта энергия пришла от сжигания ископаемых видов топлива, результатом этого было бы более чем 2 млрд. тонн выбросов углекислого газа ежегодно, или около 20% всех выбросов от энергетики.

В свою очередь Jae Kwon, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники, который работает на строительстве малой атомной батареи, признает, что люди ошибаются, когда они слышат термин «ядерная батарейка» и думают о чем-то опасном. Хотя ядерные батареи генерируют электричество из атомной энергии, как ядерные реакторы, они не используют цепную реакцию. Аккумулятор, разработанный Jae Kwon и его исследовательской группой в настоящее время размером и толщиной с копейку, и предназначен для питания различных микро-и наноэлектромеханических систем (M/NEMS).

«Важным моментом в использовании радиоактивных батарей является то, что, когда вы извлекаете энергию, часть энергии излучения может привести к повреждению структуры решетки твердого тела полупроводников,» –сказал он. «При использовании жидких полупроводников, мы считаем, что мы можем минимизировать эту проблему».

Jae Kwon сотрудничает с профессором химии и заместителем директора Исследовательского Центра Реакторов и они рассчитывают в будущем увеличить ассортимент и мощности батарей питания, уменьшить их размер и попробовать различные другие материалы для их изготовления. Кстати Jae Kwon заявил, что батарея может быть тоньше, чем толщина человеческого волоса.

Дополнено. Прошло два года года после публикации. Насчет создания портативных ядерных батарей привлекает широко разлекламированная новость. В университете Миссури создана пальчиковая ядерная батарейка, которая внешне ничем не отличается от обычной, кроме наличия на нем знака радиации. В основном изобретение состоит из платины с покрытием электрода диоксидом титана, воды и кусочка радиоактивного стронция-90. Стронций-90 (Sr-90) радиоактивно распадается с периодом полураспада 28,79 лет, производя электроны (бета-излучение), анти-нейтрино, и изотопы иттрия-90. Y-90 сам по себе имеет период полураспада всего 64 часов, распадается на большое количество электронов, анти-нейтрино и циркония (который стабилен). Лучшей характеристикой стронция в качестве топлива называют то, что он не создает почти гамма-излучение, а это довольно безопасно и легко в обращении. Ядерные маленькие батарейки на других радиоактивных элементах хорошо защищены свинцом, однако существует опасность механического повреждения батареи, поэтому стронций наиболее подходящее и лучшее топливо в этом плане.

И еще одна новость (2015 год). Те же американцы столкнулись с огромной проблемой подзарядки аккумуляторов в полевых условиях для телефонов, включая мобильные, а также средств связи в Афганистане. Зарядка осуществлялась за счет громоздких дизельных электростанций, а если и это невозможно, то носили с собой множество секций батарей. И вот Пентагон принял решение, что в 21 веке главным источником электропритания средств связи станут атомные (ядерные) батареи. единственная и главная здесь проблема- утилизация.

Все типы лучших и обычных аккумуляторов

Почти все, о чем здесь написано в отношении аккумуляторов – это ближайшая перспектива. А нас интересует, какие аккумуляторы, прежде всего, лучшие для мобильных телефонов.

Обо всех типах применяемых в настоящее время аккумуляторов (2014-2015 годы) можно получить из дальнейших материалов этой статье. Там же видно, какие аккумуляторы лучше, и в чем.

Современные анонсы производителей новых аккумуляторов, заявляют об очень высоких плотностях энергии, и о возможностях выполнения 1000 циклов зарядки / разрядки цикла при их толщине с лист бумаги. Являются ли это реальным? Возможно, — но не в одной и той же батарее. В то время как один тип аккумуляторов может быть предназначен для их малого размера и длительной работы, другой может быть создан для долгой жизни, но его размер будет большой и громоздкий. Третий тип аккумулятора может обеспечить все желаемые атрибуты, но цена будет слишком высокой для коммерческого использования.

В индустрии мобильных телефонов упор делается на малый размер, высокую плотность энергии и низкую цену.

Эксперты пишут, что надпись на аккумуляторной батарее NiMH не гарантирует автоматически высокую плотность энергии. Эти призматические никель – металло — гидридные батареи для мобильных телефонов включают в себя тонкую геометрию корпуса. Такой пакет обеспечивает плотность энергии примерно 60 Вт-ч / кг и число циклов зарядки /разрядки равное 300. Для сравнения, цилиндрические NiMH аккумуляторы предлагают плотности энергии 80 Вт-ч / кг и выше. Тем не менее, число циклов этого аккумулятора является умеренным до низкого. Высокая прочность никель — металлогидридных аккумуляторов, которые выдерживают 1000 циклов разряда, однако включает в себя скромную плотность энергии 70 Вт-ч / кг и громоздкость.

Хороший компромисс, пишут эксперты, это аккумуляторы на основе лития. Литий-ионные аккумуляторы производят для для оборонной промышленности, которые превышают плотность энергии в коммерческого эквиваленте. К сожалению, эти супер-высокой емкости литий-ионные аккумуляторы считаются не безопасными и высокая цена ставит их вне досягаемости на коммерческом рынке.

Преимущества и недостатки коммерческих аккумуляторов (батарей) тщательно рассматривают не только с точки зрения плотности энергии, но также долговечности, нагрузочных характеристик, требований к техническому обслуживанию, саморазряда и эксплуатационных расходов.

Никель-кадмиевые (NiCd) –обладают относительно низкой плотностью энергии. NiCd батареи используется там, где важны долгая жизнь, высокая скорость разряда и экономичная цена. Основные области их применения: радиостанции, биомедицинское оборудование, профессиональные видеокамеры и электроинструменты. NiCd содержит ядовитые металлы и экологически не дружелюбны.

Отмеченные выше, никель-металл-гидридные (NiMH) — имеет более высокую плотность энергии по сравнению с никель-кадмиевыми батареями за счет их сниженного жизненного цикла. Батареи на основе NiMH не содержит токсичных металлов. Их используют в мобильных телефонах и портативных компьютерах.

Свинцово-кислотные аккумуляторы — самый экономичные для устройств, где нужны мощные токи разряда, и их вес волнует мало. Свинцово-кислотные аккумуляторы являются предпочтительными для питания медицинского оборудования, инвалидных колясок, аварийного освещения и систем бесперебойного питания.

Какой сегмент аккумуляторов самый быстрорастущий? Это литий-ионные (Li-Ion) -аакумуляторы. Они используются там, где нужна высокая плотность энергии и чрезвычайно малый вес батареи. Однако устройства чрезвычайно хрупкие и для обеспечения их безопасности нужна система защиты. Разумеется,что сферой применения литий- ионных аккумуляторов являются ноутбуки сотовые (мобильные) телефоны.

Подвидом этого класса источников питания являются литий – ионные полимерные аккумуляторы.

(Li-ионный полимерные) с их тонкой геометрией и упрощенным исполнением корпуса. Основные области применения включают установку их в мобильные телефоны.

Некоторые сравнительные характеристики аккумуляторов приведены в таблице выше.

Если материал оказался Вам полезен и интересен, то прочите и другие полезные и интересные статьи ниже;
На аккумуляторе из метанола электромобиль пройдет 800 км
Как зарядить батарейку и будет ли заряжаемая батарейка работать
Изобретена зарядка аккумуляторов из супер- конденсаторов за считанные секунды,
а также сообщите о них другим, кликнув на кнопки социальных сетей (Twitter, Facebook и др.) ниже.
Вам также может пригодиться подписка на новые материалы сайта (через оранжевую кнопку вверху или внизу боковой колонки).

Добавьте статью в закладки, чтобы вновь вернуться к ней, нажав кнопки Ctrl+D .Подписку на уведомления о публикации новых статей можно осуществить через форму «Подписаться на этот сайт» в боковой колонке страницы. Если что непонятно, то, читайте здесь.

Внимание! АВТОРСТВО ВСЕХ СТАТЕЙ ЗАЩИЩЕНО. Копирование и публикация на других сайтах статьи или ее фрагментов без согласия автора или без активной гиперссылки ЗАПРЕЩЕНЫ

.

deepcool-ma.com

Атомная батарейка (ядерная батарейка) — серийный образец.


Эта заметка про.. атомные батарейки, которые не требуют зарядки на протяжении 20 лет. Это стало возможным благодаря чудесам ядерного распада, ведь в качестве активного вещества в такой ядерной батарейке используется тритий. Если точнее, — радиоактивный изотоп трития с периодом полураспада в 12,3 года. При этом излучение, вызванное распадом трития, считается безопасным, и не в состоянии навредить даже верхнему слою кожи. В целом использование таких источников питания на данный момент довольно специфичное — труднодоступные потребители, возможно работающие в экстремальных условиях (батарейки выдерживают температуры от -50 до +150 градусов по Цельсию, широкий диапазон давлений и вибраций) и потребляющие незначительную мощность.
Выдержка из пресс-релиза производителя:

NanoTritium ™ betavoltaic может служить источником питания непрерывного питания в течение двадцати лет или более для различных платформ в микроэлектронике. Области применения: датчики давления/температуры, медицинские имплантанты, капельная зарядкя литиевых батарей, полу-пассивные и активные системы идентификации (Radio Frequency Identification), часы, SRAM-память, питание маломощных процессоров (например, ASIC, FPGA, т.д.).
NanoTritium ™ betavoltaic доступна в нескольких конфигурациях напряжения/тока.


Один такой аккумулятор способен выдавать от 0.8 до 2.4 В и от 50 до 300 нА в течении 20 лет. Технические показатели конечно не ахти, но производитель обещает в следующем поколении батареек поднять мощность до десятков микроватт. Кроме того, батарейки следующего поколения будут выдерживать всплески мощности до милливат в течении нескольких минут, что будет обеспечиваться подключением резервных тонкопленочных батарей. Стоимость аккумулятора на сегодняшний день составляет 1122$

alternativenergy.ru

Мощность ядерной батарейки увеличена на порядок

Учёные из МФТИ, ТИСНУМ и МИСиС оптимизировали толщину слоёв «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, запасённой в обычных химических элементах. Статья опубликована в журнале Diamond and Related Materials.

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 потечёт ток. Химические батарейки, которые также называют гальваническими элементами, обладают высокой удельной мощностью, то есть отношением мощности создаваемого тока к объёму батарейки, но сравнительно быстро разряжаются, и это заметно ограничивает их автономную работу. Конечно, при определённой 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 (Henry Moseley) представил первый радиоизотопный источник электрической энергии, представлявший собой посеребрённую 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 (Paul Rappaport) 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-вольтаическими. 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-вольтаических генераторов сильно уступает химическим батареям. Тем не менее, радиоактивные генераторы всё-таки использовали в 70-х годах для питания кардиостимуляторов, однако впоследствии их вытеснили литий-ионные аккумуляторы, дешевизна изготовления которых перевесила долговечность бета-вольтаических элементов.

Заметим, что бета-вольтаические батарейки не следует путать с радиоизотопными термоэлектрическими генераторами (сокращённо 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 учёных 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 выше). 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 объём. 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.

Фото. Ядерная батарейка, образец. Предоставлено ТИСНУМ.

Сначала расчёты

Перед учёными стояла цель: создать батарею на никеле-63 с максимальной удельной мощностью, то есть без лишнего объёма. 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 её 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 ТИСНУМ и МФТИ разработали 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 компаундом для герметичности.

Батарея обладает характерной вольт-амперной характеристикой (рисунок ниже). 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 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 подключённой к батарее нагрузки.

В 2016 году учёные уже сообщали о разработке прототипа ядерной батарейки на основе никеля-63. В июне 2017 года работающий образец ядерной батарейки мощностью 1 микроватт с полезным объёмом 1,5 кубических сантиметра был показан 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. Такое производство планируется создать к середине 2020-х годов.

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 серьёзных изменений его конструкции и объёма. «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 счёт большой ширины запрещённой зоны может функционировать в широком диапазоне температур, что делает его идеальным материалом для создания ядерных батарей космических аппаратов.

Учёные 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 приведёт 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 ТИСНУМ и заведующий кафедрой «Физика и химия наноструктур» МФТИ, прокомментировал:

«Мы уже достигли выдающегося результата, который может быть применён 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».

22century.ru

Ядерный аккумулятор | Stationeers вики

Заряд:

2.304 МДж (640 Вт·ч)

Код:

ItemBatteryCellNuclear

Перезаряжаемый источник питания, ёмкостью 2’304’000 Дж (640 Вт·ч). Используется в электроинструментах (бур, дрель, болгарка), планшете, маячке, оружии, переносных машинах, источнике бесперебойного питания.

В верхней части аккумулятора находится индикатор, показывающий текущее состояние аккумулятора.

В игре также есть обычный и высокоёмкий аккумуляторы.

Внимание!!! В холодной атмосфере аккумулятор разряжается, теряя каждый тик 50·(1-T/273.15)·(P/101325) Дж (T — температура в кельвинах, P — давление в паскалях, но не более 101325). В атмосфере Марса потери батареи составят до 0.38 Дж/тик, в атмосфере Европы — 23.5-38 Дж/тик. Потери аккумулятора, установленного в инструмент, зависят от теплоизоляции инструмента и могут быть на 90% меньше.

Синий — заряд больше 99.9%
Зелёный — заряд от 75 до 99.9%
Жёлтый — заряд от 50 до 75%
Оранжевый — заряд от 25 до 50%
Красный — заряд от 10 до 25%
Красный мигающий — заряд менее 10%
Не светится — полностью разряжен

ru.stationeers.wikia.com

Атомная батарейка для мобилы, 20 лет без подзарядки…

Сорок лет назад был создан первый мобильный телефон, а сегодня уже изобретена атомная батарея для него. Технологический прогресс в последние годы идет настолько уверенно, что на прилавках магазинов электроники появляются такие новинки, о которых еще совсем недавно писали фантасты.

Как вы считаете, сколько способен продержаться без подзарядки современный смартфон? Среднее время автономной работы подобного устройства составляет 1-3 суток. А если его оснастить аккумулятором, работающим на основе реакции трития, то это время можно будет растянуть до 20 лет!

Неужели телефоны могут работать на атомных аккумуляторах?

Подобная идея среди ученых появилась относительно недавно. По их предположению, использование атомной энергетики в работе современных гаджетов может решить множество проблем, связанных с постоянной необходимостью подзарядки.

Тритий является радиоактивным веществом, но его излучение слишком слабое. Оно неспособно навредить здоровью человека. От него не пострадает ни кожа, ни внутренние органы – это известно ученым с незапамятных времен. Именно радиоактивный тритий выступает своего рода топливом, которое будет содержаться в этих батареях.

Батарея представляет собой интегральную микросхему, источником энергии которой является ядерная реакция трития. Такой принцип работы позволяет производить 0.8 – 2.4 ватт энергии. И этот уровень вырабатываемой электроэнергии может поддерживаться на протяжении 20 лет, при этом радиоактивную батарею не придется подзаряжать.

Многие не подозревают, что тритий уже давно используется во многих сферах производства. Каждый из нас видел, либо носил часы, стрелки которых отчетливо светятся в темноте. В большинстве случаев для создания такого эффекта используется именно этот радиоактивный элемент. Он не получил распространения в основной сфере атомной энергетики из-за своего минимального радиоактивного излучения.

Среди особенностей аккумулятора, которому посвящен сегодняшний обзор, следует также выделить его устойчивость к внешним факторам. Он отлично работает при резких перепадах высоты, давления и температуры, а также демонстрирует хорошую стойкость при сильных вибрациях. Что касается температуры, то ее диапазон составляет от -50 до +150 градусов по Цельсию.

Несмотря на то, что эта идея еще не внедрена в производство, известна приблизительная стоимость атомной батареи — 124 доллара. Но далеко не каждый человек, даже если ему нужна высокая производительность аккумулятора его телефона, согласится на ношение в своем кармане крохотного радиоактивного источника энергии.


ribalych.ru

Ядерные аккумуляторы как альтернатива АЭС

Пока в Беларуси ломают копья сторонники и противники строительства АЭС, в США придумали новую технологию — ядерные аккумуляторы, которые позволяют получать ядерную энергию, не вкладывая миллиарды долларов в строительство АЭС.

Ядерные автомобили! Самолеты! Холодильники и морозильники! В начале головокружительных 1950-х годов — на рассвете гражданского ядерного века и программы «Атом для мира» президента Эйзенхауэра — сторонники атомной энергии мечтали о мире, в котором энергия вырабатывается крошечными ядерными реакторами. Сегодня, в эпоху изменения климата и энергетической нестабильности, ядерная промышленность вспоминает о тех давних мечтах. В том числе и о ядерных аккумуляторах.

Разработанный Hyperion Power Generation Inc., дочерней компанией Национальной лаборатории Лос Аламоса, ядерный аккумулятор — так названный из-за своей дешевизны, небольшого размера и легкости в транспортировке — размером с холодильник, если сравнивать с обычным реактором, имеющим 50 футов в высоту. Он производит 25 мегаватт электроэнергии — примерно сороковую часть общей мощности большого реактора атомной электростанции. Будучи довольно громоздким для использования в машинах, аккумулятор, известный как энергетический модуль Hyperion, был разработан для того, чтобы обеспечивать энергией деревни и города с менее чем 20 000 домов, а также военные базы, рудники, водоопреснительные установки и даже торговые суда, включая круизные лайнеры.


«Считайте нас своего рода iPhone среди ядерных реакторов», — говорит загорелый и полный энтузиазма уроженец Денвера Джон Дил, генеральный директор Hyperion Power. — «Наша технология меняет правила игры и может быть применена к огромному количеству интересных проектов».

Некоторые эксперты в области больших мощностей разделяют данный восторг. В своей недавней статье министр энергетики Стивен Чу подтвердил существование так называемых малых модульных реакторов — категорию, включающую энергетический модуль Hyperion, а также другие модели производства NuScale Power, Toshiba, Westinghouse, Babcock & Wilcox и других компаний, называя их «новыми вариантами ядерных реакторов». Но это не выбор групп защиты природы, которые считают, что ядерные аккумуляторы только ускорят распространение ядерного оружия, увеличат количество ядерных отходов и будут доступны террористам.


Плюсы малых ядерных реакторов заключаются не только в уменьшении количества испускаемых парниковых газов (при производстве ядерной энергии выбросы практически отсутствуют), но также в уменьшении затрат. Чу отметил, что малые реакторы, наподобие тех, которые производит Hyperion, продаются как уже готовые к использованию приборы, что, скорее всего, снизит затраты на строительство. По расчетам Hyperion, на постройку одной станции-аккумулятора потребуется $100 млн, а также 25 рабочих для ее обслуживания, в то время как на строительство обычной атомной электростанции уходит от $4 до $6 млрд и требуется 300 человек. Небольшие реакторы будут особо интересны развивающемуся миру, так как они представляют собой мини-электростанции. Во многих бедных странах отсутствует мощная электросеть для работы с огромными мощностями атомных электростанций. По словам Дила, из 130 комплексов, которые Hyperion надеется продать в ближайшем будущем, более ста будут находиться за пределами США — в таких отдаленных странах, как Кения, Камбоджа и Саудовская Аравия. Компания все еще привлекает средства и до сих пор не получила разрешение на строительство реакторов, однако Дил уверен, что политическая поддержка и финансовые средства помогут начать осуществление первых проектов Hyperion в ближайшие годы.

Такого рода энтузиазм появился не сразу. Ядерная энергия возросла на 750% в 1970-е годы (чему способствовал рост цен на нефть) и на 140% в 1980-е годы, однако после известных катастроф на острове Три-Майл в Пенсильвании в 1979-м и в Чернобыле в 1986 году, в 1990-е рост составил лишь 8%. Несмотря на это, чиновники, представители корпораций и многие защитники природы осознают роль ядерной энергии в борьбе с глобальным потеплением. На сегодняшний день атомные электростанции, работающие в более 30 странах, производят 15% мирового электричества. Если бы эта энергия добывалась из ископаемого топлива, это привело бы к выбросам более 2 миллиардов тонн углекислого газа ежегодно, что примерно равно 20% всех выбросов производства электроэнергии. В США количество выбросов парниковых газов, которые были «сэкономлены» благодаря электричеству, вырабатываемому атомными электростанциями, сравнимо с суммарным количеством выбросов всех легковых автомобилей страны. «Для того чтобы удовлетворить наши потребности в энергии и предотвратить катастрофические последствия изменения климата, нам нужно увеличить поставки атомной энергии. Все очень просто», — заявил в прошлом году Барак Обама.


Как говорят некоторые защитники окружающей среды, проблема с данной точкой зрения заключается в том, что при использовании ядерной энергии многое может пойти не так. Помимо угрозы еще одного Чернобыля и высокой стоимости обычных заводов, есть еще ядерные отходы, остающиеся после расщепления атомов урана. Они остаются радиоактивными еще в течение тысяч лет и требуют глубокого захоронения, что большинство стран, понятное дело, не могут себе позволить. Однако существует еще один довод в пользу ядерных аккумуляторов — количество производимых токсичных отходов составляет сороковую часть от отходов обычных станций.

Министерство энергетики хотело бы видеть малые реакторы на рынке энергоресурсов США, использовать их для снабжения энергией деревень, больниц, университетов, военных объектов и других автономных сооружений. Однако промышленные лобби-группы, такие как Институт ядерной энергетики, имеют более масштабные планы, предполагая, что когда-нибудь малые реакторы, работающие на ядерных аккумуляторах, смогут стать более дешевой альтернативой крупным АЭС благодаря возможности совместной работы и добавления новых модулей, если необходимо нарастить мощность. Это определенно помогло бы в уменьшении количества выбросов углекислого газа. Дил утверждает, что ядерные аккумуляторы могут увеличить количество возобновляемых источников энергии, беря на себя основную нагрузку для стабилизации колебаний в количестве энергии, производимой ветряными и солнечными электростанциями, что является типичной проблемой, так как ветер дует не постоянно, а солнце не светит ночью.

Несмотря на поддержку государства, текущий регуляторный процесс США показывает, что пройдет много лет, прежде чем на территории страны будет построен первый коммерческий реактор Hyperion (демонстрационная модель для потенциальных покупателей будет создана сперва в государственной лаборатории в штате Южная Каролина). До нынешнего момента Комиссия ядерного надзора США не предоставляла лицензии на ядерные аккумуляторы либо на какие-либо другие малые реакторы, так как на данный момент она пытается разобраться с большим количеством заявок для новых традиционных реакторов, вследствие чего, по словам представителей Hyperion, свои первые станции они, скорее всего, построят за пределами США в ближайшие годы.


Ядерный аккумулятор настолько мал, что он может транспортироваться в задней части грузовика. Именно эта легкость транспортировки вызывает опасения у организации «Гринпис Интернэшнл», которая в прошлом году выступила против Hyperion и заявила, что аккумуляторы будут доступны террористам, которые могут их использовать для террористических актов. Дил настаивает, что даже реактивный снаряд не сможет повредить ядерные аккумуляторы, так как они будут находиться под толстым слоем бетона. Противники ядерного оружия, в свою очередь, заявляют, что модули будут незащищены во время транспортировки, а если аккумулятор обеспечивает энергией корабли, то, безусловно, такого рода защита невозможна. Малый мореходный реактор в виде буксируемой электростанции, созданный российским атомным гигантом «Росатом», уже вызвал множество протестов со стороны защитников окружающей среды, которые обвиняют Россию в строительстве «плавучих Чернобылей».
Сторонники ядерных аккумуляторов утверждают, что такого рода риск ничтожен, если учесть то, что мини-реакторы помогут избежать более крупной опасности: ядерной войны. Эксперты по контролю над вооружением обеспокоены тем, что многие развивающиеся страны, заинтересованные в ядерных технологиях, подгоняют гонку ядерных вооружений. Сами же страны заявляют, что им, как и богатым странам, ядерная энергия необходима в вопросах обеспечения и потребления энергии. По словам представителей Hyperion Power, их малый реактор поможет предотвратить распространение ядерного оружия, устраняя необходимость обогащения урана либо переработки плутония — процессов, исходным продуктом которых может являться сырье для изготовления бомб. В качестве составной части готового дизайна, компания обещает клиентам, что она будет контролировать полный топливный цикл — она обеспечит сбор и продажу обогащенного урана и затраченного топлива (которое содержит небольшое количество плутония). Однако она признает, что все еще ведет переговоры с большим количеством стран, которые проводят промышленную переработку использованного топлива. Более того, компания будет удаленно наблюдать за активной зоной ядерных аккумуляторов и, таким образом, будет в курсе любой попытки кражи либо утечки урана или плутония. «Министерство иностранных дел нас любит», — недавно заявил Дил на Конференции по вопросам энергетики в Лондоне. — «Мы можем провести тест: если вы серьезно относитесь к использованию ядерных технологий в мирных целях и вы не собираетесь разрабатывать ядерное оружие, докажите это, доверив нам свое топливо».
Несмотря на все разногласия, в неправительственных организациях и научных кругах есть несколько выдающихся защитников ядерных аккумуляторов. Глава Федерации американских ученых, «мозгового центра» контроля над вооружениями, Чарльз Фергюсон в прошлом году открыто заявил конгрессу, что ему [конгрессу] следует заставить Комиссию ядерного надзора ускорить утверждение энергетического модуля Hyperion и других малых реакторов, разработанных США, отчасти потому, что они намного более устойчивы к распространению ядерного оружия, чем реакторы, которые конструируются за границей, и политики всего мира начинают больше поддерживать ядерную энергию. Не так давно Швеция присоединилась к списку стран, чьи правительства отменили мораторий на строительство новых электростанций.

В то время как промышленность всегда будет восприимчива к переменам общественного мнения, на данный момент растет интерес к применению технологий будущего для мини-реактора, от ядерных круизных лайнеров («Черт побери! Да вы представляете, какими они будут дешевыми?» — говорит Дил) до опреснительных установок в конфликтных зонах («Третья мировая война будет вестись над водным пространством. Это серьезный вопрос, и мы можем в этом помочь»). Такого рода интерес характерен для точки зрения, которая с самого начала ядерной эры тщательно скрывалась в США: мнения о том, что расщепление атома может быть скорее источником восхищения, а не угрозы.

Пока американцы думают, строить или нет у себя ядерные аккумуляторы, Беларусь могла бы проявить интерес к этой действительно новаторской и перспективной технологии и построить у себя первую аккумуляторную АЭС, которая стала бы прорывом не только для нашей страны и стоила бы при этом в разы меньше станции, строительство которой планируется в настоящее время. К сожалению, вряд ли это осуществимо в реальности: белорусские чиновники еще более консервативны, чем их американские коллеги, а Россия вряд ли даст кредит на покупку АЭС у своего главного конкурента…
Источник информации: tut.by

itnovosti.org

Атомная батарейка на основе углерода-14

Атомная батарейка на основе углерода-14 сроком службы более 100 лет.

 

 

Разрабатываемая атомная батарейка на основе углерода-14 отличается рядом преимуществ по сравнению с атомными батарейками на основе других радиоактивных изотопов, а именно: экологичностью, дешевизной и длительным периодом эксплуатации. Эти преимущества обеспечиваются, во-первых, за счет применения в атомной батарейке углерода-14 в качестве радиоактивного источника. Период полураспада этого элемента составляет 5700 лет и при этом, в отличие, например, от Ni-63, углерод-14 нетоксичен и отличается низкой стоимостью.

Технология находится в процессе разработки!

 

Описание

Преимущества атомной батарейки на основе углерода-14

 

Описание:

Атомная батарейка — эта технология, которая базируется на идее преобразования энергии, которую излучает радиоактивный источник, в электрическую энергию. Простейшая атомная батарейка состоит из источника излучения и отделенного от нее диэлектрической пленкой коллектора. При распаде радиоактивный источник испускает бета-излучение, вследствие чего он заряжается положительно, а коллектор — отрицательно и между ними возникает разность потенциалов.

Над созданием источников питания, которые могли бы работать за счет энергии радиоизотопов, сейчас трудятся ученые по всему миру. Образцы ядерных батареек существуют и в России, и в США, и в других странах. При этом в качестве радиоактивных источников используется тритий, Ni-63 и углерод-14.

Атомная батарейка на основе углерода-14 отличается рядом преимуществ по сравнению с атомными батарейками на основе других радиоактивных изотопов, а именно: экологичностью, дешевизной и длительным периодом эксплуатации.

Эти преимущества обеспечиваются, во-первых, за счет применения в атомной батарейке углерода-14 в качестве радиоактивного источника. Период полураспада этого элемента составляет 5700 лет и при этом, в отличие, например, от Ni-63, углерод-14 нетоксичен и отличается низкой стоимостью.

Второе отличие атомной батарейки на основе углерода-14 состоит в том, что в качестве «подложки» под радиоактивный элемент используется принципиально новая структура – пористая карбидокремниевая гетероструктура. Технология производства карбидной пленки путем ее наращивания на готовой кремниевой подложке «методом эндотаксии» позволяет уменьшить стоимость «подложки» в 100 раз, что делает атомную батарейку дешевой.

Неоспоримым плюсом карбидокремниевой гетероструктуры также является ее устойчивость к радиации. При излучении изотопа она остается практически неизменной, что и позволяет говорить о том, что такая атомная батарейка будет работать неограниченно долгое время.

Карбид кремния — это тоже полупроводниковый материал. Он химически более устойчив, способен работать при температуре до 350 градусов. Кремниевые датчики температур работают максимум до 200. Карбид кремния работает при температуре на 150 градусов выше. Он в 10 раз радиационно пассивнее и устойчивее, чем кремний.

 

Преимущества атомной батарейки на основе углерода-14:

— углерод-14 нетоксичен,

— низкая стоимость атомной батарейки по сравнению с другими атомными батарейками на основе других радиоактивных источников,

— длительный период эксплуатации — срок службы более 100 лет,

— безопасность. Бета-излучение обладает малой проникающей способностью и задерживается оболочкой атомной батарейки,

— возможность работать в экстремальных условиях – при сверх низких и высоких температурах.

 

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

 

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЙ

ЗВОНИТЕ: +7-908-918-03-57

либо воспользуйтесь поиском аналогов технологий:

ПОИСК АНАЛОГОВ ТЕХНОЛОГИЙ


или пиши нам здесь…

карта сайта


Войти    Регистрация

Виктор Потехин

Поступил вопрос касательно санации трубопровода. Дан ответ. В частности указана более инновационная технология.