Sursă de energie radioizotopică. A fost lansată producția de baterii atomice reale. Cum a apărut ideea de a crea o baterie

City Labs a început să producă baterii atomice reale NanoTritium. Sursa de energie din aceste baterii este degradarea hidrogenului supergreu - tritiu. Bateria este fabricată într-o carcasă de microcircuit, pornită acest moment costul său este destul de mare și se ridică la aproximativ 1000 USD. Tritiul este una dintre cele mai scumpe zece substanțe din lume și gramul său costă 30.000 de dolari.

Tritiul este un izotop radioactiv al hidrogenului. Nucleul de tritiu este format dintr-un proton și doi neutroni. Când tritiul se descompune, se transformă în 3He. Timpul de înjumătățire este de aproximativ 13 ani. Energia electronilor emiși este scăzută - de la 6,5 ​​keV la 18,59 keV. Radiația este oprită de bariere precum îmbrăcămintea sau chiar pielea umană. Când este sigilat, tritiul este inofensiv. Vaporii de tritiu reprezintă încă un pericol de radiații. Cu toate acestea, există atât de puțin în bateriile atomice NanoTritium încât această problemă nu este relevant. Un mililitru cub de tritiu gazos are o activitate de aproximativ 94 GBq.

Tritiul a fost folosit de mult timp într-un număr de dispozitive. De exemplu, poate fi găsit pe acționarea ceasurilor care strălucesc în întuneric. Elementele luminoase ale ceasului sunt realizate ca baloane sigilate umplute cu gaz tritiu. Pereții interiori ai baloanelor sunt acoperiți cu un strat de fosfor. Principiul de funcționare a strălucirii este destul de simplu. Electronii emiși de tritiu în timpul dezintegrarii beta se ciocnesc cu fosforul și sunt absorbiți de acesta, făcându-l să strălucească.

Principiul de funcționare al unei baterii atomice este destul de simplu: dezintegrarea tritiului este dezintegrare beta, nucleul de tritiu se transformă într-un nucleu de heliu-3 și este emis un electron de înaltă energie. Tritiul este pompat într-un volum de lucru celular, sau s-ar putea spune spongios, format din siliciu. În siliciu, fiecare electron de înaltă energie creează un număr mare de perechi electron-găuri. De fapt, procese similare au loc în celulele solare obișnuite - singura diferență fiind că într-o celulă foto, un foton generează doar o pereche (pur și simplu pentru că energia unui foton optic este de mii de ori mai mică decât energia unui electron beta). Apoi, tot ce trebuie să faceți este să închideți circuitul și curentul va curge.

Sursa de energie atomică de la City Labs poate rezista la diferențe de temperatură de la -50 la 150 de grade Celsius, precum și la schimbări bune de altitudine. Această baterie poate funcționa timp de 20 de ani și poate furniza până la 2,4 V cu un curent de 50-300 nanoamperi.

Chiar și așa curent slab destul de suficient pentru a alimenta multe dispozitive. De exemplu, dispozitive speciale de ascultare. Radioactivitatea elementelor de tritiu nu părăsește organismul și nu poate fi detectată, în combinație cu cele moderne tehnologii digitale Prin codificarea semnalului, astfel de baterii vă permit să creați „interceptări telefonice” ideale. În medicină, bateriile atomice NanoTritium pot fi folosite și pentru alimentarea stimulatoarelor cardiace.

Bateriile cu tritiu nu sunt singura dezvoltare a surselor de energie izotopice. Stațiile interplanetare americane Pioneer și Voyager folosesc surse de radioizotopi de plutoniu. Puterea lor este deja semnificativă - aproximativ 400 de wați. Și, apropo, au fost făcute în urmă cu mai bine de patruzeci de ani și funcționează și astăzi.

Crearea unei surse de alimentare portabile, de unică folosință, a cărei durată de viață ar fi măsurată nu în zile sau luni, ci în ani, a fost realizată anterior de specialiștii de la Universitatea Cornell. Bateria, pentru care a fost ales ca bază izotopul radioactiv nichel-63, se putea lăuda cu o durată de viață continuă de până la 50 de ani. Dar, desigur, au existat limitări semnificative în parametrii nominali ai „bateriei nucleare”. Chestia este că principiul pe care se bazează funcționarea unor astfel de dispozitive - emisia de electroni care însoțește dezintegrarea nichelului-63 pentru încărcarea ulterioară a plăcii de cupru - nu a permis obținerea unei puteri serioase de la sursa de alimentare. Ca urmare, caracteristica specificată pentru bateriile nucleare a fost la nivelul mai multor miliwați, ceea ce a impus o serie de restricții semnificative asupra funcționării acestuia.

Oamenii de știință de la Universitatea Națională de Cercetare Tehnologică „MISiS” s-au implicat activ în rezolvarea problemei descrise, iar ieri au raportat despre succesele obținute. Ei au reușit să producă un prototip de „baterie nucleară” unică, capabilă, ca și predecesorul său din SUA, să alimenteze anumite componente electronice timp de 50 de ani.

După cum a spus MISIS, „bateria nucleară” pe care au proiectat-o ​​are un potențial enorm și are o gamă largă de potențial aplicație posibilă, variind de la utilizarea dezvoltării în echipamente medicale și dispozitive miniaturale pentru a susține viața, terminând cu plasarea unei astfel de surse de energie în nave spațiale. O echipă de ingineri condusă de profesorul Yuri Parkhomenko a reușit să pună în practică conceptul de conversie a energiei radiației beta în energie electrică bazată pe monocristale piezoelectrice. Acest principiu a stat la baza exemplului prezentat de baterie autonomă beta-voltaică Tensiune AC, sursa primară de energie pentru care a fost binecunoscutul izotop nichel-63.

Radiația izotopului ales ca sursă de electroni, în ciuda radioactivității sale, se caracterizează printr-un timp de înjumătățire de 100 de ani și nu reprezintă nicio amenințare pentru sănătatea organismelor biologice. Dar caracteristica principală prototipul producției interne a fost utilizarea surse de puls alimentare pentru acumulare și eliberare ulterioară a încărcăturii. Datorită acestui fapt, oamenii de știință au reușit să ocolească dezavantajul principal„bateria nucleară” beta-voltaică - puterea lor extrem de scăzută, care a restrâns foarte mult domeniul de aplicare eficientă ulterioară.

„În modul în impulsuri, un element beta-voltaic este capabil să furnizeze o putere de până la 1 mW/cm 3 . La puteri specifice scăzute ale materialului energetic, o baterie asamblată pe baza lor este capabilă să asigure continuu putere de iesire 10-100 nW/cm 3 - suficient pentru a furniza putere implantului cardiac,”— Dl Parkhomenko a explicat caracteristicile tehnice ale soluției demonstrate.

„Bateria nucleară” inovatoare rusă, care a devenit realitate datorită eforturilor angajaților MISIS, are toate avantajele necesare pentru a începe producția de masă și a implementa rapid tehnologia. Iată dimensiunile ultra-mici ale sursei de alimentare și absența influență nocivă material energetic și termen lung funcţionare timp de câteva decenii. Cu toate acestea, dacă se va ajunge la lansarea unei mostre comerciale - timpul va spune.

Subiectul articolului de astăzi este generatoarele termoelectrice cu radioizotopi, sau mai simplu, bateriile nucleare. Aceleași lucruri care sunt folosite în nord în balizele de navigație nesupravegheate, în sondele spațiale și chiar în inimile artificiale! Acesta este un lucru obișnuit, dar există mai multe zvonuri și temeri în jurul lui decât fapte. Să aruncăm o privire mai atentă la ce este de fapt o astfel de „baterie” cu o durată de viață de 10-20 de ani.

Generatorul termoelectric radioizotop (RTG) este nuclear generator electric, care transformă energia de descompunere radioactivă în energie electrica. Adevărat, nu direct, ci indirect - în primul rând, energia de dezintegrare este convertită în căldură și aceasta, la rândul său, este transformată în electricitate folosind așa-numitele termocupluri. Să ne uităm la acest proces mai detaliat.

Să începem cu termocuplurile. Ele sunt o conexiune a doi conductori (de obicei metalici), a căror diferență de temperatură generează o slăbiciune electricitate. Acest fenomen se numește efectul Seebeck. Cel mai comun și mai simplu termocuplu de reprezentat este o conexiune de fire de cupru și aluminiu. Dacă un capăt al conexiunii unei astfel de perechi este încălzit, iar celălalt, dimpotrivă, este răcit, electronii vor începe să se acumuleze pe conductorul rece, ceea ce va duce la generarea unui curent electric. Cu cât este mai mare diferența de temperatură a conductorilor la joncțiune, aria joncțiunii și grosimea conductorilor înșiși, cu atât mai bine.

Este clar că aliajele mari de conductori sunt greu de încălzit și răcit, sunt grele și necesită mult spațiu, prin urmare termocuplurile din generatoarele electrice bazate pe acest principiu sunt realizate sub formă de secvențe cantitate mare conexiuni mici. Astfel de blocuri de termocuplu sunt conectate între ele pentru a obține curentul și tensiunea necesare. Indicator bun pentru un termocuplu tensiunea este de aproximativ 40 microvolți la 1 diferență de temperatură kelvin.

Din această valoare infimă, cred, devine clar că eficiența unui astfel de generator termoelectric va fi foarte scăzută. Chiar și cu utilizarea semiconductorilor moderni scumpi ca bază a termocuplurilor, în practică nu depășește 3-7% din energia termică consumată. Prin urmare, nu este nevoie să vorbim despre vreo putere fenomenală a RTG.

Să revenim la „bateriile” noastre nucleare. Secvențele de termocuplu descrise sunt încălzite într-un astfel de generator folosind căldura generată de degradarea materialului radioactiv. După cum se știe, dezintegrarea radioactivă este însoțită de eliberarea de căldură. Cu cât materialul radioactiv se descompune mai repede, cu atât eliberează mai multă căldură. Astfel, într-un RTG, combustibilul radioactiv, în descompunere, produce radiații radioactive, care sunt transformate în căldură. Căldura, la rândul ei, este transformată în energie electrică.

Din punct de vedere structural, acest lucru este implementat după cum urmează: termocuplurile din generator însuși sunt orientate spre partea fierbinte (conductorul având o sarcină pozitivă) spre interior și partea rece(un dirijor cu sarcina negativa) la carcasa generatorului și conectat la radiatorul pentru a asigura diferența maximă de temperatură. Toate caracteristicile dispozitivului unuia sau altui tip de generator termoelectric cu radioizotopi sunt reduse la creșterea durabilității și la creșterea eficienței dispozitivului.

Acest lucru duce la cerințele pentru „combustibil”, același material radioactiv care se va degrada și ne va furniza „căldură”:

Plutoniu 238, incandescent prin propria descompunere

1. Timpul de înjumătățire trebuie să fie atât lung pentru a furniza bateriei căldură, dar în același timp astfel încât dezintegrarea să fie destul de intensă și să fie însoțită de eliberarea unei cantități mari de radiații radioactive. Aici trebuie să alegeți între puterea bateriei și „durata de viață”. Cu cât timpul de înjumătățire este mai scurt, cu atât substanța este mai radioactivă și cu cât energia termică eliberată în timpul dezintegrarii este mai mare, cu atât „puterea” bateriei este mai mare. În schimb, cu cât substanța este mai puțin radioactivă (durata de înjumătățire este mai lungă), cu atât vom primi mai puțină căldură și bateria noastră va fi mai slabă, dar va dura mai mult. De regulă, se aleg izotopi cu un timp de înjumătățire de 80-90 de ani cu o durată de viață de 10-50 de ani, dar specializați baterii puternice poate avea o durată de viață de șase luni. La pretul stii ce.

2. Combustibilul trebuie să producă cantitate mare căldură pe unitate de masă și volum. O tonă de plutoniu 239 (folosit în arme nucleare și centrale nucleare) ar fi la fel de radioactiv ca aproximativ 3,6 kilograme de plutoniu 238 și ar produce aceeași cantitate de căldură. Tonurile de minereu de uraniu de sub suprafața Pământului, de exemplu, oferă viață bacteriilor la câțiva kilometri adâncime. In orice caz, cuvânt cheie aici - tone. Cu cât combustibilul este mai radioactiv, cu atât este nevoie de mai puțină masă pentru a obține efectul dorit.

3. Radiațiile radioactive produse ca urmare a descompunerii trebuie să fie ușor transformate în căldură. De asemenea, nu ar trebui să fie pătrunzător. Radiațiile neutronice și gama nu sunt potrivite din aceste motive. Radiația alfa este cea mai potrivită, deoarece nu necesită aproape nicio ecranare. Radiațiile beta și razele X necesită deja o carcasă de plumb de protecție, ceea ce duce la o creștere a greutății instalației. Acest lucru nu este critic pentru generatoarele staționare de la sol, dar joacă un rol important atunci când sunt utilizate în nave spațiale, crescând costul lansării lor.

În prezent, cel mai obișnuit combustibil pentru RTG-uri este plutoniul 238 - are un timp de înjumătățire de 87,7 ani, o componentă relativ scăzută a radiațiilor gamma și neutronilor și, prin urmare, practic nu necesită ecranare de protecție în majoritatea cazurilor, grosimea; carcasa generatorului.

În Uniunea Sovietică, stronțiul 90 a fost, de asemenea, utilizat pe scară largă pentru a alimenta RTG-urile farurilor nesupravegheate la distanță, care, având un timp de înjumătățire mai scurt, o componentă semnificativă a radiației gamma (și, ca urmare, mai puțină căldură primită pe unitate de masă) era mai ieftină. . Economia trebuie să fie economică!

În prezent, se desfășoară cercetări active privind utilizarea americiului 241 ca combustibil, care este mai bun decât plutoniul 238, cu un timp de înjumătățire de 432 de ani. Chiar dacă „intensitatea sa energetică” este de 4 ori mai mică decât plutoniul, iar proporția de radiații penetrante nedorite este mai mare, perspectiva de a alimenta dispozitive timp de secole pare tentantă. În orice caz, din toate punctele de vedere, acest tip de combustibil este a doua cea mai bună soluție după plutoniu 238.

Acum să ne uităm la durata de viață a „generatoarelor”. După cum probabil ați ghicit, depinde de tipul de combustibil ales și pentru plutoniu 238 este -0,87% din puterea inițială pe an de funcționare. Cu toate acestea, nici aici nu totul este atât de simplu. Nu uitați că termocuplurile noastre au și propria lor durată de viață și în timp, sub influența radiațiilor radioactive constante și temperatura ridicata degrada. Mai repede decât se degradează combustibilul. De exemplu, bateria sondei Voyager 1, lansată în spațiu în 1977, avea până în 2001 o putere de 315 wați în loc de cei 420 de wați proiectați. Reducerea efectivă a puterii în 24 de ani de funcționare a fost de 25%.

Eficiența conversiei căldurii în energie electrică, așa cum sa raportat deja, pentru generatoarele care utilizează principiul Seebeck nu este foarte mare și în practică depășește rar 5%. Deci, RTG-urile nu au fost niciodată considerate o sursă serioasă de către nimeni, în comparație cu puterea asociată cu energia nucleară, sunt ca bateriile de ceas pentru generatoarele electrice diesel; Totuși, se fac îmbunătățiri și aici. Adevărat, de la designul original în dezvoltare promițătoare Tot ceea ce rămâne pentru NASA este să transforme radiațiile radioactive în căldură.

Vorbim despre combinarea unui motor termic Stirling (funcționând tocmai datorită diferenței de temperatură), a unui generator și, de fapt, a unui izotop radioactiv. Permiteți-mi să vă reamintesc pe scurt principiul de funcționare al motorului Stirling: fluidul de lucru (gaz), care se extinde și se contractă în cilindri reci și fierbinți (sau în diferite părți ale unui cilindru), deplasează pistonul prin dilatare termică sau compresie termică.

Gazul în sine nu părăsește motorul, circulând constant în interiorul acestuia. Astfel de motoare sunt numite și motoare cu ardere externă (prin analogie cu motoarele cu ardere internă), deoarece căldura pentru a încălzi gazul trebuie luată din exterior. Eficiența și puterea motorului Stirling depind de aceeași diferență de temperatură între compartimentul rece și cel cald (forțe de compresie și expansiune a gazului). Acum să ne imaginăm posibilități nelimitate pentru racirea in spatiu si sursă permanentă căldură sub formă de tijă termică de combustibil radioizotop. Conform calculelor experților NASA, un astfel de generator va avea o eficiență de 20% - 25%, ceea ce este mult mai bun decât 3% -5% pentru un RTG.

Și, în sfârșit, să vorbim despre problema cea mai presantă - siguranța radiațiilor a bateriilor noastre nucleare. Poate cea mai faimoasă este o fotografie a generatoarelor de „far” sovietice „distruse și stricate” alimentate cu stronțiu 90, care se află într-o groapă de gunoi de pe coastă. Uite, spun ei, la asta duce totul, surse de poluare cu radiații demontate de vandali pentru fier vechi. mediu inconjurator zăcând ici și colo, emitând radiații, otrăvând fiecare ființă vie cu otravă radioactivă și, parcă, chemând teroriștii să facă o „bombă murdară” din ei. Nu există destui șobolani mutanți giganți în fundal.

În realitate, totul este puțin diferit. Nu au existat cazuri documentate de vandalism împotriva generatoarelor uzate. Adevărat, în principal pentru că aceste generatoare nu ar fi fost documentate în mod deosebit. Crezi că URSS ar fi putut arunca tehnologia nucleară fără să țină cont? Eu nu. Există și informații pe internet despre niște ciobani georgieni care au dormit lângă un RTG abandonat într-o noapte rece pentru a se încălzi. Au fost apoi duși la spital cu arsuri de radiații, iar RTG-ul a fost luat. Cine, când, unde, unde? Nimic.

Poveștile de groază despre generatoarele de radioizotopi se termină aici, iar ceea ce urmează sunt statistici destul de pozitive și bine documentate. Din cele 33 de misiuni americane care au folosit RTG-uri cu plutoniu, 5 s-au încheiat într-un accident în timpul lansării sau reintrarii. Mai mult, din 5 accidente, doar unul a dus la deteriorarea containerului cu combustibil RTG în timpul arderii acestuia în atmosferă, ceea ce a dus la apariția unor urme de plutoniu 238 în atmosferă peste Madagascar la câteva luni după accident. Judecând după faptul că otrăvirea cu radiații în masă nu a avut loc și chiar și un desen animat a fost filmat, această eliberare nu a avut consecințe.

Sateliții sovietici cu RTG-uri la bord nu au avut niciodată probleme. Poveștile de groază despre sondele militare și meteorologice care cădeau în ocean, pline până la refuz cu radiații radioactive, se referă la dispozitive echipate cu reactoare nucleare cu drepturi depline la bord, care au fost proiectate inițial să cadă, iar partea radioactivă să ardă în atmosferă.

De asemenea, îi voi liniști pe cei cărora le este frică că teroriștii vor putea face o bombă atomică folosind combustibil RTG. Nici stronțiul 90 de la RTG-urile sovietice și nici plutoniul 238 de la bombele nucleare americane nu vor funcționa. Acești izotopi sunt prea instabili pentru a atinge o masă critică și pentru a susține în continuare o reacție în lanț de fisiune nucleară. Mai mult decât atât, adăugarea unui astfel de izotop la componentele unei bombe nucleare normale va duce la o scădere a forței exploziei, deoarece, cu activitatea sa ridicată, această componentă va provoca un debut prematur al unei reacții nucleare înainte de a ajunge. conditii optime masa critică de sarcină.

Cât despre bomba murdară,

atunci totul este rău și pentru teroriști aici. Combustibilul în forma în care poate fi scos din RTG este, în primul rând, prea fierbinte ( temperatura de lucru cap termic 500-600 grade Celsius), în al doilea rând, da, este radioactiv, radiația poate fi într-adevăr foarte dăunătoare, atât de mult încât s-ar putea să nu aveți timp să pregătiți o bombă de lucru din toate acestea. Și în al treilea rând, nu durează mult în comparație cu deșeurile radioactive din centralele nucleare, care sunt mult mai ușor de obținut. Ca urmare, fabricarea unei bombe din elemente care sunt în mod constant foarte fierbinți, periculoase pentru bombardier însuși și al căror impact de radiație pe unitatea de greutate este comparabil cu minereul de uraniu, nu este foarte profitabilă. Poate că efectul moral al utilizării plutoniului (horror! horror!) într-o bombă ar distinge în mod favorabil titlurile de știri de vagi „deșeuri radioactive”.

Pentru a rezuma, vreau să spun asta acest tip generarea de energie electrică este cu siguranță interesantă, în primul rând, pentru autonomia sa. De exemplu, în Statele Unite sunt cunoscute cazuri în care generatoarele termoelectrice cu radioizotopi funcționale au fost găsite în cenușa cetățenilor incinerați, pe care au uitat să o îndepărteze pentru pregătirea înmormântării. Chiar și în cazuri atât de mici, suficiente pentru funcționarea stimulatoarelor cardiace, generatoarele au rămas operaționale, supraviețuind incinerării transportatorului. Ambele Voyager muncă îndelungată sunt obligați și la RTG-urile instalate pe ele, ca și centralele din programul lunar american Apollo. Primim și prognozele meteo de la Centrul Hidrometeorologic al Rusiei, inclusiv datorită bateriilor nucleare. Și mâncăm chiar și crabi Kamchatka cu participarea lor indirectă. Deci, nu vă alarmați dacă auziți „satelitul cu generator de radioizotopi” înfricoșător la știri.

p align=»center»>Un KamAZ alimentat cu motorină pe un șantier din apropiere este mult mai dăunător.

În anii '50 ai secolului trecut, betavoltica - o tehnologie pentru extragerea energiei radiațiilor beta - a fost considerată de oamenii de știință drept bază pentru crearea de noi surse de energie în viitor. Astăzi, există motive reale pentru a afirma cu încredere că utilizarea reacțiilor nucleare controlate este în mod inerent sigură. Zeci de tehnologii nucleare sunt deja folosite de oameni din Viata de zi cu zi, un exemplu sunt detectoarele de fum cu radioizotopi.

Și astfel, în martie 2014, oamenii de știință Jae Kwon și Bek Kim, care lucrează la Universitatea din Missouri, Columbia, SUA, au reprodus primul prototip funcțional din lume al unei surse de energie compactă bazată pe stronțiu-90 și apă. În acest caz, rolul apei este un tampon energetic, ceea ce va fi explicat mai jos.

Bateria nucleară va funcționa ani de zile fără întreținere și va putea produce curent electric prin procesul de descompunere a moleculelor de apă atunci când acestea interacționează cu particulele beta și alți produși de descompunere ai stronțiului-90 radioactiv.

Puterea unei astfel de baterii ar trebui să fie complet suficientă pentru a alimenta vehiculele electrice și chiar nava spatiala. Secretul noului produs este combinația dintre betavoltaici și o tendință fizică destul de nouă - rezonatoarele plasmonice.

Plasmonii au fost folosiți activ în ultimii ani în dezvoltarea de specific dispozitive optice, inclusiv super-eficient panouri solare, lentile complet plate și cerneală specială pentru imprimare cu o rezoluție de multe ori mai mare decât sensibilitatea ochilor noștri. Rezonatoarele plasmonice sunt structuri speciale care pot absorbi și emite energie sub formă de unde luminoase și alte forme de radiație electromagnetică.

Astăzi, există deja surse de energie radioizotopice care convertesc energia de descompunere a atomilor în energie electrică, dar acest lucru nu se întâmplă direct, ci printr-un lanț de interacțiuni fizice intermediare.

În primul rând, tabletele de substanțe radioactive încălzesc corpul recipientului în care se află, apoi această căldură este transformată în electricitate prin termocupluri.

În fiecare etapă a transformării se pierde o cantitate mare energie, eficiența unor astfel de baterii radioizotopi nu depășește 7%. Betavoltica pentru o lungă perioadă de timp nu a fost folosit în practică din cauza distrugerii foarte rapide a pieselor bateriei din cauza radiațiilor.

Cercetările au arătat că aceste părți degradate ale moleculelor de apă pot fi folosite pentru a extrage direct energia pe care o absorb din ciocnirile de particule beta.

Pentru ca o baterie nucleară cu apă să funcționeze, este necesară o structură specială de sute de coloane microscopice de oxid de titan acoperite cu o peliculă de platină, asemănătoare ca formă cu un pieptene. În dinții săi și pe suprafața carcasei de platină există mulți micropori prin care respectivele produse de descompunere a apei pot pătrunde în dispozitiv. Deci, în timpul funcționării bateriei, în „pieptene” au loc o serie de fluxuri reacții chimice- are loc descompunerea si formarea moleculelor de apa, in timp ce electronii liberi apar si sunt captati.

Energia eliberată în timpul tuturor acestor reacții este absorbită de „ace” și transformată în electricitate. Datorită plasmonilor care apar pe suprafața coloanelor, care au proprietăți fizice deosebite, o astfel de baterie apă-nucleară atinge o eficiență maximă de 54%, care este de aproape zece ori mai mare decât sursele clasice de curent radioizotop.

Soluția ionică folosită aici este foarte greu de înghețat chiar și la temperaturi ambientale destul de scăzute, ceea ce permite utilizarea bateriilor fabricate conform tehnologie nouă, pentru alimentarea vehiculelor electrice, și cu ambalaj corespunzător, tot în spațiu aeronave pentru diverse scopuri.

Timpul de înjumătățire al stronțiului radioactiv-90 este de aproximativ 28 de ani, astfel încât bateria nucleară a lui Kwon și Kim ar putea funcționa fără pierderi semnificative de putere timp de câteva decenii, cu doar o reducere a puterii cu 2% pe an. Astfel de parametri, cred oamenii de știință, deschid o perspectivă clară pentru adoptarea pe scară largă a vehiculelor electrice.

Primul telefon mobil a fost creat acum mai bine de patruzeci de ani. Știința progresează, desigur. Și cine ar fi crezut la acel moment că patruzeci de ani mai târziu se va naște puterea atomică Da, știința nu merge mai departe? prin salturi, dar încă cu progrese semnificative în multe domenii, în special în În ultima vreme. Și acest articol va fi dedicat în mod special subiectului utilizării bateriilor atomice în dispozitivele moderne.

Introducere

Acum piața smartphone-urilor este una dintre cele mai multe direcții promițătoare Electronică. Această zonă se dezvoltă dinamic, fără a se opri un minut. S-ar părea că iPhone 3 tocmai a ieșit la vânzare și pe rafturile magazinelor comunicare celulară se dă mare deja un iPhone 6 și iPhone 6 Plus. Merită să vorbim despre cât de departe au mers inginerii companiei pentru a mulțumi utilizatorii cu cel mai recent hardware?

Același lucru se poate spune despre Android și Windows Phone. În urmă cu doar câțiva ani, întreaga clasă a școlii s-a adunat în jurul norocosului care avea un telefon pe bază sistem de operare Android. Și când cineva a reușit să joace personal o aplicație în care poți controla acțiunea prin rotirea ecranului (mai ales dacă acest joc era un joc de curse), a radiat literalmente de fericire.

În zilele noastre, acest lucru nu va surprinde pe nimeni. Chiar și elevii de clasa întâi se simt confortabil acum să folosească telefoanele Măr fără prea multă bucurie și încântare, fără să-și dea seama cât de norocoși erau cu adevărat. Desigur, pur și simplu nu știu că odată existau telefoane care funcționau folosind butoane, nu control tactil. Că acele telefoane aveau doar câteva jocuri. Și că chiar și un șarpe pe un ecran cu două culori a fost un motiv de încântare nemărginită pentru copiii din acea vreme și se jucau aproape zile în șir.

Desigur, jocurile erau de o calitate mult mai scăzută pe atunci. A fost posibil să se folosească astfel de telefoane timp de câteva zile fără reîncărcare. Acum, industria jocurilor din sectorul smartphone-urilor a ajuns la mai mult nivel de calitate, iar acest lucru necesită mai puternic bateriile telefonului. Cât timp crezi că este cel mai modern, cel mai puternic din punct de vedere al durata de viata a bateriei smartphone?

Avem nevoie de o baterie nucleară?

Vă asigurăm că chiar și cu utilizare pasivă este puțin probabil ca acesta (smartphone) să dureze mai mult de 3 zile. Ca smartphone-uri moderne tip sunt utilizate. Puțin mai puțin frecvente sunt modelele care funcționează baterii polimerice. De fapt telefoane similare nu suport foarte bine muncă îndelungată. Puteți să le redați în timpul duratei de viață a bateriei și să vizionați filme pe ele timp de câteva ore, care de obicei nu depășesc zece. Producătorii de astfel de dispozitive concurează în mai multe direcții simultan. Concursul pentru primul loc este cel mai activ după următoarele criterii:

Diagonala ecranului.

Hardware și performanță.

Dimensiuni (mai precis, lupta este reducerea grosimii).

Sursă de alimentare autonomă puternică.

După cum putem vedea, întrebarea dacă avem nevoie de o baterie atomică pentru un telefon rămâne deschisă. Potrivit calculelor oamenilor de știință, telefoanele în viitor ar putea fi echipate cu baterii care funcționează pe principiul reacției unui element nuclear numit tritiu. În acest caz, telefoanele vor putea funcționa fără reîncărcare până la 20 de ani, conform celor mai conservatoare estimări. Impresionant, nu-i așa?

Cât de nouă este ideea unei baterii nucleare?

Ideea de a crea reactoare nucleare miniaturale ( despre care vorbim despre bateriile atomice) au apărut în mințile strălucitoare nu cu mult timp în urmă. Sa sugerat că utilizarea unui astfel de echipament este relevantă dispozitive tehnice vă va permite să rezolvați problema nu numai a necesității de reîncărcare constantă, ci și a altora.

TASS: baterie atomică DIY. Inginerii vorbesc

Primul anunț despre inventarea unei baterii care să funcționeze pe baza energiei atomice a fost făcut de o divizie a unei preocupări casnice numită Rosatom. Era combinatul minier și chimic. Inginerii au spus că prima sursă de energie, care este poziționată ca o baterie nucleară, ar putea fi creată încă din 2017.

Principiul de funcționare va consta în reacții care vor avea loc folosind izotopul Nichel-63. Mai precis, vorbim despre radiațiile beta. Interesant este că o baterie construită pe acest principiu poate funcționa aproximativ o jumătate de secol. Dimensiunile vor fi foarte, foarte compacte. De exemplu: dacă iei un obișnuit baterie AAși comprimați-l de 30 de ori, puteți vedea clar ce dimensiune va avea o baterie nucleară.

Este o baterie nucleară sigură?

Inginerii sunt absolut încrezători că o astfel de sursă de energie nu va prezenta niciun pericol pentru sănătatea umană. Motivul acestei încrederi a fost designul bateriei. Desigur, radiația beta directă de la orice izotop va dăuna unui organism viu. Dar în primul rând, în această baterie va fi „moale”. În al doilea rând, nici măcar această radiație nu va scăpa, deoarece va fi absorbită în interiorul sursei de energie în sine.

Datorită faptului că bateriile atomice Rusia A123 vor absorbi radiația în interiorul lor fără a le elibera în exterior, experții fac deja o prognoză strategică pentru utilizarea bateriilor atomice în diferite domenii ale medicinei. De exemplu, poate fi introdus în proiectarea stimulatoarelor cardiace. Al doilea cel mai promițător domeniu este industria spațială. Pe locul trei, desigur, este industria. În afara primelor trei, există multe ramuri în care va fi posibilă utilizarea cu succes a unei surse de energie nucleară. Poate cel mai important dintre ele este transportul.

Dezavantajele unei surse de energie nucleară

Ce primim în schimbul unei baterii nucleare? Ca să zic așa, ce vom vedea dacă ne uităm din cealaltă parte? În primul rând, producția de astfel de surse autonome energia va costa un ban. Inginerii nu au vrut să dea sume exacte. Poate că le era frică să tragă devreme concluzii greșite. Cu toate acestea, o estimare aproximativă a fost dată nu în cifre, ci în cuvinte. Adică „totul este foarte scump”. Ei bine, acest lucru era de așteptat, după ce am evaluat esența problemei pur și simplu logic. DESPRE producție în serie la scară industrială este poate prea devreme pentru a spune. Nu putem decât să sperăm că în timp vor fi găsite tehnologii alternative care vor face posibilă crearea unei baterii nucleare fără a-i compromite fiabilitatea și caracterul practic, dar la un cost mult mai mic.

Apropo, TASS a estimat 1 gram de substanță la 4 mii de dolari. Astfel, pentru a obține masa necesară de substanță atomică, care va asigura utilizarea pe termen lung a bateriei, în prezent este necesar să cheltuiți 4,5 milioane de ruble. Problema constă în izotopul în sine. Pur și simplu nu există în natură, izotopul este creat folosind reactoare speciale. La noi sunt doar trei. După cum sa menționat anterior, este posibil să se utilizeze, în timp, alte elemente pentru a reduce costul producerii sursei.

Tomsk Baterie atomică

Invenția bateriilor atomice nu se limitează la ingineri și designeri profesioniști. Recent, un student absolvent a dezvoltat un model al unei noi baterii cu propulsie nucleară. Numele acestui bărbat este Dmitri Prokopiev. Dezvoltarea sa este capabilă Mod normal functioneaza timp de 12 ani. În acest timp, nu va trebui să fie încărcat nici măcar o dată.

Centrul sistemului era un izotop radioactiv numit tritiu. Când este folosit cu pricepere, vă permite să direcționați energia eliberată în timp în direcția corectă. În acest caz, energia este eliberată în părți. Se poate spune dozat sau porționat. Să ne amintim că timpul de înjumătățire al acestui element nuclear este de aproximativ 12 ani. De aceea, utilizarea bateriei pe acest element este posibilă în perioada specificată.

Beneficiile tritiului

În comparație cu o baterie atomică, care are un detector de siliciu, o baterie atomică pe bază de tritiu nu își schimbă caracteristicile în timp. Și acesta este avantajul său neîndoielnic, trebuie remarcat. Invenția a fost testată la Institutul de Fizică Nucleară din Novosibirsk, precum și la Institutul de Fizică și Tehnologie al Universității din Tomsk. O baterie nucleară, al cărei principiu de funcționare se bazează pe o reacție nucleară, are anumite perspective. Acesta este de obicei domeniul electronicii. Alături de ea sunt tehnologia militară, medicina și industria aerospațială. Am vorbit deja despre asta.

Concluzie

În ciuda costului ridicat al producerii bateriilor atomice, să sperăm că le vom vedea în continuare în telefoanele din viitorul apropiat. Acum câteva cuvinte despre elementul care va sta la baza bateriei. Tritiul este, desigur, de natură nucleară. Cu toate acestea, radiația acestui element este slabă. Dăuna sanatatea umana nu se poate. Organele interne și pielea nu vor fi deteriorate prin utilizarea cu pricepere. De aceea a fost ales pentru utilizare în baterii.