В России представили прототипы уникальных ядерных батареек, срок службы которых составляет более пятидесяти лет. Российские учёные из НИТУ "МИСиС" создали атомную батарейку, способную прослужить до 50 лет.
Почему ядерные батарейки так и не стали популярны? История почти забытой технологии
Первую опытную партию ядерных батареек для космоса и авиации изготовил «Росатом». Ученые НИТУ «МИСиС» разработали атомную батарейку с повышенной в десять раз мощностью. Российские ученые НИТУ «МИСиС» разработали атомную батарейку с рекордным сроком службы. Устройство ядерной батарейки можно сравнить с полупроводниковой солнечной батареей. Образец "ядерной батарейки" состоял из двухсот алмазных преобразователей, чередуемых слоями фольги из никеля-63 и стабильного никеля. Заново изобрели электричество: батарейка с сердечником из ядерных отходов будет работать 28 тысяч лет.
если пропустили:
- В России разработана атомная батарейка
- Поделиться
- Российские учёные создали прототип ядерной батарейки, которую можно не заряжать годами
- В России создали атомную батарейку со сроком службы до 20 лет
Российские ученые создали батарейку, работающую 100 лет
Такие источники энергии могут работать без подзарядки в течение нескольких лет. Об этом пишет издание Applied Physics Letters. Российские физики разработали определённую систему. В её основе лежит бета-распад никеля-63.
В процессе распада выделяется энергия. Вместо того чтобы пустить эту энергию на ветер, BV100 использует ее в своих интересах. Конструкция устройства позволяет улавливать энергию, выделяемую при распаде никеля-63, и накапливать ее для питания различных устройств. Между слоями никеля-63 в батарею встроены листы монокристаллического алмазного полупроводника толщиной всего десять микрон.
Такая сложная конструкция позволяет оптимизировать энергоэффективность батареи. Для каких применений? При емкости 3 300 мегаватт-часов BV100 имеет плотность энергии, более чем в десять раз превышающую плотность энергии обычных литиевых батарей.
Проверять правильность нанесения приходится с помощью атомно-силового микроскопа, который позволяет контролировать работу с точностью почти до атома. Мощность - 60 микроватт. Для сравнения: чтобы обеспечить энергией обычную лампочку, понадобится примерно десять миллионов таких устройств. Атомная электростанция в сердце У обывателя сразу возникает вопрос: а можно ли на основе этой технологии сделать батарейку для телефона или ноутбука и навсегда забыть фразу "у меня гаджет разрядился"? Но должен сразу предупредить: по размеру батарейка будет несопоставима с мобильником. Пока считают, что основное назначение атомной батарейки - питание кардиостимуляторов. Кому-то покажется страшноватой идея разместить внутри организма миниатюрный аналог атомной электростанции.
Но учёные уверяют: устройство абсолютно безопасно. Использование атомной батарейки позволит не менять источник энергии кардиостимулятора раз в 3-4 года, как это делается сейчас, всё-таки операция - штука не самая приятная. Вдобавок такой кардиостимулятор не раздражает металлоискатель. Ещё эту батарейку можно использовать в космических аппаратах - сейчас там стоят источники энергии, которые работают не больше двух десятков лет. И тогда "Вояджер" или "Пионер" нового поколения сможет улететь ещё дальше - туда, куда человечество никогда не добиралось. Для чего нужны изотопы 235U и 238U уран-235 и уран-238 - основное топливо для атомных электростанций, ядерное оружие. В смеси с тритием применяется в водородных бомбах. Предполагается, что он станет основой и для мирной термоядерной энергетики. Ещё дейтерий планируют использовать в медицине - чтобы лекарства в организме работали дольше. Ведутся эксперименты по использованию трития в генераторах энергии сверхмалой мощности - например, для питания радиометок или автономных датчиков.
Соотнесение радиоактивного 14С с его более стабильными родственниками 12С и 13С - главное средство для определения возраста биологических объектов.
Несмотря на это, воображение публики активно будоражит перспектива использования атомных аккумуляторов в мобильных устройствах. Но обо всем по порядку. Что именно представил Росатом на форуме? Павел Зайцев вполне откровенно говорит про скромные вольт-амперные характеристики, делая основной упор на длительный срок службы. Павел Зайцев предполагает использование своей ядерной батарейки в кардиологии, что вызывает большие сомнения при столь огромных размерах. Возможно эта ядерная батарея может рассматриваться как некий прототип получения электричества из изотопов, но Росатому потребуется уменьшить батарею в тысячи раз, чтобы соответствовать современным электрокардиостимуляторам. Совсем не порадовала стоимость ядерного аккумулятора - директор государственного унитарного предприятия объявил цену изотопа никеля в долларах!
Означает ли это, что основной компонент будет приобретаться за границей России? А сколько грамм необходимо на изготовление одного аккумулятора? Одновременно с этим было замечено, что потребуются также алмазные элементы также не ясно сколько? Какова же будет полная стоимость такой батарейки? Электрокардиостимуляторы в России устанавливаются по полису ОМС бесплатно в экстренных случаях или при наличии квоты. При недостаточности квоты и за электрокардиостимуляторы иностранного производства больным приходится оплачивать самостоятельно. Будут ли ядерные батареи устанавливаться за счет бюджета ОМС или пожилые люди должны будут приобретать их отдельно? Если бы руководство Росатома впомнило, что российские пенсионеры живут в режиме "день простоять и ночь продержаться", то, наверно, осознало бы тот нелепый диссонанс между космическим сроком службы и стоимостью.
Это наталкивает на мысль, что уважаемый Павел Зайцев активно осваивает средства, выделенные на НИОКР, ничуть не задумываясь о конечных пользователях.
Без зарядки 50 лет: в Китае разработали ядерную батарею
Он работал на бета-частицах стронция 90 по другому принципу — термоэлектрическому. Иначе говоря, как термопара: между холодным и разогретым от активного источника контактами возникало напряжение, током от которого и запитывали приборы. Для эвакуации последних РИТЭГов с автономных антарктических метеопостов в 2015 году, кстати, пришлось снаряжать полярную миссию. С тех пор российские автоматические метеостанции в труднодоступных районах электричество получают от ветряков. Секрет в специальных термофотоэлементах, которые эффективно преобразуют свет ближнего диапазона инфракрасного спектра в электричество. В итоге энергии теряется меньше. Правда, батарейка остается объектом лабораторных исследований. Оттого и многочисленные разъемы на окружающих корпус фланцах.
И радиоактивного изотопа внутри пока нет: разогрев рабочей капсулы имитирует обычная нить накаливания. Остальные параметры соответствуют проектным значениям, в том числе и напряжение на выходных клеммах. Захоронят по программе «Вакуум в рабочей камере нужен для исключения конвекционных потерь.
Потенциальные области применения таких батареек — космическая техника, медицина, телекоммуникационное оборудование, продукция военно-промышленного комплекса, объекты промышленности и инфраструктуры. Старший вице-президент АО ТВЭЛ по научно-технической деятельности, технологии и качеству Константин Вергазов считает, что разделение на центрифугах радиоизотопов — перспективное направление, открывающее для атомной промышленности новые рынки. Источники бета-излучения на основе криптона-85 применяются для точных измерений в метрологии, а вещества с содержанием углерода-14 являются основным средством при изучении метаболизма новых лекарственных и косметических препаратов», — отметил г-н Вергазов.
В топливную компанию «Росатома» ТВЭЛ входят предприятия по фабрикации ядерного топлива, конверсии и обогащению урана, производству газовых центрифуг, а также научно-исследовательские и конструкторские организации.
Фото: Los Alamos National Laboratory Срок работы спутников с «Буками» был заметно меньше: он составлял около полугода потом аппарат становился мусором, который летает вокруг Земли до сих пор , и это при более высоком весе ядерного топлива. Поэтому требовались регулярные запуски, с которыми то и дело не ладилось.
На смену БЭС-5 пришли ядерные установки «Топаз», которые были мощнее предшественников более чем в два раза. Однако новые системы получили лишь два спутника, и один из них был уничтожен. Фото: kerbalspaceprogram.
Однако какого-то значительного шага вперед с точки зрения эффективности сделано не было. Новые «атомные батарейки» устанавливали в автоматическую межпланетную станцию АМС «Улисс», изучавшую Солнце и Юпитер; в спускаемый зонд «Галилео» для исследования атмосферы Юпитера; в станцию «Кассини-Гюйгенс», которая исследовала Сатурн, его кольца и спутники; в АМС «Новые горизонты», выполняющую программу исследования объектов Солнечной системы. АМС «Улиcс».
Китай также предпринял попытки использовать технологию — в АМС «Чанъэ-3» и вездеходе «Юйту», прибывшем на Луну тем же «рейсом». Точно не известно, были это источники питания или обогреватели, так как данные разнятся. Что дальше?
В рамках него планируется разработать систему, которая позволит активнее путешествовать по Солнечной системе. Правда, это уже не «атомные батарейки», а стационарная система на обогащенном уране. Рендер реактора Kilopower с рассеивающим тепло «зонтом».
В 2019 году сообщалось о выделении средств — может, в 2024-м появится демонстрационная модель. Плутоний как топливный элемент Что касается «атомных батареек», то самые эффективные их образцы пока можно найти лишь в научной фантастике. В последнее время плутоний, уран и другие элементы таблицы Менделеева в качестве источников питания практически не рассматриваются.
Там он займется поисками признаков древней жизни, будет изучать грунт и искать лед. А вот дальнейшее применение технологии под вопросом — в том числе из-за недостатка плутония, которого было много благодаря холодной войне. Сейчас производить нужный элемент дорого, так как подходит не все сырье и объемы мизерные — сотни граммов в год.
Однако не только цена и технологические сложности стали преградой для развития этого источника энергии.
Transit 4A находится в нижней части — это цилиндр. Фото сделано незадолго до запуска в 1961 году. Это навигационный спутник, позволявший получать данные вне зависимости от погоды на поверхности.
Фото: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory Ей предшествовало появление SNAP-1 — тестовой платформы, в которой применяли цикл Ренкина цикл преобразования тепла в работу с использованием изотопа церия и ртути в качестве теплоносителя. Инженеры продолжили работу над проектом, пытаясь решить вопрос с защитой будущих астронавтов и груза от радиации, удержав вес системы в определенных рамках: иначе ракета не взлетит. В итоге «щитом» в SNAP-2 стал усеченный конус, заполненный гидридом лития. Реактор разместили вверху, капсулу с условной командой и грузом — за нижней частью.
Последовавшие испытания показали, что идея хороша, да только не работает: в определенных условиях, вероятность появления которых высока, смертельная доза радиации пройдет сквозь защиту. Кроме того, конструкция оказалась весьма взрывоопасной. Transit 4A. Атомные батарейки на плутонии-238, которого потратили 96 граммов, установили в навигационные спутники военных Transit 4A и 4B.
Они выдавали 2,5 Вт электрической энергии тепловая была намного больше. Это был 1961 год. Спустя еще примерно год Transit 4B и некоторые другие спутники были повреждены из-за проведенных США ядерных испытаний в рамках программы Starfish Prime. Тогда на высоте 400 километров взорвали 1,44-мегатонный заряд, устроив небесный фейерверк, а заодно повредив собственную технику.
Ведь ядерную энергию воспринимали как-то не всерьез. После проведения испытаний Starfish Prime во многих точках мира наблюдалось полярное сияние. Ошибок случалось немало, в том числе после того, как в гонку «радиоактивных» спутников включился СССР, который вначале использовал полоний-210, а затем перешел на уран-235. Иногда атомные батарейки падали в океан упоминается несколько случаев , другие горели в атмосфере или были уничтожены при запуске.
Были вопросы и к конструкции советских космических аппаратов: ситуацию можно сравнить с водителем, выбрасывающим весь мусор которого тонны из машины в окно — чего только не оказалось на мусорной орбите вокруг Земли! Собственный опыт и опыт «коллег» подтолкнул американских инженеров к тому, чтобы разработать системы, которые активируются лишь после удаления от Земли.
80 лет без подзарядки: в России создали атомную батарею
Возможно эта ядерная батарея может рассматриваться как некий прототип получения электричества из изотопов, но Росатому потребуется уменьшить батарею в тысячи раз, чтобы соответствовать современным электрокардиостимуляторам. Совсем не порадовала стоимость ядерного аккумулятора - директор государственного унитарного предприятия объявил цену изотопа никеля в долларах! Означает ли это, что основной компонент будет приобретаться за границей России? А сколько грамм необходимо на изготовление одного аккумулятора? Одновременно с этим было замечено, что потребуются также алмазные элементы также не ясно сколько? Какова же будет полная стоимость такой батарейки? Электрокардиостимуляторы в России устанавливаются по полису ОМС бесплатно в экстренных случаях или при наличии квоты. При недостаточности квоты и за электрокардиостимуляторы иностранного производства больным приходится оплачивать самостоятельно. Будут ли ядерные батареи устанавливаться за счет бюджета ОМС или пожилые люди должны будут приобретать их отдельно? Если бы руководство Росатома впомнило, что российские пенсионеры живут в режиме "день простоять и ночь продержаться", то, наверно, осознало бы тот нелепый диссонанс между космическим сроком службы и стоимостью.
Это наталкивает на мысль, что уважаемый Павел Зайцев активно осваивает средства, выделенные на НИОКР, ничуть не задумываясь о конечных пользователях. Аналогичную оценку "изобретения" Росатома дают пользователи социальных сетей: Едва ли ее где-нибудь получится использовать. Я более чем уверен, что бюджет как всегда освоили, часть его потратили на презентацию, а само изделие никто никогда не увидит : Заявленный срок службы 50 лет , как мы догадались - это как раз половина периода полураспада Ni63 100лет. Такую же логику используют ученые Бристольского университета в концептуальном ролике. В отличие от батарейки Росатома, бристольская атомная батарейка использует изотоп C14 и может работать 5730 лет! В Бристольском университете правда забыли поделить на 2, но и 2865 лет слишком много для кардиостимулятора.
При имеющейся конструкции в качестве действующего вещества вместо никеля-63 для этого можно было бы использовать более мощный полоний — источник альфа-излучения и посмотреть, что получится. Полониевые батареи и сейчас используются в космических аппаратах, только их КПД оставляет желать лучшего. КПД батарей российских учных теоретически могут дать куда больший результат.
Атомную батарейку можно применять в нескольких режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах длительное время.
При имеющейся конструкции в качестве действующего вещества вместо никеля-63 для этого можно было бы использовать более мощный полоний — источник альфа-излучения и посмотреть, что получится. Полониевые батареи и сейчас используются в космических аппаратах, только их КПД оставляет желать лучшего. КПД батарей российских учных теоретически могут дать куда больший результат. Атомную батарейку можно применять в нескольких режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах длительное время.
Она относится к так называемым бетавольтаическим элементам. Такой элемент питания состоит из двух частей: полупроводников — преобразователей энергии и радиоактивного элемента-излучателя. Исследователи разработали особую конструкцию микроканальную 3D-структуру атомной батареи, в которой расположение радиоактивного элемента изотопа никеля предотвращает потерю мощности, вызываемую обратным током. В числе прочих преимуществ разработчики отмечают упрощение технологии изготовления атомной батареи, что вдвое удешевляет её производство.
Применение такой батареи возможно лишь в специальных микроэлектронных устройствах, в том числе в приборах, работающих в критических условиях — в космосе, под водой или в горах, отмечают исследователи. Например, в качестве аварийного источника питания небольших датчиков.
Атомная батарейка в современном мире
Российские ученые создали атомную батарейку энергия которой выше в 10 раз по сравнению с предшествинниками. Что это: атомная батарейка размером с монету, которая может работать до 20 лет. «Ядерная батарейка» впервые разработана в России, передает РИА «Новости».
Атомные батарейки и зарядка по Wi-Fi: будущее рынка сохранения энергии
Планируемая мощность батареи может достигать 500 Вт. Этого достаточно, чтобы, к примеру, обеспечить метеостанцию на Крайнем Севере, отмечают автора ролика. Атомные батареи предлагаю использовать в качестве источника питания для космических аппаратов, объектов Арктики и кардиостимуляторов.
Полупроводниковые преобразователи служат для преобразования в электричество энергии, излучаемой тритием — радиоактивным изотопом водорода. Тритиевые «батарейки» могут служить в течение 15 лет.
Источники питания мощностью 200 нановатт могут использоваться в датчиках различных аэрокосмических приборов, микросхем и т.
Например, в качестве аварийного источника питания небольших датчиков. Несмотря на относительную безопасность для человека и возможность работать до 20 и более лет, атомные батарейки пока не находят применения в быту из-за дороговизны производства. В настоящий момент разработка МИСиС проходит процедуру международного патентования, а сам вуз признан зарубежными экспертами «одним из ключевых участников мирового рынка бетавольтаических батарей».
Созданная установка преобразовывает энергию полураспада в электричество.
Как отмечают авторы опубликованного видеоролика, плутоний излучает 87 лет, а, например, америций-241 — 432 года. Планируемая мощность батареи может достигать 500 Вт.
80 лет без подзарядки: в России создали атомную батарею
Почему никель-63? Сегодня ученые НИЯУ МИФИ занялись исследованием возможностей использования никеля-63 в качестве радиоизотопа для ядерных батарей в гражданском секторе. Это наиболее перспективный радионуклид: в миниатюрном элементе питания от излучаемого этим изотопом мягкого бета-излучения легко создать защиту, а его период полураспада - более 100 лет - достаточно длительный. Группа ученых из Института ЛаПлаз под руководством Петра Борисюка предложила оригинальную физическую систему, позволяющую провести эффективную генерацию вторичных электронов непосредственно внутри наноструктурированных пленок никеля и значительно увеличить токовый сигнал, вызванный многократными соударениями излучаемых изотопом бета-частиц. Эта система является относительно простой, она представляет собой ансамбль плотно упакованных нанокластеров никеля, наночастицы которого осаждены на поверхности диэлектрика — оксида кремния. Ключевая особенность предложенной системы заключается в том, что наночиастицы никеля распределены по размерам, средний размер частицы постепенно изменяется в выделенном направлении. И в этом же направлении происходит увеличение электрических зарядов. Таким образом, формирование нанокластерных пленок никеля-63 с градиентным распределением наночастиц по размерам позволяет совместить сразу два важных процесса: во-первых, формировать покрытия с фиксированной разностью потенциалов определяется разницей размеров наночастиц в выделенном направлении ; во-вторых, осуществлять преобразование энергии бета-распада в электрический ток без использования дополнительных сложных полупроводниковых систем.
В природе изотопа никель-63 не существует. Он получается в специальных ядерных реакторах, поэтому цена 1 г изотопа запредельная. Явно не для батареек смартфонов. Вечерний 3DNews Каждый будний вечер мы рассылаем сводку новостей без белиберды и рекламы. Две минуты на чтение — и вы в курсе главных событий. Материалы по теме.
Там получены два прототипа бета-гальванических батарей пока еще мощнее российских. Работают американские изделия по схожему принципу — преобразовывают радиоактивное бета-излучение в электрический ток. Прототипы атомной батарейки NDB испытывались в Ливерморской национальной лаборатории и в "атомной" лаборатории Кембриджского университета.
В компании NDB разработчик батарейки полагают, что источник позволит "вечно" снабжать энергией хоть смартфон, хоть крылатую ракету, находящуюся долгое время в автономном полете к цели. Создатели атомных батареек уже добились большого прогресса в уменьшении габаритов. Американская батарейка, к примеру, не превышает в размерах обычный микрочип, не требует обслуживания.
Она позволяет обеспечивать значительным количеством электроэнергии целую серверную крупного предприятия. Единственный недостаток американского устройства — быстро выходит из строя. С появлением мобильных атомных источников питания эксперты ожидают настоящий бум " на рынке мобильной электроники.
Электронные гаджеты разного типа смогут оснащаться не только упрощённой версией атомной батарейки, но также и более сложной конфигурацией с повышенной выработкой электроэнергии. Стоить самая простая батарейка будет в недалеком будущем примерно 100 долларов. Самые дорогие обойдутся в одну тысячу долларов США.
Особая пористая структура обеспечивает увеличение эффективной площади преобразования бета-излучения в 14 раз, что в результате дает общее увеличение тока. В итоге при уменьшении размера самой батареи в три раза ее удалось сделать в 10 раз более мощной при том же сроке годности, как и ее предыдущие менее мощные аналоги — до 20 лет. Однако специалисты уже смотрят в будущее, чтобы увеличить еще больше удельную мощность батареи и заставить ее работать до 50 лет и больше.
При имеющейся конструкции в качестве действующего вещества вместо никеля-63 для этого можно было бы использовать более мощный полоний — источник альфа-излучения и посмотреть, что получится.
В России создана атомная батарейка: может работать до ста лет
Заново изобрели электричество: батарейка с сердечником из ядерных отходов будет работать 28 тысяч лет. Конструкция ядерной батареи BV100. Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров. Атомные батареи Betavolt могут удовлетворить потребности в долговременном энергоснабжении при различных сценариях, таких как аэрокосмическая промышленность. Новость «Ученые разработали атомную батарейку для космических кораблей» вызвала бы определенный интерес. Российские ученые разработали прототип ядерной батарейки мощностью до 100Вт, которая может работать с помощью бета-распада никеля-63.