На фото: Новая российская атомная батарейка стала в десять раз мощнее и вдвое дешевле аналогов © НИТУ «МИСиС».
Ядерное питание: российские учёные создали атомную батарейку повышенной мощности
И даже человек может в носимых каких-то устройствах использовать. Вопрос, конечно, количества этих устройств", — рассказал руководитель конструкторского бюро Александр Косарев. Ведь жесткие диски хранят информацию в лучшем случае несколько лет. Американские разработчики решили, что пора переходить на вечные флешки. Их изготавливают из кварцевого стекла. Его можно облить водой, прокипятить, засунуть в микроволновку и облучить мощным магнитом.
Данные никуда не денутся. Он выдерживает обжигающую жару в тысячи градусов по Цельсию, хранит 360 терабайт информации. Такое количество данных заняло жесткий диск размером с мое тело", — поделилась журналист Александра Кардинале. При записи лазерный луч создает в прочнейшем кварце слои трехмерных кристаллических решеток. Чтобы считать информацию, сквозь них пропускают плоскополяризованный свет.
Кажется, идеальная технология будущего. Вот только сохранить что-то на новую флешку можно только один раз. Американские разработчики воспользовались открытием российских ученых и добавили в резину сверхпрочный графен. Кроссовки с такой инновационной подошвой носятся в два раза дольше обычных. Гибкость тоже улучшается, когда добавляется графен", — объяснил научный сотрудник Массачусетского технологического института Аравинд Виджайарагхаван.
Но на них устанавливали ядерные энергетические установки БЭС-5 «Бук», работавшие на уране. Их электрическая мощность составляла 3 кВт при тепловой мощности 100 кВт, что заметно превосходило показатели американских систем, работавших по несколько иному принципу. 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.
Она имеет компактный размер меньше монеты, поэтому оснащенные ею устройства смогут удивить маленькими размерами и минимальной толщиной. Если представители этой компании говорят правду, не преувеличивают, и ядерная батарея действительно будет производиться серийно, окружающие нас устройства приобретут новый вид и станут еще более удобными. Правда, людей часто пугают слова «ядерный» и «атомный» — оправдан ли страх того, что такая батарея будет вредить здоровью людей и природе?
Разработанная в Китае ядерная батарея сможет увеличить время работы смартфонов до 50 лет В Китае создали ядерную батарею для смартфонов О разработанной в Китае ядерной батарее твердят со всех щелей — например, о ней рассказали авторы Yahoo News. Ее создала основанная в Пекине компания Betavolt, представители которой уверяют, что аккумулятор уже прошел этап предварительного тестирования и в скором времени станет доступен для использования в смартфонах и другой электронике. Конструкция ядерной батареи BV100 Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров. Настолько крошечная деталь способна обеспечить мощность в 100 микроватт и напряжение в 3 вольта. На сегодняшний день это не особо впечатляющие показатели, но в 2025 году компания обещает выпустить батарею мощностью в 1 ватт, и это уже звучит более внушительно. Примерный внешний вид ядерного аккумулятора Betavolt Это интересно: В 2023 году в Японии открыли крупнейший в мире термоядерный реактор Как работают ядерные батареи В качестве источника энергии внутри аккумулятора используется изотоп никель-63.
В отличие от ядерного реактора, который производит энергию за счет деления ядерных частиц, радионуклидная батарея Betavolt работает по другому принципу.
Китайский стартап Betavolt представил компактную, безопасную и долговечную ядерную батарейку BB100 с изотопом Никель-63 и алмазными полупроводниками. Разработчики пояснили, что размер батарейки меньше монеты, а также то, что её хватит на 50 лет. Betavolt утверждает, что рабочие варианты батарейки проходят полноценные испытания и готовятся к серийному производству в 2025 году. Базовая структура этой ядерной батареи включает в себя два преобразователя, подложку, источник никеля-63 и защитный слой.
Российская «атомная батарейка» способна проработать 20 лет!
Смотрите видео онлайн «Атомная батарейка. 80 лет без подзарядки» на канале «Росатом» в хорошем качестве и бесплатно, опубликованное 17 июля 2023 года в 15:04, длительностью 00. атомная батарейка. Батарейку можно применять в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах. Области применения ядерных батарей разнообразны: в ближайшем будущем ядерные батарейки станут незаменимы на территориях, удаленных от инфраструктуры, например. Атомные батареи Betavolt могут удовлетворить потребности в долговременном энергоснабжении при различных сценариях, таких как аэрокосмическая промышленность. Российская «атомная батарейка» способна проработать 20 лет!
Атомные батарейки и зарядка по Wi-Fi: будущее рынка сохранения энергии
И вот очередная громкая новость: американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая способна проработать тысячи лет. Сейчас ученые патентуют свою технологию производства атомной батарейки на международном уровне. Петр Борисюк занимается разработкой атомной батарейки, способной работать без подзарядки порядка 80 лет.
Ядерное питание: российские учёные создали атомную батарейку повышенной мощности
Миниатюрную атомную батарейку разработали учёные НИТУ «МИСиС». Китайские ученые создали «вечную» ядерную батарею, которая может производить энергию до 50 лет без подзарядки. атомная батарейка. Батарейку можно применять в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах.
Российские физики уплотнили энергию ядерной батарейки в десять раз
Вы еще много раз меняли гаджеты, каждый раз используя в них одну и ту же батарейку — ту самую, первую. Затем вы завещали ее сыну. А он — вашему внуку. Потом она перешла к правнуку, к праправнуку и так далее. И все это время продолжала вырабатывать энергию — приблизительно 28 000 лет… Понимаем, что звучит это слишком смело даже для научной фантастики, и тем не менее есть реальные шансы, что подобная батарейка поступит в продажу в самое ближайшее время. Итак, что же такое — "тысячелетняя атомная батарея"? Начнем с того, что ее корпус сделан из необычного материала — синтетических наноалмазов. Внутрь корпуса помещен радиоактивный сердечник, изготовленный из переработанных ядерных отходов, — углерода-14.
Неудивительно, что улавливанию и нейтрализации этого элемента уделяется такое внимание. Александр Аникин, заместитель директора отделения, начальник научно-технического отдела разработки технологии и оборудования для получения изотопов и изотопной продукции ВНИИНМ им. Бочвара: «В прессе можно встретить сенсационные заявления о создании тритиевых батареек для смартфонов. Это, конечно, мечта: такой источник позволит телефону обходиться без подзарядки годами. Мы и сами просчитывали подобный вариант, но поняли, что пока он вряд ли возможен. Но все же их недостаточно для питания целого гаджета — либо батарейка будет слишком большой и потеряет одно из главных своих преимуществ, компактность». Батарея Радиоизотопные источники тока трудно назвать технологической новинкой. Существуют РИТЭГ и другие термоэлектрические батареи, которые используют распад нестабильных ядер для извлечения тепла и превращения его в электричество. В таких генераторах применяются достаточно мощные излучатели с большими потоками альфа- и бета-частиц высоких энергий стронций-90, америций-241 и даже плутоний-238 , позволяющие получать сотни ватт.
Тритий же считается мягким излучателем, его слабосильные бета-частицы на это неспособны. Зато изотоп отлично подходит для создания батарей другого типа — тех, что называют бета-вольтаическими, или просто атомными. Работают они почти так же, как фотоэлементы солнечных панелей, только полупроводниковый генератор тока в атомных батареях бомбардируется не фотонами, а бета-излучением. Попадание достаточно энергичной 1—100 тыс. На границе полупроводников с электронной N— и дырочной P— проводимостью возникают разница потенциалов и ток. Мощность его невелика, не более сотен микроватт, зато источник получается исключительно миниатюрным, долговечным и надежным. Ориентировочная стоимость: от 200—300 тыс.
При размерах всего 15 x 15 x 15 мм эта батарея в настоящее время рассчитана на 100 микроватт и 3 вольта. Конечно, такой мощности пока недостаточно для питания повседневных электронных устройств, таких как смартфоны. Однако она дает представление о будущих применениях. В частности, Betavolt предполагает, что при соблюдении соответствующих норм атомные батарейки могут использоваться потребителями для питания таких устройств, как мобильные телефоны, предлагая альтернативу частой подзарядке обычных аккумуляторов. Батарея не генерирует внешнего излучения, не воспламеняется и не взрывается в ответ на раздражители. Эта особенность также открывает путь к потенциальному применению в медицине, например, в кардиостимуляторах и искусственных сердцах. Что касается сроков, то сказать сложно.
Ученые из Научно-исследовательского института неорганических материалов имени академика Бочвара ВНИИНМ создали источники питания для аэрокосмической отрасли, работающие на тритии. Существует американский аналог изотопного источника питания, но российские ученые принципиально использовали только российские комплектующие. Но удельная активность потока бета-частиц в российских батареях выше», — рассказал начальник отдела разработки технологий и оборудования для изотопной продукции ВНИИНМ Александр Аникин.
Китай представил ядерную батарейку размером с монету, которой хватит на 50 лет
В России создали прототип атомной батареи, которая может работать без подзарядки 80 лет. По их заверениям, энергоэффективность атомных батареек настолько высока, что их можно ставить в пару с литиевыми аккумуляторами. Ядерные батарейки – это источники тока, в которых энергия радиоактивного распада метастабильных ядер преобразуется в электричество. Уникальность атомной батарейки еще и в размере. В сравнении с литий-ионными аккумуляторами, батарейка на основе никеля-63 в 30 раз компактнее. 28 тысяч лет без подзарядки: как устроена батарейка на ядерном топливе и насколько она безопасна?
Сделано в России
Китай представил ядерную батарейку размером с монету, которой хватит на 50 лет 16. Предлагаем вам ознакомиться с основными фактами об этой революционной новинке. Мини-атомная электростанция Представьте себе BV100 как крошечную электростанцию. В основе этой электростанции лежит никель-63, особый тип никеля. Этот радиоактивный элемент распадается, то есть с течением времени он изменяется естественным образом. В процессе распада выделяется энергия. Вместо того чтобы пустить эту энергию на ветер, BV100 использует ее в своих интересах.
Кроме высокой удельной мощности, важны также простота и удобство наработки радионуклида например, в атомном реакторе и такой параметр, как отсутствие гамма-излучения — поэтому, скажем, для ядерных батареек в кардиостимуляторах или датчиках артериального давления и показателей крови подходят только плутоний-238 и никель-63. Кроме выбора радиоизотопа принципиально важным является выбор схемы преобразования энергии ядерного распада в электричество. На практике преобразование ядерной энергии в электрическую осуществляется преимущественно по непрямому ступенчатому принципу: энергия альфа- и бета-частиц сначала превращаются в другие виды энергии, например в тепловую, химическую, механическую или световую энергию, а они уже превращаются в электричество. 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.
Опять же, как кто-то в комментах писал: в современном мире нужно обеспечивать безопасность таких источников питания. Как говорил профессор Лозовский, который у меня преподавал в универе: настоящие учёные - это люди, которые удовлетворяют своё любопытство за счёт государства или своих работодателей.
Он имел в виду конечно фундаментальную науку, людей, реально тронутых на науке и пытающихся понять, как устроен мир.
Это крайне редкий изотоп водорода, ядра которого содержат один протон и два нейтрона; он тяжелый и нестабильный, со временем полураспада около 12,3 года. В природе тритий образуется в верхних слоях атмосферы под воздействием космических частиц, которые сталкиваются с атомами летучих газов, а затем накапливается в Мировом океане. Но немалое количество этого элемента появляется на Земле в результате деятельности человека и заканчивает свою жизнь в хранилищах ядерных отходов.
Он образуется в ходе деления ядер урана в реакторах, появляется во многих других процессах с участием нейтронов — например, при борном регулировании цепной реакции. Здесь это побочный продукт, и не самый безопасный, требующий нейтрализации. Присутствие изотопа водорода на АЭС обязательно отслеживают. Причем чем выше температура, тем больше скорость его диффузии.
Поэтому для безопасности тритий выделяют, концентрируют и переводят в твердое состояние, чтобы утилизировать вместе с остальными радиоактивными отходами». На некоторых реакторах изотоп специально вырабатывают для подобных нужд, хотя это производство трудно назвать массовым. И даже такие количества требуют контроля специалистов. Излучение Распадаясь, радиоактивные элементы создают разные виды опасного излучения: это могут быть потоки ядер гелия альфа-излучение , высокоэнергетических фотонов гамма и электронов бета.
При распаде трития образуется почти чистое бета-излучение с частицами невысоких энергий. Они неспособны проникнуть сквозь кожу, а в воздухе пролетают всего несколько миллиметров. По словам Александра Аникина, небольшое количество молекулярного трития, даже попав в легкие, за время между вдохом и выдохом не сможет нанести серьезного вреда. Проблема в том, что это водород, а значит, он способен легко встроиться в молекулы воды, оказываясь в жидкостях тела и даже биологических полимерах, включая ДНК.
С учетом того, что 1 кюри соответствует 37 млрд Бк, легко подсчитать, что 1 г этого изотопа способен загрязнить десятки миллионов тонн воды, сделав ее опасной.
Что за ядерную батарейку создали российские учёные?
Но это лишь тепло; в начале миссии установка выделяла 292 Ватта электроэнергии. Большую эффективность при меньшем размере. Нет, период полураспада никуда не делся, но с ним проще «работать», если можно с легкостью рассчитать батарею для космического аппарата с серьезным запасом мощности на пару десятилетий, а то и больше. В батарейке МИФИ несколько иной принцип действия — изотоп в вакуумной камере нагревается до 1500 градусов Цельсия и начинает светиться. Вся поверхность капсулы усеяна наносферами из вольфрама — одного из самых тугоплавких материалов в мире напылять его приходится около 100 часов, чтобы обработать капсулу размером с обычное ведро.
Это несколько изменяет спектр излучения в нужном направлении и повышает эффективность изобретения. Вокруг капсулы еще одна камера, вся поверхность которой покрыта фотоэлементами. Они схожи по своей природе с солнечными батареями, но рассчитаны на длительную работу при высокой температуре и высокой интенсивности излучения. Внутренняя камера нужна для «сдерживания» радиоактивного плутония — она раскаляется до 1500 градусов Цельсия видимый человеческим глазом спектр свечения начинается уже после 527 градусов.
Изотоп находится там в вакуумном состоянии. Внешняя камера изнутри усеяна светопоглотителями. Петр Борисюк считает, что при нынешних конфигурациях батарея проработает 10 лет без проблем. А далее могут быть нужны замены элементов, окружающих светящуюся капсулу, проводков, электроники и так далее.
По сути, капсулу можно поместить в новый контейнер, и она продолжит работу в новой системе. Ученые представили установку, которая дает электричество за счет энергии полураспада изотопа плутония. Этакая мини-АЭС, способная работать без подзарядки 87 лет. Мощность батареи — до 500 Вт.
Этого хватает, чтобы запитать, например, метеостанцию в Арктике. Да что там, это вдвое больше, чем мощность «Кассини-Гюйгенс», при меньшем размере. Аппаратура на бортах космических аппаратов всегда зависит от мощности энергоустановок. Больше мощности дает возможность поставить аппаратуру получше.
Пока что прототип вышел размером с микроволновку.
Теоретически при этом можно перевести до 30-40 процентов тепла в электричество. Но для компактной «батарейки» такой метод не подойдет, нужны способы прямой конвертации — без промежуточного носителя. В них делящийся материал нагревает термопару, которая генерирует электрический ток между двумя разнородными проводниками с отличающейся температурой эффект Зеебека. Они довольно широко используются в космонавтике, а также на Земле в отдаленных от цивилизации местах. Например, они применялись как элементы питания в советских маяках вдоль Северного морского пути их было сделано более тысячи штук к концу 1980-х , или в американских долговременных зондах на океаническом дне.
Чаще всего они весят несколько центнеров и обладают электрической мощностью до нескольких сотен ватт. Но существовали даже электрокардиостимуляторы с радиоизотопным питанием. Они не применяются с 1972 года, а их носителей к 2020-му году осталось менее десятка. Проблема таких устройств в очень низкой эффективности — термопары обеспечивают преобразование лишь считаных единиц процентов тепла в электричество.
Расчеты, проведенные учеными, позволяют утверждать, что такой источник способен проработать не менее 20 лет без необходимости замены. Фото topwar. Российские исследователи предложили нанести радиоактивный элемент по обе стороны планарного p-n перехода. Это позволило сделать технологию изготовления элемента более простой. При этом появилась возможность контроля обратного тока, существенно влияющего на общую мощность батареи.
Например, на околоземной орбите спутнику достаточно солнечных батарей размером с 4 парковочных места. Для полета к Марсу понадобится вдвое большая площадь. К Юпитеру — еще увеличить раз в 8. Чем дальше от Солнца летит космический аппарат, тем меньше и меньше и меньше эффективность солнечных батарей. Поскольку абсолютно все тепло от работающей установки невозможно поглотить и передать на провода, она ощутимо нагревалась. Для космических аппаратов это оказалось даже плюсом — абсолютный минус черного межпланетного пространства уже не страшен. РИТЭГ давал спутникам и электричество, и тепло. Кстати, в фантастическом фильме «Марсианин» Ридли Скотта главный герой ищет решение — ему нужно поехать на ровере на большое расстояние. Чтобы не замерзнуть по ночам в зависимости от удаленности от полюсов температура там составляет от -80 С до -135 С , он берет с собой в путь небольшой РИТЭГ. А еще он первым сделал снимки спутников Юпитера и Сатурна. Стоит рассмотреть миссию «Кассини-Гюйгенс» — она проработала почти 20 лет, передала без малого полмиллиона снимков и 635 гигабайт разных данных. Станция несла зонд, который спустился на поверхность Титана спутник Сатурна, на котором есть вода в стабильном состоянии и прислал фото с нее. На борту было 32,8 килограмм чистого и свежего 238-го. Затраты на миссию вышли больше, чем в 3,2 миллиарда долларов, так что плутония было «всего» миллионов на 50. Но самое важное — такое количество вещества ни одна страна в мире не могла произвести и за пару лет. Станция имела мощность 880 ватт в 1997 и около 670 ватт в 2010. Но это лишь тепло; в начале миссии установка выделяла 292 Ватта электроэнергии. Большую эффективность при меньшем размере. Нет, период полураспада никуда не делся, но с ним проще «работать», если можно с легкостью рассчитать батарею для космического аппарата с серьезным запасом мощности на пару десятилетий, а то и больше. В батарейке МИФИ несколько иной принцип действия — изотоп в вакуумной камере нагревается до 1500 градусов Цельсия и начинает светиться. Вся поверхность капсулы усеяна наносферами из вольфрама — одного из самых тугоплавких материалов в мире напылять его приходится около 100 часов, чтобы обработать капсулу размером с обычное ведро. Это несколько изменяет спектр излучения в нужном направлении и повышает эффективность изобретения.