На фото: Новая российская атомная батарейка стала в десять раз мощнее и вдвое дешевле аналогов © НИТУ «МИСиС». Компактные «атомные батарейки» со сроком службы до 50 лет крайне востребованы в приборах и системах, где замена источников питания затруднительна, высокозатратна или.
80 лет без подзарядки: в России создали атомную батарею
Результаты исследования были опубликованы в международном научном журнале Applied Radiation and Isotopes. Батарейку можно применять в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах, а также в труднодоступных или абсолютно не доступных местах: в космосе, под водой, в высокогорных районах.
При этом выделяется тепло, его и переводили в электрическую энергию. Как пустить тепло по электрическим проводам? На тот момент уже были известны разные методы.
Термоэлектрический — если спаять два провода из разных металлов и нагревать один из них, то по ним пойдет ток. Позже появился термофотоэлектрический — улавливать «детектором» в инфракрасном спектре фотоны. Или даже термоэлектрический конвертер, начинка которого из расплавленных солей натрия и серы при нагреве тоже даст электричество. В общем, перевод энергии из одного вида в другую не был проблемой.
Период полураспада — срок жизни изотопов. У 238-го он 87,7 лет. Через этот срок в килограмме лишь половина вещества останется изотопом, а остальная часть избавится от «лишних» электронов и в данном случае превратится в уран-234. Через еще 87,7 лет останется лишь 250 граммов.
Не получится загрузить на борт космического аппарата десяток батареек и менять их по мере надобности — они все начинают работу еще до того, как их подключают к системе. Постоянное уменьшение количества радиоактивного топлива означает и уменьшение тепла и электричества. Но не все так плохо. В космосе не только светло, но и темно В батарейках на основе диоксида плутония-238 увидели смысл в космической промышленности.
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.
Активно занимались проблемой уменьшения габаритов источников питания в США.
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.
Выбор ядра для атомной батареи из широкого спектра радионуклидов, используемых в радиоизотопной энергетике, зависит от конкретной цели, для которой создается источник питания, режима его эксплуатации и целого ряда других условий. Области применения ядерных батарей разнообразны: в ближайшем будущем ядерные батарейки станут незаменимы на территориях, удаленных от инфраструктуры, например, в Арктике, на больших глубинах, на газо- и нефтепроводах большой протяженности, в космосе, а также в связи и медицине — там, где нужен длительный мониторинг без возможности подзарядки или замены источников энергии. 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. Требование безопасного радиоизотопа резко сужает круг потенциальных кандидатов, поскольку ядра при распаде должны либо все переходить в основное состояние дочернего ядра, либо заселять возбужденные состояния дочернего ядра с очень низкой вероятностью.
Кроме выбора радиоизотопа, принципиально важным при разработке радиоизотопных источников энергии является и выбор схемы преобразования энергии ядерного распада в электричество. На практике преобразование ядерной энергии в электрическую осуществляется преимущественно по непрямому ступенчатому принципу: кинетическая и кулоновская энергия альфа- и бета-частиц сначала превращаются в иную, например, тепловую, химическую, механическую, световую и т. Это наиболее перспективный радионуклид в бета-вольтаике — средняя энергия бета-частиц 63Ni 17.
Создана самая маленькая ядерная батарея — с ней смартфоны будут работать 50 лет без подзарядки
Ранее канал «Наука» рассказал об изотопе урана. На сайте могут быть использованы материалы интернет-ресурсов Facebook и Instagram, владельцем которых является компания Meta Platforms Inc.
Тритиевые «батарейки» могут служить в течение 15 лет. Источники питания мощностью 200 нановатт могут использоваться в датчиках различных аэрокосмических приборов, микросхем и т. Ранее канал «Наука» рассказал об изотопе урана.
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. Но это очень-очень дорого и сложно.
Потребуется много радиоактивного материала, батарейки начнут вскрывать, а это уже вопросы безопасности производства, использования и переработки», — сообщил в разговоре с RT Сергей Леготин. В настоящий момент разработка МИСиС проходит процедуру международного патентования, а сам вуз признан зарубежными экспертами «одним из ключевых участников мирового рынка бетавольтаических батарей», отмечает пресс-служба университета. С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи, пишет RT.
Способов много, но проблемы все те же: низкая удельная мощность готового устройства из-за необходимости в экранировании, а также из-за низкой эффективности методов преобразования физика процессов накладывает фундаментальные ограничения.
Способов, кстати говоря, так много, что в формате простого ответа на ваш вопрос даже перечислить было бы сложно. Повысить эффективность таких устройств обещают метаматериалы, но прирост эффективности все равно вряд ли превысит десятки процентов. Что же касается высокой стоимости радиоизотопных источников электричества, то она обусловлена сложностями с выбором делящегося материала. Ведь для этого нужны такие вещества, которые при собственной достаточно высокой активности в процессе распада не будут давать чрезмерно активных продуктов и нейтронов, иначе потребуется еще более мощное экранирование. Да и утилизация такого устройства окажется большой проблемой.
Кроме того, гамма-излучатели и источники нейтронов безопасно использовать пока вовсе не получится. Пожалуй, ближе всего к образу «атомной батарейки» для компактной электроники — бетавольтаические тритиевые элементы питания. Они выглядят как этакие золотистые чипы, или похожи на пузатые банковские карточки.
«Это совершенно безопасно» — в Китае создали ядерную батарейку размером меньше монеты
Ядерные батарейки – это источники тока, в которых энергия радиоактивного распада метастабильных ядер преобразуется в электричество. Атомные батарейки, то есть источники электрического тока, получающие энергию от распада радиоактивных веществ. Ядерная батарейка вошла в Единый отраслевой тематический план научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ «Росатома». Ученые НИТУ «МИСиС» представили инновационный автономный источник питания — компактную атомную батарейку, которая может работать до 20 лет.
Ученые создали атомную батарейку. Она может работать 20 лет
Причём батарейка может быть применена в нескольких функциональных режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах. В Китае изобрели атомную батарейку, способную работать без подзарядки 50 лет. Атомные батареи Betavolt могут удовлетворить потребности в долговременном энергоснабжении при различных сценариях, таких как аэрокосмическая промышленность. Российские ученые НИТУ «МИСиС» разработали атомную батарейку с рекордным сроком службы.
Ядерное питание: российские учёные создали атомную батарейку повышенной мощности
| Ученые создали атомную батарейку. Она может работать 20 лет | Если политика позволит, атомные батареи дадут возможность никогда не заряжать мобильный телефон, а дроны, которые могут летать только 15 минут, смогут летать непрерывно". |
| Российские ученые создали атомную батарейку, которая может работать 20 лет — Нож | Ученые НИЯУ МИФИ вплотную подошли к созданию ядерной батарейки принципиально нового типа. |
| Российские ученые создали атомную батарейку, которая может работать 20 лет — Нож | Атомная батарея Nickel-63 diamond β-volt представляет собой алмазный полупроводниковый преобразователь и лист никеля-63 толщиной 2 мкм, уложенный слоями. |
В России создали «ядерную батарейку» для космоса и авиации
Betavolt планирует выпустить версию ядерной батарейки на 1 ватт к 2025 году. В России представили прототипы уникальных ядерных батареек, срок службы которых составляет более пятидесяти лет. Атомная батарея Nickel-63 diamond β-volt представляет собой алмазный полупроводниковый преобразователь и лист никеля-63 толщиной 2 мкм, уложенный слоями. «Ядерная батарейка» впервые разработана в России, передает РИА «Новости».
«Ядерные батарейки» для космической техники
Новая батарейка преобразует энергию радиоактивного распада в электрическую и может использоваться для питания микроэлектронной аппаратуры. 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. 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.
Ядерная батарейка уже проходит испытания и в будущем будет готова к серийному выпуску и использованию в коммерческих продуктах. Правда, конкретные сроки, как и стоимость, пока не озвучены. Стоит отметить, что рабочий цикл в 50 лет избыточен для обычных смартфонов, которые пользователь меняет каждые несколько лет.
При этом они втрое уменьшили размеры и одновременно увеличили энергоемкость в 10 раз. Но они пока не готовы сказать, когда подобные решения появятся в массовом производстве. Это тоже интересно:.
Новая разработка имеет бетавольтаический элемент с двусторонним нанесением радиоактивного элемента и оригинальной трехмерной структурой, из-за чего данный источник питания имеет небольшие размеры, повышенную удельную мощность, а также низкую себестоимость при массовом производстве. В перспективе новинку можно будет применять как источник питания в том числе и аварийный , а также датчик температуры, в разного плана устройствах, эксплуатация которых подразумевается в труднодоступных и удаленных местах с экстремальными температурами - космос, высокогорье, большие водные глубины.
Что за ядерную батарейку создали российские учёные?
По сути наш атомный элемент питания представляет из себя слоистый пирог. Промеж 200-т алмазных полупроводников стоят 200 источников энергии, выполненных из никеля 63. Высота источника энергии составляет около 4 мм. Его вес равен 250 миллиграмм. Маленький размер — это большой плюс для Российской атомной батарейки. Сложно отыскать нужные габариты.
Большая толщина изотопа не даст появившимся в нем электронам выйти. Маленькая толщина не выгодна, так как снижается количество бета распадов в единицу времени. То же самое и с толщиной полупроводника. Лучше всего батарейка функционирует при толщине изотопа около 2-х микрон. А алмазного полупроводника 10 микрон.
Но то что удалось достигнуть ученым на данный момент не является пределом. Выхлоп можно повысить еще минимум в три раза.
И спрос на такие источники питания для космических проектов будет безграничным.
Самый больной вопрос — когда будет налажен широкий промышленный выпуск атомных батареек. Оптимисты, которых немало в России, надеются, что первые партии будут получены уже в 2021 году. Параллельно ведутся исследования по удешевлению стоимости атомных источников питания.
Такие исследования проводили в 2019 году британские ученые. Активно занимались проблемой уменьшения габаритов источников питания в США. 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.
Устройство может безопасно, автономно и без подзарядки давать электроэнергию десятки лет», — сообщает «Росатом». Созданная установка преобразовывает энергию полураспада в электричество. Как отмечают авторы опубликованного видеоролика, плутоний излучает 87 лет, а, например, америций-241 — 432 года.
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. Есть проекты повышения этого показателя вкупе с удешевлением РИТЭГов: либо за счет добавления фотоэлектрических преобразователей как в солнечных панелях, только для инфракрасного излучения , либо за счет использования двигателей Стирлинга.
Использовать продукты распада напрямую для выработки электричества тоже можно, особенно если они имеют заряд альфа- и бета-частицы. Способов много, но проблемы все те же: низкая удельная мощность готового устройства из-за необходимости в экранировании, а также из-за низкой эффективности методов преобразования физика процессов накладывает фундаментальные ограничения. Способов, кстати говоря, так много, что в формате простого ответа на ваш вопрос даже перечислить было бы сложно. Повысить эффективность таких устройств обещают метаматериалы, но прирост эффективности все равно вряд ли превысит десятки процентов.
Что же касается высокой стоимости радиоизотопных источников электричества, то она обусловлена сложностями с выбором делящегося материала.