Конструкция ядерной батареи BV100. Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров. В Китае создали компактную ядерную батарею, которая может проработать 50 лет. Уникальность атомной батарейки еще и в размере. В сравнении с литий-ионными аккумуляторами, батарейка на основе никеля-63 в 30 раз компактнее. С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи.
Атомная батарейка: разработан прототип, способный держать зарядку тысячи лет
Также известно, что атомная батарейка может быть создана на основе изотопа америций-241, в этом случае устройство будет работать 432 года. Что это: атомная батарейка размером с монету, которая может работать до 20 лет. Ядерная батарейка работает на изотопе никель-63.
Атомная батарейка: разработан прототип, способный держать зарядку тысячи лет
Об этом сообщает пресс-служба вуза. Разработка описана в научном журнале Applied Radiation and Isotopes. Новая батарейка преобразует энергию радиоактивного распада в электрическую и может использоваться для питания микроэлектронной аппаратуры. 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.
Надо просто подождать, чтобы эти отходы перестали быть радиоактивными. К сожалению, это занимает тысячи и миллионы лет. Это также требует очень много денег, чтобы контролировать безопасность в течение этих многих лет.
Так как мы используем графитовые реакторы, Англия создала 95000 тон графитовых блоков содержащих радиацию. Этот графит только один из форм углерода, простой и стабильный элемент, но если положить эти блоки в высоко радиоактивное место, то тогда часть углерода превращается в углерод14. Углерод14 может превратиться обратно в обычный углерод12 когда её дополнительная энергия уйдет. Но это очень долгий процесс потому что период полураспада углерода14 составляет 5730 лет. Это значит, что возможно убрать большинство радиации нагревая их - большинство радиации выходит как газ, который потом может быть собран.
Оставшиеся графитовые блоки все-равно радиоактивны, но не так сильно, это значит, что утилизировать их будет проще и дешевле. Радиоактивный углерод14 в форме газа, может быт переделан при низких давлениях и высоких температурах в алмаз - это еще одна форма углерода. Искусственные алмазы, сделанные из радиоактивного углерода, излучают поток бета-излучения, которое может создать электрический ток. Это дает нам ядерную энергию алмазной батареи. Там нет движущейся частей, ее не надо обслуживать, алмаз просто производит электричество.
Так как алмаз самое твердое вещество на свете, то ни какое другое вещество не может дать такую защиту для радиоактивного углерода14. Поэтому снаружи можно обнаружить очень маленькое количество радиации. Но это почти то же самое количество радиации, сколько выделяет банан, так что оно совсем безопасно.
Батарея якобы уже передана клиентам для изучения, а по-настоящему мощный 1-Вт элемент будет представлен в 2025 году. Сообщается, что аккумулятор будет полностью безопасным, так как на него не будут влиять температура воздуха и другие факторы. Также отмечается, что проблем с утилизацией быть не должно — к концу эксплуатации почти все радиоактивные элементы попросту распадутся. Эта разработка, как и множество других подобных в США, России и в других странах, использует источник изотопов, который выделяет энергию при радиоактивном бета-распаде. У таких батарей низкий КПД на уровне единиц процентов, но работать они могут десятилетиями, поэтому, например, нашли применение в качестве бортовых систем питания межпланетных станций, которые направляются вглубь Солнечной системы. Пригодные для использования в массовой электронике портативные прототипы атомных бета-гальванических батарей безуспешно пытаются создать в США, России и не только.
Безопасна ли она для человека и будет ли ее производство дорогим? Компания-разработчик Betavolt заявляет, что это первая в мире подобная батарея. Внутри нее содержится 63 ядерных изотопа, при этом ее размер меньше монеты, сообщает газета Independent. Основное преимущество состоит в том, что ни жара, ни холод не могут нанести вред радионуклидной батарее. Между тем разработчики утверждают, что она совершенно безвредна и безопасна. Действительно ли она безопасна для человека и будет ли производство батареек дорогим, рассказывает доцент кафедры радиохимии химического факультета МГУ Владимир Петров: — Будет дорогой однозначно. Изотоп никеля-63 получают из никеля-62, это один из природных изотопов никеля, но, чтобы этот никель-63 был чистым, нужно из природной смеси изотопов никеля выделить именно никель-62, для массового потребления это будет недешево.
Ученые создали атомную батарейку. Она может работать 20 лет
| Почему не делают смартфоны и ноутбуки на атомных батарейках? И могут ли они появиться в будущем? | Такая атомная батарейка будет экологически безопасна и безвредна для человека за счёт производимого мягкого бета-излучения (и отсутствия опасной гаммы). |
| Как делают ядерные батарейки и зачем они нужны — Журнал «Луч»: объединяем жителей атомных городов | Учитывая, что батарейка которая указана в новости будет в продаже только в конце этого года, скорее у вас была другая батарейка, и может не ядерная, хз. |
Российская армия получит портативные атомные источники электропитания военной техники
| Российская «атомная батарейка» способна проработать 20 лет! | Два года назад учёные Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» представили компактную атомную батарейку. |
| Ядрена батарейка | И вот очередная громкая новость: американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая способна проработать тысячи лет. |
В России создали «ядерную батарейку» для космоса и авиации
Главным преимуществом таких элементов перед гальваническими выступает их долговечность — период полураспада некоторых радиоактивных изотопов может составлять десятки лет, следовательно, мощность элемента будет оставаться постоянной в течение всего этого периода. К сожалению, эффективность бета-вольтических генераторов сильно уступает химическим. Тем не менее, радиоактивные генераторы все-таки использовали в 70-х годах для питания кардиостимулятров, однако впоследствии их вытеснили литий-ионные аккумуляторы, дешевизна изготовления которых перевесила долговечность бета-вольтических элементов. В построенном ими элементе бета-частицы испускались радиоактивным изотопом никеля-63, а в качестве поглотителя выступали алмазные барьеры Шоттки. Эффективность батарейки составила примерно десять микроватт на сантиметр кубический, а суммарная мощность достигла одного микроватта — такой мощности достаточно, чтобы питать кардиостимулятор.
В то же время, период полураспада никеля-63 составляет около ста лет. Следовательно, в одном грамме батарейки запасено около 3300 милливатт-час, что в десять раз превышает энергию обычной химической батарейки. Построенная исследователями ядерная батарейка состоит из двухсот ячеек, в которых радиоактивные пластинки никеля-63 чередуется с алмазными барьерами, подложками и электрическими контактами. Эффективность работы отдельной ячейки определяется толщиной никелевой фольги и алмазного слоя, который поглощает частицы и ионизируется.
В самом деле, если толщина никелевой пластинки слишком велика, бета-частицы не успевают ее покинуть; с другой стороны, сильно уменьшать толщину тоже не выгодно, поскольку вместе с ней уменьшается число производимых частиц.
Исследователи разработали особую конструкцию микроканальную 3D-структуру атомной батареи, в которой расположение радиоактивного элемента изотопа никеля предотвращает потерю мощности, вызываемую обратным током. Эффективная площадь преобразования бета-излучения в электрическую энергию в сравнении с аналогами увеличилась в 14 раз, что в результате дало общее увеличение тока. 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. 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.
Это очень много, но с учётом отсутствия буферных зон — конденсаторов или литийионных аккумуляторов, большая часть электроэнергии будет просто уходить в никуда. Суть в том, что пока не будет придумано хранилище для излишков энергии, смысла в таких батарейках нет. Российская разработка в этом смысле почти идеальна — небольшой размер, отсутствие потерь энергии и высокий КПД. Её стоимость может оказаться в десятки раз ниже, чем зарубежных аналогов Константин Ян Научный сотрудник факультета физики Сямэньского университета в Китае Кто первый взял, того и тапки С точки зрения перспектив эксперты ожидают первого технологического "взрыва" на рынке мобильной электроники. Ноутбуки, смартфоны, смарт-часы, фитнес-трекеры и вообще любое устройство "интернета вещей" может быть оснащено как упрощённой версией атомной батарейки, так и "топовой" конфигурацией с повышенной выработкой электроэнергии. Средняя цена "простой" версии на будущее — примерно 100 долларов. Цена за атомную батарейку верхнего уровня — около одной тысячи долларов США.
Неуловимый русский "Посейдон". Почему США так боятся ядерного удара из глубин Кроме электроники такие источники питания могут служить отличным средством для зарядки аккумуляторов в электрических автомобилях. Пока не известно, купит ли себе патент на производство атомных батареек Илон Маск, но перспектива использования в транспорте сумасшедшая. По сути, владелец электрической машины больше не будет "привязан" к зарядной станции, а литийионный аккумулятор с атомной батарейкой внутри и генератором будет заряжаться практически сразу, как возникнет такая необходимость. В результате может получиться электромобиль с неограниченным запасом хода. Эксперты в области энергетики отмечают, что после начала производства таких батареек мир может вступить в новую энергетическую гонку, по сравнению с которой гонка вооружений может оказаться детской шалостью. Её суть будет заключаться в том, что атомная энергия в привычных объёмах понадобится только для гражданских объектов, в то время как вся промышленность может быть переведена на автономное энергоснабжение. Однако директор завода по производству автомобильных комплектующих Евгений Чистяков отметил, что экономика такого энергоснабжения ещё не посчитана.
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. 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.
Ядерная батарейка: в России создали источник питания, работающий 50 лет
Новости 17. Не существующий в природе радиоизотоп никель-63 обладает уникальными свойствами мягкого бета-излучения без опасного гамма-излучения. Изотоп никеля-63 первоначально наработали с помощью облучения стабильного изотопа никель-62 в исследовательском реакторе ИВВ-2М Института реакторных материалов входит в научный дивизион «Росатома». В Радиевом институте имени В.
Ключевая особенность системы основана на том, что вследствие размерной зависимости энергии Ферми наличие пространственно неоднородного распределения металлических наночастиц по размерам приводит к пространственному перераспределению заряда в такой системе. Это означает, что в электропроводящей системе соприкасающихся друг с другом металлических наночастиц, средний размер которых монотонно изменяется в выделенном направлении, в этом же направлении должна регистрироваться разность потенциалов. Таким образом, формирование нанокластерных пленок никеля-63 с градиентным распределением наночастиц по размерам открывает уникальную возможность и 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 63Ni в ток электронов без использования дополнительных сложных для реализации полупроводниковых систем. Главным вопросом, которому посвящена разработка НИЯУ МИФИ, является исследование электрофизических свойств формируемой нанокластерной пленки никеля и подбор оптимальных параметров эксперимента для создания эффективного преобразователя энергии бета-распада 63Ni в электричество. Первичные результаты, подтверждающие возможность реализации такой системы, ранее были опубликованы коллективом авторов в престижном журнале Applied Physics Letters. Однако оказалось, что данные наноструктурированные пленки могут использоваться в качестве селективного фотоэмиттера — системы с перераспределенным спектром излучения в заданном спектральном диапазоне. Как показали проведенные эксперименты, процесс окисления данной пленки приводит к образованию оксидной оболочки поверх металлического ядра нанокластера.
Таким образом, при окислении металлической пленки формируется ансамбль металлических нанокластеров с пространственным распределением нанокластеров по размерам и имеющих слой оболочку оксида.
Сейчас отечественные разработчики занимаются получением международного патента на свое изобретение, которое, нужно отметить, признали ведущие мировые эксперты, а в Research and Markets российский "МИСиС" назвали одним из основных участников глобальной отрасли бетавольтаических батарей.
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. Теплопроводность в сердцевине изделия отсутствует, и нужно добиться, чтобы как можно больше энергии альфа-распада переходило в излучение, — объясняет Петр Борисюк. Но так в теории — чтобы проверить это, вскоре мы проведем натурный эксперимент».
Атомная батарейка. 80 лет без подзарядки
Betavolt планирует выпустить версию ядерной батарейки на 1 ватт к 2025 году. Этим они отличаются от атомных реакторов, в которых для этого используется управляемая цепная ядерная реакция. По их заверениям, энергоэффективность атомных батареек настолько высока, что их можно ставить в пару с литиевыми аккумуляторами. Российская «атомная батарейка» способна проработать 20 лет! Ядерные батарейки способны бесперебойно питать элементы годами, пока не достигнут периода полураспада радиоактивного изотопа.
Что за ядерную батарейку создали российские учёные?
В батарейке МИФИ несколько иной принцип действия — изотоп в вакуумной камере нагревается до 1500 градусов Цельсия и начинает светиться. "Росатом" изготовил первую опытную партию компактных ядерных батареек. И вот очередная громкая новость: американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая способна проработать тысячи лет.
Российские ученые создали атомную батарейку с зарядом на 20 лет
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.
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.
Это смартфоны, дроны и многие другие устройства, требующих постоянного источника питания. Известно, что атомная батарея основана на 63-ядерных изотопах, которые после периода распада превращаются в стабильный изотоп меди. Путём многочисленных экспериментов ужалось доказать, что батарейка безопасна и не генерирует внешнего излучения. Таким образом никакой радиации нет, а значит батарейка подойдёт для повседневного использования.
Основные компоненты ядерной батареи состоят из преобразователя, подложки, источника никеля-63 и защитного слоя. Она имеет модульную структуру, где каждый модуль состоит, по меньшей мере, из двух преобразователей и одного слоя никеля-63. В настоящее время батарея проходит стадию пилотных испытаний, а китайская компания планирует уже совсем скоро запустить её в серийное производство. Сложно сказать, насколько данный продукт обладает высокой масштабируемостью.
Пожалуй, разумная цена и возможность выпускать миллионы батарей в год и определят успех данной технологии. Пока ни одна разработка, которая ранее казалась перспективной, так и не нашла путь на массовый рынок.
Благодаря неупругому рассеянию, возникающему из-за присутствия монокристаллического алмаза, конструкция предотвращает самопоглощение тепла радиоизотопом и обеспечивает быстрое преобразование в электроэнергию". Фото: Nano Diamond Battery Тесты, проведенные в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса и Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, подтвердили, что атомная батарейка безопасна для человека и окружающей среды: радиационный фон вокруг нее остается в норме. А алмазная оболочка выполняет дополнительную функцию — защищает устройство от возможных повреждений.
По их заверениям, энергоэффективность атомных батареек настолько высока, что их можно ставить в пару с литиевыми аккумуляторами — и Nano Diamond Battery будет не только питать устройство, но еще и подзаряжать аккумулятор. По заявлениям представителей стартапа, с двумя компаниями уже заключены предварительные контракты на поставку атомных батарей, правда, названия этих компаний пока держатся в тайне. Если предположить, что все действительно обстоит именно так, как нам обещают, то на горизонте маячит событие невероятного, глобального масштаба: полный переворот всей энергетики человечества. В самом деле: абсолютно все конечные устройства, потребляющие электричество, — смартфоны, компьютеры, кардиостимуляторы, телевизоры, стиральные машины, автомобили, станки, космические корабли и что еще можно придумать — перестанут нуждаться во внешнем питании на ближайшие 28 тысяч лет. Электростанции станут никому не нужны, линии электропередачи будут заброшены, все розетки демонтированы, а в каждой лампочке появится собственный источник электричества, которого хватит примерно на тысячу человеческих поколений...
Он имел в виду конечно фундаментальную науку, людей, реально тронутых на науке и пытающихся понять, как устроен мир. А без развития фундаментальной науки её прикладные области инженерия просто не смогут развиваться. Ну и напоследок, а получают ли эти люди достойную зарплату?