stringtranslate.com

Оптоэлектрическая ядерная батарея

Оптоэлектрическая ядерная батарея [ требуется ссылка ] (также радиофотоэлектрическое устройство , радиолюминесцентная ядерная батарея [1] или радиоизотопный фотоэлектрический генератор [2] ) — это тип ядерной батареи , в которой ядерная энергия преобразуется в свет , который затем используется для генерации электрической энергии . Это достигается путем попадания ионизирующего излучения , испускаемого радиоактивными изотопами , на люминесцентный материал ( сцинтиллятор или фосфор ), который, в свою очередь, испускает фотоны , которые генерируют электричество при попадании на фотоэлектрический элемент.

Технология была разработана исследователями Курчатовского института в Москве . [ требуется ссылка ]

Описание

Бета -излучатель, такой как технеций-99 или стронций-90, подвешен в газе или жидкости, содержащей люминесцентные газовые молекулы эксимерного типа , образуя «пылевую плазму». Это позволяет практически без потерь испускать бета -электроны из излучающих пылевых частиц. Затем электроны возбуждают газы, эксимерная линия которых выбрана для преобразования радиоактивности в окружающий фотоэлектрический слой, так что теоретически может быть реализована легкая, низконапорная, высокоэффективная батарея . (На практике существующие конструкции тяжелые и требуют высокого давления.) Эти нуклиды являются относительно недорогими радиоактивными отходами ядерных энергетических реакторов . Диаметр пылевых частиц настолько мал (несколько микрометров), что электроны из бета-распада покидают пылевые частицы почти без потерь. Окружающая слабоионизированная плазма состоит из газов или газовых смесей (таких как криптон , аргон и ксенон ) с эксимерными линиями, так что значительная часть энергии бета-электронов преобразуется в этот свет. Окружающие стенки содержат фотоэлектрические слои с широкими запрещенными зонами , такими как алмаз , которые преобразуют оптическую энергию, генерируемую излучением, в электрическую энергию. [ необходима цитата ]

Немецкий патент [3] [4] дает описание оптоэлектрической ядерной батареи, которая будет состоять из эксимера аргона, ксенона или криптона (или смеси двух или трех из них) в сосуде высокого давления с внутренней зеркальной поверхностью, тонко измельченного радиоизотопа и прерывистой ультразвуковой мешалки, освещающей фотоэлемент с запрещенной зоной , настроенной на эксимер . Когда бета-излучающие нуклиды (например, криптон-85 или аргон-39 ) испускают бета-частицы, они возбуждают свои собственные электроны в узкой эксимерной полосе при минимальных тепловых потерях, так что это излучение очень эффективно преобразуется в электричество в фотоэлектрическом слое с большой запрещенной зоной (например, в pn-алмазе). Электрическая мощность на единицу веса, по сравнению с существующими радионуклидными батареями, может быть увеличена в 10-50 раз или более. Если сосуд высокого давления изготовлен из углеродного волокна / эпоксидной смолы , то говорят, что соотношение мощности к весу сопоставимо с воздушно-реактивным двигателем с топливными баками. Преимущество этой конструкции в том, что не нужны прецизионные электродные сборки, и большинство бета-частиц покидают мелкодисперсный объемный материал, внося вклад в чистую мощность батареи.

Недостатки

Неотъемлемый риск отказа, вероятно, ограничит применение этого устройства космическими приложениями, где мелкодисперсный радиоизотопный источник извлекается из безопасной транспортной среды и помещается в газ высокого давления только после того, как устройство покидает околоземную орбиту. [ необходима цитата ]

Как проект «сделай сам»

Простая бетафотоэлектрическая ядерная батарея может быть создана из легкодоступных тритиевых пробирок (стеклянных трубок, заполненных тритием, покрытых радиолюминесцентным фосфором ) и солнечных элементов . [5] [6] [7] Одна конструкция, включающая 14 тритиевых пробирок размером 22,5x3 мм, производила 1,23 микроватт при максимальной мощности 1,6 вольт. [5] Другая конструкция объединяла батарею с конденсатором для питания карманного калькулятора в течение одной минуты за раз. [8]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Хун, Лян; Тан, Сяо-Бин; Сюй, Чжи-Хэн; Лю, Юнь-Пэн; Чэнь, Да (2014-11-01). «Радиолюминесцентные ядерные батареи с различными слоями фосфора». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел B: Взаимодействие пучков с материалами и атомами . 338 : 112–118. doi :10.1016/j.nimb.2014.08.005. ISSN  0168-583X.
  2. ^ МакКлвин, Дж. В.; Усельман, Дж. (1979). «Фотоэлектрический генератор на радиоизотопном топливе». Ядерные технологии . 43 (3): 366–372. doi :10.13182/NT79-A19224. ISSN  0029-5450.
  3. ^ Jurewitsch, Boody, Fortov, Hoepfl (27 января 2000 г.). «Сверхкомпактная радионуклидная батарея, полезная для космических аппаратов, содержит частицы радионуклидной пыли, взвешенные в газе или плазме (DE000019833648)». patentscope.wipo.int . Получено 30 августа 2020 г.{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  4. ^ Jurewitsch, Boody, Fortov, Hoepfl (27 января 2000 г.). «Сверхкомпактная радионуклидная батарея, пригодная для космических аппаратов, содержит частицы радионуклидной пыли, взвешенные в газе или плазме (патент Германии DE19833648)». freepatentsonline.com . Получено 21 февраля 2016 г.{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  5. ^ ab NurdRage. "Создайте тритиевую ядерную батарею или радиоизотопный фотоэлектрический генератор". instructables.com . Получено 01.09.2020 .
  6. ^ G. Heaton. "Тритиевая ядерная батарея (бетафотоэлектрическая)". hackaday.io . Получено 01.09.2020 .
  7. ^ Пул, Ник. «Руководство по сборке ядерной батареи». sparkfun.com . Получено 01.09.2020 .
  8. ^ G Heaton. "Калькулятор на ядерной энергии". hackaday.io . Получено 01.09.2020 .