Новый атомный источник питания, над которым работают в России, на основе источника бета-излучения (преобразуется в электроэнергию) изотопа никель-63 может почти 50 лет снабжать электронные устройства питанием. Как ранее , специалисты Томского политехнического университета станут единственным в стране поставщиком услуг по облучению мишени, которая создана из стабильного изотопа никеля-62.
Напомним, ранее специалисты ГХК совместно с сотрудниками Сибирского аэрокосмического университета имени Решетнева (СибГАУ) разработали технологию изготовления батарей, которые используют «мягкий» бета-распад радиоизотопа никель-63. Проект стал одним из лауреатов конкурса, который проводился Министерством образования и науки РФ. Теперь данный процесс подходит к опытным испытаниям.
«Мы уже изготовили мишени, никель-62 в Железногорске уже наработали, в октябре мы планируем загрузить мишени в реактор, примерно год уйдет на это. То есть, в конце 2016 года мы наработаем никель-63. К 2017 году появится первый прототип такой батарейки, раньше ожидать преждевременно» , - рассказал директор ФГУП ГХК (Горно-химический комбинат, входит в «Росатом») Петр Гаврилов .
Перспективу применения данной батарейки ее создатели видят в в космической индустрии, различных подводных системах, медицине и оборонной промышленности, а в перспективе и в транспортной индустрии. Кроме того, в сравнении с литий-ионными аккумуляторами, батарейка на основе никеля-63 в 30 раз компактнее, экологически безопасна и безвредна для человека за счет производимого мягкого бета-излучения, которое самопоглощается внутри аккумулятора: «Наши специалисты ездили в клиники Швейцарии и швейцарские медики очень заинтересовались изобретением для использования в кардиостимуляторе» .
Сегодня единственным препятствием повсеместного распространения «ядерных батареек» выступает их высокая стоимость. По оценкам экспертов, стоимость 1 грамма радиоактивного никеля составляет порядка 4000 долларов, а изготовление одной «батарейки» может обойтись в 4,5 миллиона рублей. Такое затратное производство объясняется сложной технологической цепочкой получения изотопа никель-63, не существующего в природе. Его можно наработать только на специальных ядерных реакторах, которые есть на трех российских предприятиях. Впрочем, если наукоемкие и технологичные устройства успешно апробируют технологию, то и необходимый для них объем будет расти, а себестоимость одной батарейки - падать. Будем надеяться, что отечественным ученым удастся сделать технологию доступной широкой общественности как можно скорее.
Разрабатываемая атомная батарейка на основе углерода-14 отличается рядом преимуществ по сравнению с атомными батарейками на основе других радиоактивных изотопов, а именно: экологичностью, дешевизной и длительным периодом эксплуатации. Эти преимущества обеспечиваются, во-первых, за счет применения в атомной батарейке углерода-14 в качестве радиоактивного источника. Период полураспада этого элемента составляет 5700 лет и при этом, в отличие, например, от Ni-63, углерод-14 нетоксичен и отличается низкой стоимостью.
Технология находится в процессе разработки!
Атомная батарейка:
Атомная батарейка — эта технология , которая базируется на идее преобразования энергии, которую излучает радиоактивный источник, в электрическую энергию. Простейшая атомная батарейка состоит из источника излучения и отделенного от нее диэлектрической пленкой коллектора. При распаде радиоактивный источник испускает бета-излучение, вследствие чего он заряжается положительно, а коллектор — отрицательно и между ними возникает разность потенциалов.
Над созданием источников питания, которые могли бы работать за счет энергии радиоизотопов, сейчас трудятся ученые по всему миру. Образцы ядерных батареек существуют и в России, и в США, и в других странах. При этом в качестве радиоактивных источников используется тритий, Ni-63 и углерод-14.
Атомная батарейка на основе углерода -14 отличается рядом преимуществ по сравнению с атомными батарейками на основе других радиоактивных изотопов, а именно: экологичностью, дешевизной и длительным периодом эксплуатации.
Эти преимущества обеспечиваются, во-первых, за счет применения в атомной батарейке углерода-14 в качестве радиоактивного источника. Период полураспада этого элемента составляет 5700 лет и при этом, в отличие, например, от Ni-63, углерод-14 нетоксичен и отличается низкой стоимостью.
Второе отличие атомной батарейки на основе углерода-14 состоит в том, что в качестве «подложки» под радиоактивный элемент используется принципиально новая структура – пористая карбидокремниевая гетероструктура. Технология производства карбидной пленки путем ее наращивания на готовой кремниевой подложке «методом эндотаксии» позволяет уменьшить стоимость «подложки» в 100 раз, что делает атомную батарейку дешевой.
Неоспоримым плюсом карбидокремниевой гетероструктуры также является ее устойчивость к радиации . При излучении изотопа она остается практически неизменной, что и позволяет говорить о том, что такая атомная батарейка будет работать неограниченно долгое время.
Карбид кремния — это тоже полупроводниковый материал. Он химически более устойчив, способен работать при температуре до 350 градусов. Кремниевые датчики температур работают максимум до 200. Карбид кремния работает при температуре на 150 градусов выше. Он в 10 раз радиационно пассивнее и устойчивее, чем кремний.
Преимущества атомной батарейки на основе углерода-14:
— углерод-14 нетоксичен,
— низкая стоимость атомной батарейки по сравнению с другими атомными батарейками на основе других радиоактивных источников,
— длительный период эксплуатации — срок службы более 100 лет,
— безопасность. Бета-излучение обладает малой проникающей способностью и задерживается оболочкой атомной батарейки,
— возможность работать в экстремальных условиях – при сверх низких и высоких температурах.
Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com
Новая система земледелия Овсинского И.Е....
Стеклоткань
Биоразлагаемые пакеты
Резина для шин, экономящая до 30% горючего...
Утилизация опасных отходов, содержащих тяжелые мет...
Снижение вязкости нефти
Берегоукрепление дамбами в чрезвычайных ситуациях...
Утеплитель эковата для монолитного утепления и зву...
Тема сегодняшней статьи - радиоизотопные термоэлектрические генераторы , или проще - ядерные батарейки. Те самые штуковины, которые используют на севере в необслуживаемых навигационных маяках, в космических зондах и даже в искусственных сердцах! Вещь распространенная, однако слухов и страхов вокруг нее больше, чем фактов. Рассмотрим подробней, что же на самом деле представляет из себя такая «батарейка» со сроком службы в 10-20 лет.
Радиоизотопный термоэлектрический генератор (РТГ, РИТЕГ, англ. - radioisotope thermoelectric generator, RTG) является ядерным электрическим генератором, который конвертирует энергию радиоактивного распада в электрическую энергию. Правда, не на прямую, а опосредованно - сначала энергия распада преобразуется в тепловую, а та, в свою очередь, преобразуется в электрическую при помощи так называемых термопар. Остановимся на этом процессе детальней.
Начнем с термопар . Они представляют из себя соединение двух (как правило - металлических) проводников, разница в температуре которых генерирует слабый электрический ток. Это явление называется эффектом Зеебека . Наиболее распространенная и простая для представления термопара - соединение медного и алюминиевого проводов. Если один конец соединения такой пары нагреть, а другой наоборот - охладить, на холодном проводнике начнут скапливаться электроны, что и приведет к возникновению электрического тока. Чем выше разница в температуре проводников в месте соединения, площадь соединения и толщина самих проводников, тем лучше.
Понятно, что большие сплавы проводников сложно нагревать и охлаждать, они тяжелы и требуют много места, поэтому термопары в электрогенераторах, основанных на этом принципе, выполняют в виде последовательностей большого количества небольших соединений. Такие блоки термопар соединяют между собой для получения необходимых силы тока и напряжения. Хорошим показателем для одной термопары является напряжение порядка 40 микровольт на 1 кельвин температурной разницы.
Из этой мизерной величины, думаю, становится понятно, что КПД такого термоэлектрического генератора будет очень низок. Даже с применением современных дорогих полупроводников в качестве основы термопар на практике он не превышает 3-7% от затраченной тепловой энергии. Поэтому, говорить о какой-то феноменальной мощности РТГ не приходится.
Вернемся к нашим ядерным «батарейкам». Описанные последовательности термопар нагреваются в таком генераторе при помощи тепла, образующегося при распаде радиоактивного материала. Как известно, радиоактивный распад сопровождается выделением тепла. Чем быстрее радиоактивный материал распадается, тем больше при этом выделится тепла. Таким образом, в РТГ радиоактивное топливо, распадаясь, образует радиоактивное излучение, которое конвертируется в тепло. Тепло, в свою очередь, конвертируется в электроэнергию.
Конструктивно это реализовано так: термопары в самом генераторе обращены горячей стороной (проводником, имеющим положительный заряд) вовнутрь, а холодной стороной (проводником, имеющим отрицательный заряд) к оболочке генератора и соединены с радиатором теплоотвода, чтобы обеспечивать максимальную разницу температуры. Все особенности устройства того или иного типа радиоизотопного термоэлектрогенератора сводятся к тому, чтобы увеличить долговечность и повысить КПД устройства.
Отсюда следуют требования к «топливу», тому самому радиоактивному материалу, который будет распадаться и обеспечивать нас «теплом»:
.jpg)
Плутоний 238, раскаленный собственным распадом
1. Период полураспада должен одновременно быть длительным, чтобы обеспечивать батарею теплом, но в то же время таким, чтобы при распад шел достаточно интенсивно и сопровождался выделением большого количества радиоактивного излучения. Здесь приходится выбирать между мощностью батареи и ее «сроком службы». Чем короче период полураспада, тем радиоактивней вещество и выше тепловая энергия, выделяемая при распаде, тем выше «мощность» батареи. И наоборот, чем менее радиоактивно вещество (дольше период полураспада), тем меньше мы получим тепла и тем слабее будет наша батарея, но прослужит дольше. Как правило, выбирают изотопы с периодом полураспада в 80-90 лет со сроком службы в 10-50 лет, однако специализированные мощные батареи могут иметь срок службы и в полгода. Ценой сами знаете чего.
2. Топливо должно производить большее количество тепла на единицу массы и объема. Тонна плутония 239 (используется в ядерном оружии и АЭС) будет таким же радиоактивным, как примерно 3,6 килограмма плутония 238 и производить такое же количество тепла. Тонны урановой руды под поверхностью Земли, к примеру, согревают жизнь бактериям на глубине в несколько километров. Однако, ключевое слово здесь - тонны. Чем радиоактивней топливо, тем меньшая масса нужна для получения нужного эффекта.
3. Радиоактивное излучение, образуемое в результате распада, должно легко преобразовываться в тепло. Оно так же не должно быть проникающим. Нейтронное и гамма-излучение по этим причинам не подходят. Лучше всего подойдет альфа-излучение, так как почти не требует экранирования. Бета-излучение и рентгеновское уже требуют защитную свинцовую оболочку, что ведет к увеличению веса установки. Это не критично для стационарных наземных генераторов, но играет большую роль в случае использования в космических аппаратах, удорожая стоимость их запуска.
В настоящее время, самым распространенным топливом для РТГ является плутоний 238 - он обладает периодом полураспада в 87,7 лет, относительно низкую составляющую гамма и нейтронного излучения, и, в связи с этим, практически не требует защитного экранирования, в большинстве случае достаточно толщины самого корпуса генератора.
В Советском Союзе для питания РТГ удаленных необслуживаемых маяков также широко применялся стронций 90, который имея меньший период полураспада, значительную составляющую гамма-излучения (и, как следствие - меньше получаемого тепла на единицу массы) был дешевле. Экономика должна быть экономной!
В настоящее время ведутся активные исследования по применению в качестве топлива америция 241 , который лучше плутония 238 периодом полураспада - 432 года. Даже не смотря на то, что «энергоемкость» его в 4 раза ниже плутония, а доля нежелательного проникающего излучения выше, перспектива питать устройства столетиями выглядит заманчиво. В любом случае по всем параметрам такого рода топлива это второе лучшее после плутония 238 решение.
Теперь остановимся на сроке службы «генераторов». Как уже можно было догадаться, он зависит от типа выбранного топлива и для плутония 238 составляет -0.87% от исходной мощности за год работы. Однако и здесь не все так просто. Не забываем, что наши термопары тоже имеют свой срок службы и со временем, под воздействием постоянного радиоактивного излучения и высокой температуры деградируют. Быстрее, чем распадается топливо. К примеру, батарея зонда Voyager -1, запущенного в космос в 1977 году, к 2001 году имела 315 Ватт мощности вместо проектных 420 Ватт. Реальное уменьшение мощности за 24 года работы составило 25%.
КПД по преобразованию тепла в электричество, как уже сообщалось, у генераторов, использующих принцип Зеебека, весьма не высок и на практике редко превышает 5%. Так что, серьезным источником РТГ никем никогда не считались, до мощи, ассоциируемой с ядерной энергетикой, им — как часовым батарейкам до дизельных электрогенераторов. Однако, и здесь ведутся работы по улучшению. Правда, от оригинальной конструкции в перспективной разработке NASA осталось только преобразование радиоактивного излучения в тепло.
Речь идет о совмещении теплового двигателя Стирлинга (работающего как раз за счет разницы температур), генератора и, собственно, радиоактивного изотопа. Напомню коротко принцип работы двигателя Стирлинга: рабочее тело (газ) расширяясь и сжимаясь в холодном и горячем цилиндрах (либо в разных частях одного цилиндра) двигает поршень посредством теплового расширения либо теплового сжатия.
Сам газ не покидает двигателя, постоянно циркулируя внутри него. Такие двигатели еще называют двигателями внешнего сгорания (по аналогии с двигателями внутреннего), так как, тепло для нагревания газа необходимо брать извне. КПД и мощность двигателя Стирлинга зависит от все той же разницы температур холодного и горячего отсеков (силы сжатия и расширения газа). А теперь представим себе безграничные возможности для охлаждения в космосе и постоянный источник тепла в виде теплового стержня радиоизотопного топлива. По расчетам специалистов NASA, такой генератор будет иметь КПД в 20% — 25%, что уже намного лучше 3%-5% для РТГ.
И, напоследок, поговорим о самом животрепещущем вопросе - радиационной безопасности наших ядерных батареек. Пожалуй, самой знаменитой является фотография «занедбаних та спаплюжених» советских «маячных» генераторов на стронции 90, валяющихся на какой-то прибрежной свалке. Смотрите мол, вот к чему это все ведет, разобранные вандалами на металлолом, источники радиационного загрязнения окружающей среды валяются тут и там, излучая излучение, отравляя радиоактивной отравой все живое и как бы призывая террористов сделать из них «грязную бомбу ». На заднем плане не хватает гигантских крыс-мутантов.
В реальности все немного не так. Документированных случаев акта вандализма по отношению к отслужившим свое генераторам зафиксировано не было. Правда, в основном потому, что эти генераторы, якобы, особо не документировались. Вы верите в то, что в СССР могли без учета разбрасывать ядерные технологии? Я — нет. В интернете так же есть информация о каких-то грузинских пастухах, проспавших возле заброшенного РТГ холодной ночью, чтобы согреться. Их потом доставили в больницу с радиационными ожогами, а РТГ забрали. Кто, когда, куда, где? Ничего.
.jpg)
Страшные истории про радиоизотопные генераторы на этом заканчиваются, дальше идет вполне себе положительная и хорошо документированная статистика. Из 33 американских миссий с использованием плутониевых РТГ, 5 окончились аварией при запуске, либо вхождении в атмосферу . При этом, из 5 аварий только одна привела к повреждению контейнера с топливом РТГ при его сгорании в атмосфере, что привело появлению следов плутония 238 в атмосфере над Мадагаскаром через несколько месяцев после аварии. Судя по тому, что массового радиационного отравления не произошло и даже снят мультфильм, последствий этот выброс не возымел.
Советские спутники с РТГ на борту проблем не имели вообще никогда. Страшилки про падающие в океан военные и метеорологические зонды, доверху наполненные радиоактивной радиацией касаются аппаратов , оснащенных полноценными бортовыми ядерными реакторами, которые изначально проектировались так, чтобы упасть, а радиоактивная часть - сгореть в атмосфере.
Также успокою тех, кто боится, что с помощью топлива РТГ террористы смогу сделать атомную бомбу. Ни со стронцием 90 из советских РТГ ни с плутонием 238 из американских ядерной бомбы не получится . Эти изотопы слишком нестабильны, чтобы достичь критической массы и в дальнейшем поддерживать цепную реакцию деления ядер. Более того, добавление подобного изотопа в компоненты нормальной ядерной бомбы приведет к уменьшению силы взрыва , так, как своей высокой активностью этот компонент вызовет преждевременное начало ядерной реакции до того, как будут достигнуты оптимальные условия критической массы заряда.
Что касается грязной бомбы,
то и здесь для террористов все плохо. Топливо в том виде, в котором его можно снять с РТГ, во-первых, слишком горячее (рабочая температура тепловой головки 500-600 градусов Цельсия), во-вторых, таки да, радиоактивная, излучение действительно может быть очень вредным, на столько, что приготовить из этого всего рабочую бомбу можно не успеть. Ну и в-третьих, живет недолго по сравнению с радиоактивными отходами АЭС, достать которые значительно проще. В итоге, делать бомбу из постоянно очень горячих, опасных для самого подрывника элементов, по радиационному воздействию на единицу веса сравнимых с урановой рудой, не очень выгодно. Разве что, моральный эффект от использования плутония (ужос!ужос!) в бомбе выгодно отличал бы новостные заголовки от расплывчатого «радиоактивные отходы».
Подводя итоги, хочу сказать, что данный вид получения электроэнергии безусловно интересен, прежде всего, своей автономностью. Например, в США известны случаи, когда в пепле кремированных граждан находили рабочие радиоизотопные термоэлектрогенераторы, которые забыли удалить при подготовке к похоронам. Даже в таких малых корпусах, достаточных для работы кардиостимуляторов, генераторы сохраняли работоспособность, пережив кремацию носителя. Оба Вояджера своей длительной работой также обязаны установленным на них РТГ, как и энергетические установки американской лунной программы Apollo. Прогнозы погоды от Гидрометцентра России мы тоже получаем, в том числе, благодаря ядерным батарейкам. И даже камчатских крабов едим при их опосредованном участии. Так что, не пугайтесь, если услышите в новостях страшное «спутник с радиоизотопным генератором».
p align=»center»>Чадящий дизелем КамАз на ближайшей стройке гораздо вредней.
Наконец на нашей аккумуляторной поляне засветился Росатом, показав на форуме «Атомэкспо-2017» ядерную батарейку со сроком службы не менее 50 лет. Пользуясь этим знаменательным поводом, рассмотрим перспективы использования мирного атома для мобильных устройств.
Атомный (ядерный) аккумулятор - это все-таки батарейка, а не аккумулятор, так как - это по определению одноразовый источник электрического тока, без возможности перезаряда. 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? Генеральный директор ФГУП «НИИ НПО Луч», Павел Зайцев заявил, что представленный источник, работающий на изотопе Ni63, способен в течение 50 лет выдавать 1mkW с напряжением 2V. Павел Зайцев вполне откровенно говорит про скромные вольт-амперные характеристики, делая основной упор на длительный срок службы. Наверно, исключительно из личной скромности, Генеральный директор ФГУП «НИИ НПО Луч» указал в технических характеристиках только мощность, а не общепринятую ёмкость. Но мы не будем придавать этому большое значение и просто рассчитаем ёмкость:
C = 0,000001W * 50 лет * 365 дней * 24 часа / 2V = 219mA
Получается, что ёмкость ядерной батарейки, размером с небольшой универсальный аккумулятор , всего лишь как у литий-полимерного (Li-Pol) аккумулятора для блютуз наушников! 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 (!) 4000USD/грамм. 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?), но стоимость которых (уже в рублях) колеблется от 10 000 до 100 000 рублей за штуку. 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 Ni 63 (100лет). Такую же логику используют ученые Бристольского университета в концептуальном ролике. В отличие от батарейки Росатома, бристольская атомная батарейка использует изотоп C 14 и может работать 5730 лет! В Бристольском университете правда забыли поделить на 2, но и 2865 лет слишком много для кардиостимулятора. Уникальность бристольской концепции заключается в том, что проблема ядерных отходов решается путем переработки их в ядерные батарейки .
Если внимательно прослушать и перевести текст этого ролика, то открывается гораздо больше интересной информации. Сначала подробно рассказывается о происхождении изотопа С 14
С 1940 Англия сделала много ядерных реакторов научного, военного и гражданского назначения. Все эти реакторы используют уран как топливо, а внутри реактор сделан из графитовых блоков. Эти графитовые блоки используются в процессе ядерного расщепления, позволяя контролировать цепную реакцию, которая даёт постоянный источник тепла. Это тепло потом используется, чтобы превратить воду в пар, которое потом крутит турбины, чтобы сделать электричество. Ядерные электростанции производят ядерные отходы, которые необходимо безопасно утилизировать. 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 углерод 14 . Углерод 14 может превратиться обратно в обычный углерод 12 когда её дополнительная энергия уйдет. Но это очень долгий процесс потому что период полураспада углерода 14 составляет 5730 лет.
Недавно ученные из университета Bristol"s Cabot Institute продемонстрировали, что углерод 14 концентрируется в блоках радиацией снаружи. 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 углерод 14 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. Чтобы она была безопасной для нашего использования она покрывается слоем не радиоактивного алмаза, который полностью поглощает всю радиацию и превращает её в электричество почти на 100%. 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 углерода 14 . Поэтому снаружи можно обнаружить очень маленькое количество радиации. Но это почти то же самое количество радиации, сколько выделяет банан, так что оно совсем безопасно. Как мы уже сказали только половина углерода 14 распадается через каждый 5730 лет, это значит что наша батарея-бриллиант имеет удивительное время жизни - она разрядится на 50% только в 7746 году. Эти бриллиантовые батареи будут лучше всего использованы там, где нельзя менять обычные батарей. Например в спутниках для космических исследований или для имплантированных устройств, таких как кардиостимуляторы.
Мы просим всех отправлять свои предложения на #diamondbattery. Разработка этой новой технологии решила бы много проблем, например: ядерного мусора, чистого электричества и увеличения срока службы батарей. Это перенесет нас в "бриллиантовый век" производства энергии.
Очень красивая концепция ученых из Бристоля 2016 года и очень скромная коробочка Росатома возможно (?) когда-нибудь будут доработаны до алмазных электростанций, но никак не ядерных батареек для мобильных устройств. Сложно будет уговорить людей ходить с Фукусимой в кармане, даже если за это начнут доплачивать.
Использование атома в мирных целях - это один из спорных вопросов современности, если учесть, что энергетика - это наиболее монополизированная отрасль экономики, когда в цене KW электроэнергии более 90% составляют налоги и сборы. Эффективность мирного атома вызывают сомнения, так как в цену условно дешевой атомной энергии не включается стоимость техногенных последствий. Поэтому некоторые страны, в том числе Германия и Япония приняли решение полностью отказаться от использования атома в энергетике. Ведь развивая возобновляемые источники энергии, можно не только полностью отказаться от атомной энергии, но и создать высокотехнологическую отрасль с миллионами высококвалифицированных рабочих мест.
Подводя итог, мы, скорее всего, имеем очередную технодурилку типа "Супераккумулятор ", а не прорывное "изобретение" бриллиантового века. Другими словами, применять мирный атом в микроэнергетике - это что свинью брить - визгу много, а шерсти мало!
Мобильные телефоны появились около сорока лет назад. Прогресс не стоит на месте. Вряд ли в те времена кто-то мог мечтать о том, что когда-нибудь появится атомная батарейка для телефона. Прогресс позволил добиться существенных прорывов во многих сферах, особенно в последнее время. Данный обзор будет посвящен применению атомных аккумуляторов в современных электронных устройствах.
Современные технологии
Рынок электроники является одним из наиболее перспективных направлений. С каждым годом эта сфера развивается все более динамично. Еще недавно в продажу поступили iPhone 3, а сегодня уже можно купить iPhone 8. Специалистам пришлось пройти большой путь, чтобы порадовать пользователей совершенными с аппаратной точки зрения устройствами. Это же касается Windows Phone и Android. Несколько лет назад телефон на базе ОС Android был чем-то удивительным.
Все дети мечтали поиграть в игры, где управлять действиями главного героя можно было путем поворота экрана. Этим сегодня уже трудно удивить. Даже первоклашки используют iPhone и не чувствуют от этого особого восторга. Они уже не смогут понять, что раньше существовали телефоны, функционирующие на основе кнопочного управления, а что еще ужаснее, на телефонах того времени было всего 2-3 примитивных игры. Тогда для детей даже змейка на монохромном дисплее была поводом для безмерного счастья. Играть в нее могли круглыми сутками. Игры в то время были не такими качественными. Использовать такие телефоны можно было в течение нескольких дней, не применяя при этом зарядку.
Атомная батарея - отличное решение для долгих игр
Игры на смартфонах с каждым годом выходят на более высокий уровень. Поэтому устройствам требуются более сильные аккумуляторы. Сколько сегодня способен продержаться наиболее мощный смартфон с огромным ресурсом автономной работы? При пассивном использовании такое устройство продержится не больше трех дней. Именно по этой причине инженеры и решили поднять вопрос о создании атомного аккумуляторного элемента. Сегодня в смартфонах в качестве источников питания обычно применяются литий-ионные батарейки. Реже встречаются элементы, функционирующие на полимерных аккумуляторах. Такие телефоны на самом деле не выдерживают продолжительного функционирования. Играть или смотреть на них фильмы можно всего несколько часов.
Может ли использоваться атомный аккумулятор в смартфонах?
Большинство компаний, занимающихся производством смартфонов, соревнуются по следующим показателям:
- диагональ экрана;
- быстродействие;
- габариты (как правило, борьба идет за уменьшение толщины устройств);
- длительность автономной работы устройства.
В настоящий момент вопрос о том, как может использоваться атомная энергия для создания современных смартфонов, остается актуальным. По предположениям ученых, уже в ближайшем будущем появятся устройства, которые можно будет оборудовать аккумуляторами, функционирующими по принципу реакции ядерного элемента. В этом случае телефоны будут функционировать без дополнительной зарядки до 20 лет. Такое время автономной работы не может не впечатлять.
Как возникла идея создания батареи?
Атомная батарейка - довольно-таки современная разработка XXI века. Однозначно, данное изобретение открыло огромное количество возможностей в деятельности как наземных, так и космических областей деятельности. Но действительно ли она не приносит вреда здоровью, как об этом везде говорят?
Идея появления небольших атомных реакторов относительно недавно получила большое распространение. Ученые выдвинули предположения о том, что такая батарейка для телефона позволит избавиться от проблемы необходимости подзарядки. О первом прототипе батарейки, использующей в своей работе атомную энергию, заговорили на отечественном предприятии «Росатом». Никакой определенной конкретики не было. Как говорят инженеры, первый компактный атомный реактор может быть изготовлен в 2017 году. Принцип действия такой батарейки будет состоять в использовании энергии химических реакций, происходящих при участии изотопа никеля. Если говорить более точно, речь идет о бета-излучении. Интерес представляет тот факт, что батарейка, созданная по данному принципу, будет работать в течение 50 лет. Размер такого элемента будет достаточно компактный. Чтобы иметь представление о том, какие габариты будет иметь атомный аккумулятор, достаточно представить себе, что простую батарейку уменьшили в 30 раз.
Безопасность применения батареи
Что касается безопасности, то эксперты уверены в том, что атомный аккумулятор не будет оказывать негативного воздействия на организм человека. Повод для такой уверенности дает уникальная конструкция. Прямое бета-излучение, без всяких сомнений, негативно сказывается на всех живых организмах. Однако стоит учитывать, что в таких аккумуляторах оно будет «мягким». Даже если такое излучение не выйдет наружу, оно будет поглощено внутри аккумуляторного элемента. Поскольку атомная батарейка будет способна поглощать излучение внутри, не давая ему выйти наружу, специалисты сегодня делают прогнозы на применение таких аккумуляторных устройств в медицинской сфере. К примеру, такие батарейки могут использоваться в конструкциях кардиостимуляторов.
Еще одним перспективным направлением использования таких батареек является аэрокосмическая отрасль. Промышленность стоит на третьем месте. Кроме этих основных отраслей, существует еще множество дополнительных проектов, в которых можно будет применять атомную батарею. Одним из важнейших направлений может стать транспортная отрасль.
Основные недостатки
Что же нам дает атомная батарейка? Преимущества и недостатки данного элемента питания будут подробно рассмотрены далее. Прежде всего, стоит отметить, что производство таких автономных источников энергии может стоить достаточно дорого. Научные работники и инженеры пока не решаются назвать точную стоимость такой разработки. Возможно, они просто боятся сделать поспешные выводы. Но есть приблизительная оценка.
Если говорить доступным языком, такая технология будет стоить очень дорого. Этого вполне стоило ожидать, если немного логически поразмыслить. Пожалуй, еще слишком рано думать о выпуске таких элементов питания в промышленных масштабах. Остается только надеяться, что ученым удастся найти альтернативные технологии, которые помогут разработать недорогой мобильный атомный реактор без угрозы радиационного заражения. И скорее всего, произойдет это в ближайшем будущем.
Многих интересует, сколько стоит атомная батарейка. Пока приводятся лишь предварительные оценки стоимости одного грамма активного вещества такой батарейки: 4000 долларов. Получается, что на производство одного такого аккумуляторного устройства нужно будет затратить примерно 4,5 млн рублей. Главная трудность связана с получением самого изотопа. В чистом виде в природе он не встречается. Для его создания необходимо использовать специальные реакторы. У нас в стране работает всего три таких реактора. Возможно, со временем будет разработана технология, позволяющая использовать для производства другие элементы, что позволит снизить расходы на производство данного элемента.
Принцип действия аккумулятора
Не только специалисты бьются над проблемой создания атомной батарейки. Недавно молодой ученый из Томска создал прототип аккумулятора, функционирующего на основе ядерной реакции. Как же работает такая атомная батарейка? Принцип работы данной разработки заключается в использовании изотопа трития. При правильном применении можно направить энергию, получаемую во время полураспада этого элемента, в верное русло. Атомная батарейка на базе трития будет работать в правильном режиме в течение 12 лет. Причем за этот промежуток времени аккумулятор не нужно будет подзаряжать. Стоит также отметить, что энергия высвобождается небольшими порциями.
Тритий: преимущества
Какие преимущества даст атомная батарейка для телефона? На сколько хватит такого аккумулятора? Устройство на базе трития со временем не изменит своих первоначальных свойств. Это является неоспоримым преимуществом. Изобретение было протестировано в Институте ядерной физики в Новосибирске. Также опытная модель была опробована в Томском университете.
Аккумулятор на базе никеля
Сотрудники ФГУП «Горно-химический комбинат» высказали готовность изготовить опытный образец атомного аккумулятора на базе никеля. Главным действующим компонентом в такой батарейке выступает изотоп никеля. Данный элемент способен обеспечить автономную работу электроники в течение полувека. Принцип работы аккумуляторного элемента основан на бета-вольтаическом эффекте. Он чем-то напоминает фотоэлектрический эффект. Пары «электро-дырка» в полупроводниковой решетке образуются за счет влияния бета-частиц. Для получения изотопа никеля 63 мишени никель-62 облучают.
Помимо продолжительного времени работы, к преимуществам таких аккумуляторных батарей можно будет отнести компактные размеры. При этом данные элементы питания будут совершенно безопасны для здоровья. Такие достоинства делают атомные батареи особенно привлекательными для многих сфер человеческой деятельности.
Перспективы применения аккумулятора
Атомная батарейка, которая функционирует на основе ядерной реакции, имеет огромные перспективы использования. Такое устройство будет особенно полезно в сфере электроники. Однако оно может использоваться не только как батарейка для телефона. Компактный реактор наверняка найдет применение в военной и аэрокосмической отраслях, а также в медицине.
В заключение
Атомные батарейки - это невероятное достижение науки, так как только такие технологии современного мира могут выдерживать высокие и низкие температуры, работая в различных условиях.
Несмотря на относительно высокую стоимость производства атомных батареек, нам остается только надеяться на то, что мы сможем увидеть такие изделия в новейших моделях телефонов. Вызывает определенные вопросы только элемент, который будет взят за основу такого аккумулятора. Конечно, по своей природе тритий является ядерным элементом. Но он все же имеет достаточно слабое излучение. Это вещество не нанесет вред человеческому организму. При правильном использовании аккумулятора кожа и внутренние органы не пострадают. Именно по этой причине данный элемент сегодня выступает в качестве наиболее вероятного кандидата для создания компактной атомной батарейки.
