Surse de curent bazate pe elemente radioactive. Ce este o baterie nucleară
Primul telefon mobil a fost creat acum mai bine de patruzeci de ani. Știința progresează, desigur. Și cine ar fi crezut la vremea aceea că patruzeci de ani mai târziu va apărea cea atomică Da, știința nu avansează cu salturi, dar cu progrese semnificative în multe domenii, mai ales în? În ultima vreme. Și acest articol va fi dedicat în mod special subiectului utilizării bateriilor atomice în dispozitivele moderne.
Introducere
Acum piața smartphone-urilor este una dintre cele mai promițătoare domenii ale electronicii. Această zonă se dezvoltă dinamic, fără a se opri un minut. S-ar părea că iPhone 3 tocmai a ieșit la vânzare și pe rafturile magazinelor comunicare celulară se dă mare deja un iPhone 6 și iPhone 6 Plus. Merită să vorbim despre calea prin care au parcurs inginerii companiei pentru a mulțumi utilizatorii cu cel mai recent hardware?
Același lucru se poate spune despre Android și Windows Phone. Cu doar câțiva ani în urmă, toate sala de clasa adunate în jurul norocului care avea un telefon pe bază sistem de operare Android. Și când cineva a reușit să joace personal o aplicație în care poți controla acțiunea prin rotirea ecranului (mai ales dacă acest joc era un joc de curse), a radiat literalmente de fericire.
În zilele noastre acest lucru nu va surprinde pe nimeni. Chiar și elevii de clasa întâi se simt confortabil acum să folosească telefoanele Măr fără prea multă bucurie și încântare, fără să-și dea seama cât de norocoși erau cu adevărat. Desigur, ei pur și simplu nu știu că odată existau telefoane care funcționau folosind butoane, nu control tactil. Că acele telefoane aveau doar câteva jocuri. Și că chiar și un șarpe pe un ecran în două culori a fost un motiv de încântare nemărginită pentru copiii din acea vreme și se jucau aproape zile în șir.
Desigur, jocurile erau de o calitate mult mai scăzută pe atunci. A fost posibil să se folosească astfel de telefoane timp de câteva zile fără reîncărcare. Acum, industria jocurilor din sectorul smartphone-urilor a ajuns la mai mult nivel de calitate, iar acest lucru necesită mai puternic bateriile telefonului. Cât timp crezi că este cel mai modern, cel mai puternic din punct de vedere al durata de viata a bateriei smartphone?
Avem nevoie de o baterie nucleară?
Vă asigurăm că chiar și cu utilizare pasivă este puțin probabil ca acesta (smartphone) să dureze mai mult de 3 zile. Ca smartphone-uri moderne tip sunt utilizate. Puțin mai puțin frecvente sunt modelele care funcționează baterii polimerice. De fapt telefoane similare nu suport foarte bine muncă îndelungată. Puteți să le redați în timpul duratei de viață a bateriei și să vizionați filme pe ele timp de câteva ore, care de obicei nu depășesc zece. Producătorii de astfel de dispozitive concurează în mai multe direcții simultan. Concursul pentru primul loc este cel mai activ după următoarele criterii:
Diagonala ecranului.
Hardware și performanță.
Dimensiuni (mai precis, lupta este reducerea grosimii).
Sursă de alimentare autonomă puternică.
După cum putem vedea, întrebarea dacă avem nevoie de o baterie atomică pentru un telefon rămâne deschisă. Potrivit calculelor oamenilor de știință, telefoanele în viitor ar putea fi echipate cu baterii care funcționează pe principiul reacției unui element nuclear numit tritiu. În acest caz, telefoanele vor putea funcționa fără reîncărcare până la 20 de ani, conform celor mai conservatoare estimări. Impresionant, nu-i așa?
Cât de nouă este ideea unei baterii nucleare?
Ideea de a crea reactoare nucleare miniaturale ( despre care vorbim despre bateriile atomice) au apărut în mințile strălucitoare nu cu mult timp în urmă. S-a sugerat că utilizarea unui astfel de echipament este relevantă dispozitive tehnice vă va permite să rezolvați problema nu numai a necesității de reîncărcare constantă, ci și a altora.
TASS: baterie atomică DIY. Inginerii vorbesc
Primul anunț despre inventarea unei baterii care să funcționeze pe baza energiei atomice a fost făcut de o divizie a unei preocupări casnice numită Rosatom. Era combinatul minier și chimic. Inginerii au spus că prima sursă de energie, care este poziționată ca o baterie nucleară, ar putea fi creată încă din 2017.
Principiul de funcționare va consta în reacții care vor avea loc folosind izotopul Nichel-63. Mai precis, vorbim despre radiația beta. Interesant este că o baterie construită pe acest principiu poate funcționa aproximativ o jumătate de secol. Dimensiunile vor fi foarte, foarte compacte. De exemplu: dacă iei un obișnuit baterie AAși comprimați-l de 30 de ori, puteți vedea clar ce dimensiune va avea o baterie nucleară.
Este o baterie nucleară sigură?
Inginerii sunt absolut încrezători că o astfel de sursă de energie nu va prezenta niciun pericol pentru sănătatea umană. Motivul acestei încrederi a fost designul bateriei. Desigur, radiația beta directă de la orice izotop va dăuna unui organism viu. Dar, în primul rând, în această baterie va fi „moale”. În al doilea rând, nici măcar această radiație nu va scăpa, deoarece va fi absorbită în interiorul sursei de energie în sine.
Datorită faptului că bateriile atomice Rusia A123 vor absorbi radiația în interiorul lor fără a le elibera în exterior, experții fac deja o prognoză strategică pentru utilizarea bateriilor atomice în domenii diverse medicament. De exemplu, poate fi introdus în proiectarea stimulatoarelor cardiace. Al doilea cel mai promițător domeniu este industria spațială. Pe locul al treilea, desigur, este industria. În afara primelor trei, există multe ramuri în care va fi posibilă utilizarea cu succes a unei surse de energie nucleară. Poate cel mai important dintre ele este transportul.
Dezavantajele unei surse de energie nucleară
Ce primim în schimbul unei baterii nucleare? Ca să zic așa, ce vom vedea dacă ne uităm din cealaltă parte? În primul rând, producția unor astfel de surse de energie autonome va costa un ban. Inginerii nu au vrut să dea sume exacte. Poate că le era frică să tragă devreme concluzii greșite. Cu toate acestea, o estimare aproximativă a fost dată nu în cifre, ci în cuvinte. Adică „totul este foarte scump”. Ei bine, acest lucru era de așteptat, după ce am evaluat esența problemei pur și simplu logic. DESPRE producție în serie V scara industriala Probabil e prea devreme pentru a spune. Nu putem decât să sperăm că, în timp, vor fi găsite tehnologii alternative care vor face posibilă crearea unei baterii nucleare fără a-i compromite fiabilitatea și caracterul practic, dar la un cost mult mai mic.
Apropo, TASS a estimat 1 gram de substanță la 4 mii de dolari. Astfel, pentru a obține masa necesară de substanță atomică, care va asigura utilizarea pe termen lung a bateriei, în prezent este necesar să cheltuiți 4,5 milioane de ruble. Problema constă în izotopul în sine. Pur și simplu nu există în natură, izotopul este creat folosind reactoare speciale. La noi sunt doar trei. După cum sa menționat anterior, este posibil să se utilizeze în timp alte elemente pentru a reduce costul producerii sursei.
Tomsk Baterie atomică
Invenția bateriilor atomice nu se limitează la ingineri profesionistiși designeri. Recent, un student absolvent a dezvoltat un model al unei noi baterii cu propulsie nucleară. Numele acestui bărbat este Dmitri Prokopiev. Dezvoltarea sa este capabilă Mod normal functioneaza timp de 12 ani. În acest timp, nu va trebui să fie încărcat nici măcar o dată.
Centrul sistemului era un izotop radioactiv numit tritiu. Când este folosit cu pricepere, vă permite să direcționați energia eliberată în timp în direcția corectă. În acest caz, energia este eliberată în părți. Se poate spune dozat sau porționat. Să ne amintim că timpul de înjumătățire al acestui element nuclear este de aproximativ 12 ani. De aceea, utilizarea bateriei pe acest element este posibilă în perioada specificată.
Beneficiile tritiului
În comparație cu o baterie atomică, care are un detector de siliciu, o baterie atomică pe bază de tritiu nu își schimbă caracteristicile în timp. Și acesta este al ei un plus cert, trebuie să marcați. Invenția a fost testată la Institutul de Fizică Nucleară din Novosibirsk, precum și la Institutul de Fizică și Tehnologie al Universității din Tomsk. O baterie nucleară, al cărei principiu de funcționare se bazează pe o reacție nucleară, are anumite perspective. Acesta este de obicei domeniul electronicii. Alături de acesta sunt echipamente militare, medicamente și Industrie aerospatiala. Am vorbit deja despre asta.
Concluzie
În ciuda costului ridicat al producerii bateriilor atomice, să sperăm că le vom vedea în continuare în telefoanele din viitorul apropiat. Acum câteva cuvinte despre elementul care va sta la baza bateriei. Tritiul este, desigur, de natură nucleară. Cu toate acestea, radiațiile a acestui element slab. Nu poate dăuna sănătății umane. Organele interne și pielea nu vor fi deteriorate prin utilizarea cu pricepere. De aceea a fost ales pentru utilizare în baterii.
Bateria nucleară dezvoltată pe bază de carbon-14 are o serie de avantaje în comparație cu bateriile nucleare bazate pe alți izotopi radioactivi și anume: respectarea mediului, cost redus și durată lungă de viață. Aceste avantaje sunt oferite, în primul rând, de utilizarea carbonului-14 ca sursă radioactivă într-o baterie nucleară. Timpul de înjumătățire al acestui element este de 5.700 de ani și, spre deosebire, de exemplu, de Ni-63, carbonul-14 este netoxic și cu costuri reduse.
Tehnologia este în curs de dezvoltare!
Bateria atomica:
Bateria atomică este tehnologie, care se bazează pe ideea de a converti energia emisă de o sursă radioactivă în energie electrica. Cea mai simplă baterie atomică constă dintr-o sursă de radiație și un element dielectric separat de aceasta. film colector În timpul dezintegrarii, sursa radioactivă emite radiații beta, în urma căreia devine încărcată pozitiv, iar colectorul - negativ, iar între ele apare o diferență de potențial.
Cu privire la crearea surselor de energie care ar putea funcționa din cauza energie radioizotopi, oamenii de știință lucrează acum în toată lumea. Exemple de baterii nucleare există în Rusia, SUA și alte țări. În acest caz, tritiul, Ni-63 și carbonul-14 sunt folosite ca surse radioactive.
O baterie atomică pe bază de carbon -14 are o serie de avantaje în comparație cu bateriile atomice bazate pe alți izotopi radioactivi și anume: respectarea mediului, cost redus și durată lungă de viață.
Aceste avantaje sunt oferite, în primul rând, de utilizarea carbonului-14 ca sursă radioactivă într-o baterie nucleară. Timpul de înjumătățire al acestui element este de 5.700 de ani și, spre deosebire, de exemplu, de Ni-63, carbonul-14 este netoxic și cu costuri reduse.
A doua diferență între o baterie atomică bazată pe carbon-14 este că o structură fundamental nouă este folosită ca „substrat” pentru elementul radioactiv - o heterostructură poroasă de carbură de siliciu. Tehnologia de producere a filmului de carbură prin creșterea acestuia pe un substrat de siliciu finit folosind „metoda endotaxie” face posibilă reducerea costului „substratului” de 100 de ori, ceea ce face ca o baterie nucleară să fie ieftină.
Un avantaj incontestabil al heterostructurii cu carbură de siliciu este, de asemenea, rezistența la radiatii. Când izotopul este emis, acesta rămâne practic neschimbat, ceea ce ne permite să spunem că o astfel de baterie atomică va funcționa la nesfârșit.
Carbură siliciu- Acesta este, de asemenea, un material semiconductor. Este mai stabil din punct de vedere chimic, capabil să funcționeze la temperaturi de până la 350 de grade. Senzorii de temperatură cu siliciu funcționează până la maximum 200. Carbura de siliciu funcționează cu 150 de grade mai sus. Este de 10 ori mai mult pasiv și rezistent la radiații decât siliciul.
Avantajele bateriei nucleare pe bază de carbon 14:
- carbon-14 este netoxic,
— costul scăzut al unei baterii nucleare în comparație cu alte baterii nucleare bazate pe alte surse radioactive,
— o perioadă lungă funcționare - durată de viață mai mare de 100 de ani,
— Siguranță. Radiația beta are o putere de penetrare scăzută și este reținută de carcasa unei baterii nucleare,
- capacitatea de a lucra în condiții extreme - la temperaturi extrem de scăzute și ridicate.
Notă: © Fotografie https://www.pexels.com, https://pixabay.com
Noul sistem de agricultură al lui I.E. Ovsinsky...
Fibra de sticla Pungi biodegradabile Cauciuc pentru anvelope care economisește până la 30% din combustibil... Eliminarea deșeurilor periculoase care conțin metale grele... Reducerea vâscozității uleiului Protecția băncilor cu baraje în situații de urgență... Izolație Ecowool pentru izolație monolitică și fonică...
O nouă sursă de energie nucleară, la care se lucrează în Rusia, bazată pe o sursă de radiație beta (transformată în electricitate) a izotopului de nichel-63 poate furniza timp de aproape 50 de ani dispozitive electronice alimente. Ca și anterior, specialiști din Tomsk Universitatea Politehnică va deveni singurul furnizor de servicii din țară pentru iradierea unei ținte create din izotopul stabil nichel-62.
Permiteți-ne să vă reamintim că specialiștii anteriori MCC, împreună cu angajații Universității Aerospațiale Siberiei Reshetnev (SibSAU), au dezvoltat o tehnologie pentru fabricarea bateriilor care utilizează degradarea beta „moale” a radioizotopului nichel-63. Proiectul a devenit unul dintre câștigătorii competiției, care a fost susținută de Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse. Acum acest proces potrivite pentru teste experimentale.
„Am fabricat deja ținte, am produs deja nichel-62 în Zheleznogorsk, în octombrie intenționăm să încărcăm țintele în reactor, va dura aproximativ un an. Adică la sfârșitul anului 2016 vom produce nichel-63. Până în 2017, va apărea primul prototip al unei astfel de baterii, este prematur să ne așteptăm mai devreme.”, - a spus Director al Întreprinderii Unitare Federale de Stat GKhK (Combinație minieră și chimică, parte a Rosatom) Petr Gavrilov.
Creatorii săi văd perspectiva utilizării acestei baterii în industria spațială, diverse sisteme subacvatice, medicină și industria de apărare și, în viitor, în industria transporturilor. În plus, în comparație cu bateriile litiu-ion, o baterie pe bază de nichel-63 este de 30 de ori mai compactă, ecologică și inofensivă pentru oameni, datorită radiației beta moi produse, care se autoabsorbă în interiorul bateriei: „Specialiştii noştri au călătorit la clinici din Elveţia, iar medicii elveţieni au devenit foarte interesaţi de invenţia pentru utilizare într-un stimulator cardiac”.
Astăzi, singurul obstacol în calea distribuției pe scară largă a „bateriilor nucleare” este costul lor ridicat. Potrivit experților, costul unui gram de nichel radioactiv este de aproximativ 4.000 de dolari, iar producția unei „baterie” poate costa 4,5 milioane de ruble. Această producție costisitoare se explică prin lanțul tehnologic complex de obținere a izotopului nichel-63, care nu există în natură. Poate fi produs doar la reactoare nucleare speciale, care sunt situate la trei întreprinderi rusești. Cu toate acestea, dacă dispozitivele high-tech și high-tech testează cu succes tehnologia, atunci volumul necesar pentru ele va crește, iar costul unei baterii va scădea. Să sperăm că oamenii de știință autohtoni vor putea pune tehnologia la dispoziția publicului larg cât mai curând posibil.
Ceasurile digitale vechi ar putea funcționa mai mult de un an folosind o baterie mică. Dar dispozitivele electronice moderne sunt atât de multifuncționale încât problema capacității reduse a bateriilor moderne este în plină desfășurare. În timp ce smartphone-urile și tabletele au mult spațiu în corpul lor, electronicele compacte precum ceasurile inteligente suferă de o lipsă de capacitate deosebit de puternic, ceea ce împiedică în mod semnificativ creșterea popularității lor. Pe de altă parte, futurologii din anii cincizeci și șaizeci erau în plină desfășurare pictând imagini cu un „viitor nuclear luminos”, în care mașinile nu trebuie alimentate și bateriile nu trebuie încărcate.
Poate că acest viitor nu este complet pierdut. Oamenii de știință de la Universitatea din Missouri au realizat progrese semnificative în crearea „bateriilor atomice”. Nu vă speriați, nu vorbim deloc despre un reactor nuclear de buzunar. Crearea unui astfel de reactor pe în această etapă dezvoltarea tehnologiei este imposibilă. Principiul de funcționare al bateriei creat în interiorul zidurilor universității este foarte asemănător cu cel convențional panouri solare, dar dacă procesul care are loc în acesta din urmă se numește „fotovoltaic”, atunci în dezvoltarea descrisă are loc „betavoltaic”, adică absorbția radiației beta de către un dispozitiv semiconductor.
Acest lucru nu înseamnă că radiația beta este inofensivă, dar, spre deosebire de radiația gamma, este un flux de particule încărcate și are o rază de acțiune relativ scurtă, aproximativ doi metri în aer și aproximativ zece milimetri în țesutul corpului. Dar doi sau trei milimetri de aluminiu sau câțiva centimetri de sticlă organică sunt suficienți pentru a ecraniza complet un astfel de flux. Designul „bateriei atomice” folosește un electrod de dioxid de titan acoperit cu un strat de platină, apă și o sursă de radiație beta. Acesta din urmă este izotopul de stronțiu-90 cu un timp de înjumătățire de aproximativ 29 de ani. În timpul procesului de dezintegrare, emite un electron (radiația beta notorie), un antineutrin, iar un efect secundar al reacției este ytriu-90. Acesta din urmă are un timp de înjumătățire de doar 64 de ore, emite și electroni și antineutrini, iar la final se transformă în zirconiu stabil, neradioactiv. Practic nu există radiații gamma în aceste reacții.
Ideea bateriilor care utilizează procesul betavoltaic nu este nouă, dar o echipă de oameni de știință de la Universitatea din Missouri a reușit să-și mărească semnificativ eficiența folosind... apă simplă. Da, nu este o greșeală de tipar. Apa absoarbe radiația beta foarte bine, protejează receptorul semiconductor de distrugere, iar radiația în sine desparte moleculele de apă, permițându-vă să extrageți o porțiune suplimentară de electricitate și, prin urmare, să creșteți coeficientul acțiune utilă baterii beta. După cum a declarat unul dintre dezvoltatori, soluția lor este slab afectată temperaturi scăzuteși poate fi folosit într-o mare varietate de scenarii, de la baterii auto la sursele de alimentare a navelor spațiale.
Desigur, nu există restricții teoretice privind utilizarea acestei tehnologii în electronicele portabile. Cu toate acestea, radiofobia este foarte răspândită în zilele noastre, majoritatea oamenilor nu sunt familiarizați nici măcar cu elementele de bază ale fizicii nucleare și vor lua orice mențiune despre „radiere” cu ostilitate. Speriați de cazurile de incendiu ale bateriilor convenționale litiu-ion, utilizatorii nici nu vor dori să audă de „baterii atomice”, în ciuda „eternității”, deși pentru utilizare sigură bateriile beta au o carcasă de ecranare suficient de durabilă și conformitate reguli elementare Măsuri de siguranță. Baterii litiu-ion De asemenea, nu este recomandat să îl deschideți și să îl încercați pe dinte.
Dar tehnologia descrisă va fi cu siguranță adusă la perfecțiune și va găsi aplicație în industriile militare și spațiale și oriunde unde durata de viață a sursei de energie este o caracteristică critică care depășește totul. riscuri posibile. Și apoi, cine știe - poate că descendenții noștri vor învinge teama irațională de tehnologia nucleară și își vor folosi fructele în siguranță și cu bucurie.
Prima mențiune despre o baterie nucleară a fost înregistrată în 2005.
Cum funcționează o baterie nucleară și cum funcționează
Într-adevăr, bateria atomică există. Se mai numește și baterie atomică sau baterie nucleară. Este conceput pentru a alimenta diverse dispozitive mobile. Cea mai lungă baterie a fost creată datorită procesului de dezintegrare nucleară, deoarece elementul principal care contribuie la funcționarea dispozitivului este tritiul. Din această substanță este alimentată bateria atomică.
În interiorul conține bateria atomică, a cărei funcționare este afectată de tritiu. Se observă că radioactivitatea emisă de o baterie nucleară este foarte, foarte mică, prin urmare este dăunătoare sănătății umane și mediu inconjurator aparatul nu livrează. Principala realizare este durata de viață a bateriei. Fără reîncărcare suplimentară, o baterie nucleară poate dura aproximativ 20 de ani.
Unde se folosesc bateriile atomice?
Bateriile atomice sunt o reală realizare, deoarece doar astfel de dispozitive moderne sunt capabile să reziste la temperaturi de la -50 la +150°C, funcționând în condiții extreme. În plus, s-a dovedit că rezistă cea mai largă gamă presiune si vibratie. În diferite microelectronice, durata de viață a unei baterii nucleare variază. Dar, după cum am spus mai sus, termen minim funcționarea fără reîncărcare este de 20 de ani. Maxim - 40 de ani sau mai mult.
De regulă, o baterie nucleară este folosită pentru a opera senzori de presiune, tot felul de implanturi medicale, ceasuri și pentru a încărca bateriile cu litiu. Folosind baterii de acest tip se asigură mâncare procesoare cu putere redusă. Dimensiunea și greutatea unei baterii nucleare este minimă, ceea ce face ca dispozitivul să fie ideal pentru alimentarea navelor spațiale și a stațiilor de cercetare.
Daune posibile din funcționarea unei baterii nucleare
În ciuda a ceea ce spun ei baterie nucleară nu are niciun efect dăunător asupra pielii umane, dacă intră în contact cu ea, ar trebui să fiți totuși atenți. Aceasta este o descoperire relativ nouă a timpului nostru, așa că s-au făcut puține cercetări. Dacă acum, folosind o astfel de baterie pentru a încărca ceas de mână, persoana nu observă niciuna impact negativ, nu putem spune încă că acest lucru nu va afecta în continuare dezvoltarea tuturor tipurilor de boli neplăcute și care pun viața în pericol.
