Батарейка работающая 100 лет ядерная реакция

На данный момент наука прогрессирует и развивается. На сегодняшний день уже изобретена ядерная батарейка. Прослужить такой источник энергии может до 50, а иногда и до 100 лет. Здесь все зависит от размера и какое радиоактивное вещество используется.

В первые заявление об производстве атомной батарейки прозвучало от Росатома. В 2017 году этой компанией на выставке был представлен опытный образец.

Исследователям удалось выполнить оптимизацию слоев ядерной батарейки, которая для выработки электричества использует бета распад изотопа никеля 63.

1 грамм такого вещества содержит 3300 милливатт часов.

Принцип работы атомной батарейки

Получение энергии основывается на химической реакции с использованием разных типов изотопов. Вовремя бета распада создается электрический потенциал. А это дает ток.

Опасны ли ядерные батарейки?

Разработчики утверждают, что подобные элементы питания для обычных граждан являются полностью безопасными. А все потому что конструкция корпуса выполнена добротно.

Известно, что бета излучение вредит организму. Но в созданной ядерной батарейке оно мягкое и будет поглощаться внутри энергетического элемента.

На данный момент специалисты выделяют несколько отраслей в которых планируется использовать ядерную батарейку «Россия А123»:

1. Медицина.
2. Космическая отрасль.
3. Промышленность.
4. Транспорт.

Так же по мимо этим сферам новые долговечные источники энергии можно использовать и в других.

Плюсы ядерной батарейки

Выделяют ряд положительных качеств:

• Долговечность. Смогут проработать до 100 000 лет.
• Способность переносить критические температуры.
• Маленький размер позволит их сделать портативными и использовать в компактной технике.

Минусы ядреной батарейки

• Сложность производства.
• Присутствует опасность облучения. Особенно при повреждении корпуса.
• Дороговизна. Одна ядерная батарейка может стоить от 500 000 до 4 500 000 рублей.
• Доступны узкому кругу людей.
• Небольшой ассортимент.

Исследованием и разработкой ядерных батарей занимаются не только большие компании, но и обычные студенты. Так в Томске студент разработал свой аккумулятор, на ядерной энергетике, который может проработать без подзарядки порядка 12 лет. Работа изобретения основана на распаде трития. Такая батарейка не меняет своих характеристик с течением времени.

Ядерная батарейка для смартфона

На 2019 год выпускают атомные источники энергии для телефонов. Выглядят они так как показано на картинке ниже.

Напоминают некую микросхему, которая вставляется в специальные разъемы в мобильнике. Такая батарея способна проработать 20 лет. Причем все это время ее не нужно заряжать. Подобное возможно за счет процесса ядерного деления. Правда многих такой источник энергии может испугать. Ведь всем известно, что радиация вредна и разрушает организм. И таскать такой телефон рядом с собой на протяжение суток мало кому понравится.

Но как утверждают ученые такая ядерная батарея полностью безопасна. Так как в качестве активного вещества задействован тритий. Его излучение, появляющееся при распаде, является без вредным. Посмотреть работу трития можно на светящихся в темноте кварцевых часах. Выдерживает батарейка мороз в минус 50 градусов. Так же стабильно функционирует при плюс 150 C 0 . При этом ни каких колебаний в ее работе отмечено не было.

Неплохо под рукой иметь такой аккумулятор хотя бы для того чтобы подзарядить телефон на обычной АКБ.

Напряжение такой батареи колеблется от 0,8 – 2,4 вольт. Так же она генерирует от 50 до 300 нано ампер. И все это происходит на протяжение 20 лет.

Емкость рассчитана следующим образом: C = 0,000001W * 50 лет * 365 дней * 24 часа / 2V = 219mA

На данный момент АКБ оценивается 1 122 доллара. Если перевести на рубли по нынешнему курсу (65,42), то это выйдет 73 400 рублей.

Где используются ядерные батарейки?

Область применения практически такая же, как и у обычных элементов питания. Применяют их в:

• Микроэлектронике.
• Датчиках давления и температуры.
• Имплантантах.
• В качестве повербанков для литиевых элементов.
• Системах идентификации.
• Часах.
• SRAM памяти.
• Для питания процессоров малой мощности, например, FPGA, ASIC.

Это не единственные устройства в будущем их список заметно расширится.

Ядерная батарейка на никеле 63 и ее характеристики

Данный атомный источник энергии, выполненный на 63 изотопе может прослужить до 50 лет. Работает она за счет бета вольтоического эффекта. Он практически похож на фото электрический эффект. В нем электронно дырочные пары в кристаллической решетке полупроводника создаются под действием быстрых электронов или бета частиц. А при фотоэлектрическом эффекте они появляются под воздействием фотонов.

Атомная батарейка на никеле 63 производится за счет процесса облучения в реакторе мишеней из никеля 62. Исследователь Гаврилов утверждает, что на это уходит около 1 года. Нужные мишени уже имеются в Железногорске.

Если сравнивать новые российские ядерные батарейки на никеле 63 с литий-ионными элементами питания, то они будут в 30 раз меньше.

Специалисты утверждают, что эти энергетические источники безопасны для человека так как выделяют слабые бета лучи. К тому же они не выходят наружу, а остаются внутри устройства.

Такой источник питания на данный момент отлично подойдет для медицинских кардиостимуляторов. Но вот о стоимости разработчики не говорят. Но можно подсчитать ее и без них. 1 грамм Ni-63 на данный момент стоит примерно 4000$. От сюда можно сделать вывод что на полноценную батарею потребуется очень много денег.

Состав ядерной батарейки

Никель 63 добывают из алмазов. Но чтобы получить данный изотоп потребовалось создать новую технологию по нарезке прочного алмазного материала.

Вообще ядерная батарея состоит из излучателя и отделенного с помощью специальной пленки коллектора. Когда идет распад радиоактивный элемент выпускает бета излучение. В итоге происходит его положительный заряд. В это время коллектор заряжается отрицательно. После чего появляется разность потенциалов и образуется электрический ток.

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. А это значит, что ядерную батарейку можно сделать в 3-и раза дешевле.

Ядерная батарейка на углероде 14 работающая 100 лет

У данной атомной батарейке по сравнению с другими радиационными источниками энергии имеются следующие преимущества:

1. Дешевизна.
2. Экологическая чистота.
3. Долгий срок работы до 100 лет.
4. Низкая токсичность.
5. Безопасность.
6. Способна работать в экстремальных температурных условиях.

Радио активный изотоп углерод 14 имеет период полураспада 5700 лет. Он абсолютно не токсичен и имеет низкую стоимость.

Активную работу по модернизации ядерной батарейки ведут не только США и Россия, но и другие страны! Исследователи научились наращивать пленку на карбидной подложке. В результате чего подложка подешевела в целых 100 раз. Такая структура устойчива к радиации, а это делает данный энергетический источник безопасным и долговечным. Применяя карбид кремния в ядерные батареи можно добиться ее работы при температуре в 350 градусов Цельсия.

Таким образом ученым удалось создать атомную батарейку своими руками!

МОСКВА, 9 июл — РИА Новости. Специалисты Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) разрабатывают радиоизотопные источники питания на основе бета-вольтаических источников питания с использованием нанокластерных пленок радиоизотопа никель-63. Это поможет создать безопасные ядерные батареи со сроком службы 100 лет для кардиостимуляторов, миниатюрных датчиков сахара или артериального давления, систем телеметрии удаленных объектов, микро-роботов, а также устройств длительной автономной работы, рассказали РИА Новости в пресс-службе вуза. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Physics Letters.

Проблема миниатюризации

Исследования свойств наноразмерных объектов сегодня вызывают повышенный интерес у специалистов из-за тенденции к миниатюризации технических устройств, особенно в области наноэлектроники. Современные достижения в сфере создания микро- и нано-электромеханических систем (МЭМС и НЭМС), объединяющих в одном устройстве наноэлектронику и механические элементы, такие как приводы, насосы или двигатели, могут быть перспективными для создания микроскопических физических, биологических или химических датчиков.

Другой подход к проблеме обеспечения питания современных и перспективных МЭМС и НЭМС связан с применением радиоизотопных батарей. Радиоизотопные, они же ядерные, они же атомные батареи – это источники тока, в которых энергия радиоактивного распада метастабильных элементов – атомных ядер – преобразуется в электричество. Они характеризуются большой плотностью энергии на единицу массы и объема. Период стабильного энерговыделения варьируется в широких пределах подбором нуклида. Радиоизотопные батареи могут долго и стабильно работать, их не нужно обслуживать, они бесшумны.

Уникальные свойства никеля-63

Сегодня одним из самых коротких путей превращения энергии ядерного распада в электрическую считается термоэлектрическое преобразование. Однако ученые активно исследуют и бета-вольтаические источники питания, которые представляют большой интерес для практического применения. Дело в том, что при использовании в миниатюрном источнике питания радиоизотопа, излучающего мягкое β-излучение, можно легко создать систему физической защиты пользователя и окружающих объектов от радиации. Поэтому такие источники считаются перспективными для гражданского применения.

С точки зрения материала, никель также достаточно хороший металл – пластичный, относительно инертный, легко обрабатывается; при работе с ним не нужен контейнер для транспортировки и хранения.

По словам ученых, повышение эффективности существующих преобразователей энергии бета-распада никеля-63 в электричество, а также поиск альтернативных физических систем — крайне перспективные задачи современной науки.

Новые подходы ученых НИЯУ МИФИ

Исследователи создали оригинальную физическую систему, позволяющую провести эффективную генерацию вторичных электронов непосредственно внутри наноструктурированных пленок никеля и значительно увеличить токовый сигнал, вызванный каскадом многократных неупругих соударений β–частиц, сообщил доцент кафедры физико-технических проблем метрологии Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ Петр Борисюк.

В ходе исследования ученые пришли к выводу, что формирование нанокластерных пленок никеля-63 с градиентным распределением наночастиц по размерам открывает уникальную возможность совместить сразу два важных процесса. Во-первых, можно формировать покрытия с фиксированной разностью потенциалов, которая определяется разницей размеров наночастиц в выделенном направлении. Во-вторых, можно осуществлять преобразование энергии бета-распада никеля-63 в ток электронов без использования дополнительных сложных для реализации полупроводниковых систем.

Полученные учеными результаты подтверждают, что формируемые градиентные нанокластерные пленки никеля обладают уникальными свойствами. Область применения радиоизотопных источников с термоэлектрическим преобразованием практически безгранична. Она простирается от ядерных батарей сверхмалых размеров для питания микро- и наноэлектромеханических систем до кардиостимуляторов, миниатюрных датчиков сахара или артериального давления, систем телеметрии удаленных от инфраструктуры объектов, микро-роботов различной специализации и назначения, а также устройств для длительной автономной работы в дальнем космосе, на больших глубинах и в районах Крайнего Севера.

Исследование ученых НИЯУ МИФИ проводилось в рамках гранта Российского Научного Фонда.

МОСКВА, 9 июл — РИА Новости. Специалисты Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) разрабатывают радиоизотопные источники питания на основе бета-вольтаических источников питания с использованием нанокластерных пленок радиоизотопа никель-63. Это поможет создать безопасные ядерные батареи со сроком службы 100 лет для кардиостимуляторов, миниатюрных датчиков сахара или артериального давления, систем телеметрии удаленных объектов, микро-роботов, а также устройств длительной автономной работы, рассказали РИА Новости в пресс-службе вуза. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Physics Letters.

Проблема миниатюризации

Исследования свойств наноразмерных объектов сегодня вызывают повышенный интерес у специалистов из-за тенденции к миниатюризации технических устройств, особенно в области наноэлектроники. Современные достижения в сфере создания микро- и нано-электромеханических систем (МЭМС и НЭМС), объединяющих в одном устройстве наноэлектронику и механические элементы, такие как приводы, насосы или двигатели, могут быть перспективными для создания микроскопических физических, биологических или химических датчиков.

Другой подход к проблеме обеспечения питания современных и перспективных МЭМС и НЭМС связан с применением радиоизотопных батарей. Радиоизотопные, они же ядерные, они же атомные батареи – это источники тока, в которых энергия радиоактивного распада метастабильных элементов – атомных ядер – преобразуется в электричество. Они характеризуются большой плотностью энергии на единицу массы и объема. Период стабильного энерговыделения варьируется в широких пределах подбором нуклида. Радиоизотопные батареи могут долго и стабильно работать, их не нужно обслуживать, они бесшумны.

Уникальные свойства никеля-63

Сегодня одним из самых коротких путей превращения энергии ядерного распада в электрическую считается термоэлектрическое преобразование. Однако ученые активно исследуют и бета-вольтаические источники питания, которые представляют большой интерес для практического применения. Дело в том, что при использовании в миниатюрном источнике питания радиоизотопа, излучающего мягкое β-излучение, можно легко создать систему физической защиты пользователя и окружающих объектов от радиации. Поэтому такие источники считаются перспективными для гражданского применения.

С точки зрения материала, никель также достаточно хороший металл – пластичный, относительно инертный, легко обрабатывается; при работе с ним не нужен контейнер для транспортировки и хранения.

По словам ученых, повышение эффективности существующих преобразователей энергии бета-распада никеля-63 в электричество, а также поиск альтернативных физических систем — крайне перспективные задачи современной науки.

Новые подходы ученых НИЯУ МИФИ

Исследователи создали оригинальную физическую систему, позволяющую провести эффективную генерацию вторичных электронов непосредственно внутри наноструктурированных пленок никеля и значительно увеличить токовый сигнал, вызванный каскадом многократных неупругих соударений β–частиц, сообщил доцент кафедры физико-технических проблем метрологии Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ Петр Борисюк.

В ходе исследования ученые пришли к выводу, что формирование нанокластерных пленок никеля-63 с градиентным распределением наночастиц по размерам открывает уникальную возможность совместить сразу два важных процесса. Во-первых, можно формировать покрытия с фиксированной разностью потенциалов, которая определяется разницей размеров наночастиц в выделенном направлении. Во-вторых, можно осуществлять преобразование энергии бета-распада никеля-63 в ток электронов без использования дополнительных сложных для реализации полупроводниковых систем.

Полученные учеными результаты подтверждают, что формируемые градиентные нанокластерные пленки никеля обладают уникальными свойствами. Область применения радиоизотопных источников с термоэлектрическим преобразованием практически безгранична. Она простирается от ядерных батарей сверхмалых размеров для питания микро- и наноэлектромеханических систем до кардиостимуляторов, миниатюрных датчиков сахара или артериального давления, систем телеметрии удаленных от инфраструктуры объектов, микро-роботов различной специализации и назначения, а также устройств для длительной автономной работы в дальнем космосе, на больших глубинах и в районах Крайнего Севера.

Исследование ученых НИЯУ МИФИ проводилось в рамках гранта Российского Научного Фонда.