Atomska baterija v sodobnem svetu

Znanost trenutno napreduje in se razvija. Jedrska baterija je že izumljena. Takšen vir energije lahko zdrži do 50, včasih pa tudi do 100 let. Vse je odvisno od velikosti in uporabljene radioaktivne snovi.

Rosatom je bil prvi, ki je napovedal proizvodnjo jedrske baterije. Leta 2017 je podjetje na razstavi predstavilo prototip.

Raziskovalcem je uspelo optimizirati plasti jedrske baterije, ki za proizvodnjo električne energije uporablja beta razpad izotopa niklja-63.

1 gram te snovi vsebuje 3300 milivatov ur.

Kako deluje atomska baterija

Atomska baterija, znana tudi kot radioizotopski generator toplote (RIHG), je vir energije, ki uporablja proces razpada radioaktivnih izotopov za ustvarjanje toplote in njeno pretvorbo v električno energijo.

Načelo delovanja atomske baterije temelji na radioaktivnem razpadu, pri katerem se jedra atomov razgradijo in oddajajo delce ter energijo. Eden najpogostejših materialov, ki se uporabljajo v atomskih baterijah, je plutonij-238, ki ima dolgo razpolovno dobo. Plutonij-238 razpade v uran-234 in oddaja alfa delce. Ti delci vsebujejo visoko energijo, ki se pri interakciji z okoljem pretvori v toploto.

Proizvodnja toplote je ključni korak pri delovanju atomske baterije. Toplota se prenaša skozi toplotni izmenjevalnik v termoelektrični pretvornik. Ta pretvornik vsebuje materiale, ki lahko ustvarjajo električni tok, ko so izpostavljeni temperaturni razliki. Tako se toplota radioaktivnega razpada plutonija-238 prenese na eno stran termoelektričnega pretvornika, kar ustvari temperaturno razliko med obema stranema. Ta temperaturna razlika omogoča proizvodnjo električne energije z uporabo Seebeckovega termoelektričnega pojava.

Električna energija, ki jo ustvari termoelektrični pretvornik, se uporablja za napajanje električnih naprav. Glavna prednost atomskih baterij je, da zagotavljajo stabilen, dolgotrajen vir energije, ki ga ni treba zamenjati ali polniti več let. Vendar pa atomske baterije zaradi uporabe radioaktivnih materialov nosijo določena tveganja in zahtevajo posebne varnostne ukrepe med uporabo in ravnanjem.

 

So jedrske baterije nevarne?

Razvijalci trdijo, da so te baterije popolnoma varne za navadne ljudi. To je zato, ker je ohišje dobro zasnovano.

Znano je, da je beta sevanje škodljivo za telo. V novo ustvarjeni jedrski bateriji pa je mehko in ga bo absorbirala energijska celica.

Trenutno strokovnjaki opredeljujejo več panog, v katerih naj bi se uporabljala ruska jedrska baterija A123:

1. Zdravilo.
2. Vesoljska industrija.
3. Industrija.
4. Prevoz.

Poleg teh področij se lahko novi dolgotrajni viri energije uporabljajo tudi na drugih.

Prednosti jedrske baterije

Izpostavljenih je več pozitivnih lastnosti:

• Vzdržljivost. Lahko zdržijo do 100.000 let.
• Sposobnost prenašanja kritičnih temperatur.
• Zaradi svoje majhnosti so prenosljivi in ​​se uporabljajo v kompaktnih napravah.

Slabosti jedrske baterije

• Kompleksnost proizvodnje.
• Obstaja tveganje izpostavljenosti sevanju, zlasti če je ohišje poškodovano.
• Drago. Ena sama jedrska baterija lahko stane med 500.000 in 4.500.000 rubljev.
• Na voljo omejenemu krogu ljudi.
• Majhna izbira.

Raziskave in razvoj jedrskih baterij ne izvajajo le velika podjetja, temveč tudi navadni študenti. Študent v Tomsku je na primer razvil svojo lastno jedrsko baterijo, ki lahko deluje približno 12 let brez ponovnega polnjenja. Izum temelji na razpadu tritija. Značilnosti te baterije se sčasoma ne spreminjajo.

Jedrska baterija za pametne telefone

Od leta 2019 se proizvajajo jedrski viri energije za telefone. Izgledajo tako, kot je prikazano na spodnji sliki.

Podobni so mikročipu, ki se vstavi v posebne reže v mobilnem telefonu. Takšna baterija lahko zdrži 20 let in je v tem času ni treba polniti. To je mogoče zaradi procesa jedrske fisije. Vendar pa je ta vir energije za mnoge lahko zaskrbljujoč. Navsezadnje vsi vedo, da je sevanje škodljivo in škodljivo za telo. In le malo ljudi bi uživalo v nošenju takega telefona ves dan.

Vendar znanstveniki trdijo, da je ta jedrska baterija popolnoma varna. Kot aktivna snov se uporablja tritij. Sevanje, ki se oddaja med njenim razpadom, je neškodljivo. Tritij v delovanju si lahko ogledate na kremenčevi uri, ki se sveti v temi. Baterija lahko prenese temperature do -50 °C in zanesljivo deluje pri temperaturah do 150 °C.⁰Hkrati ni bilo opaženih nobenih nihanj v njegovem delu.

Lepo bi bilo imeti takšno baterijo pri roki, vsaj za polnjenje telefona z navadno baterijo.

Napetost takšne baterije niha med 0,8 in 2,4 volta. Prav tako ustvari med 50 in 300 nanoamperov. In vse to se dogaja v obdobju 20 let.

Kapaciteta se izračuna na naslednji način: C = 0,000001 W * 50 let * 365 dni * 24 ur / 2 V = 219 mA

Baterija je trenutno vredna 1.122 dolarjev. Preračunano v rublje po trenutnem menjalnem tečaju (65,42) bi to znašalo 73.400 rubljev.

Kje se uporabljajo jedrske baterije?

Področje uporabe je praktično enako kot pri običajnih baterijah. Uporabljajo se v:

• Mikroelektronika.
• Senzorji tlaka in temperature.
• Vsadki.
• Kot prenosne baterije za litijeve baterije.
• Identifikacijski sistemi.
• Ure.
• SRAM pomnilnik.
• Za napajanje procesorjev z nizko porabo energije, kot so FPGA, ASIC.

To niso edine naprave; njihov seznam se bo v prihodnosti znatno razširil.

Jedrska baterija Nikelj-63 in njene značilnosti

Ta jedrski vir energije, ki temelji na izotopu 63, lahko deluje do 50 let. Deluje na podlagi beta-voltaičnega učinka. Je skoraj identičen fotoelektričnemu učinku. Pri tem učinku nastanejo elektronsko-vrtenski pari v kristalni mreži polprevodnika z delovanjem hitrih elektronov ali beta delcev. Pri fotoelektričnem učinku nastanejo z delovanjem fotonov.

Atomska baterija iz niklja-63 se proizvaja z obsevanjem tarč iz niklja-62 v reaktorju. Raziskovalec Gavrilov trdi, da ta postopek traja približno eno leto. Potrebne tarče so že na voljo v Železnogorsku.

Če primerjamo nove ruske jedrske baterije nikelj-63 z litij-ionskimi baterijami, bodo te 30-krat manjše.

Strokovnjaki trdijo, da so ti viri energije varni za ljudi, ker oddajajo šibke beta žarke. Poleg tega se ne sproščajo navzven, temveč ostanejo znotraj naprave.

Ta vir napajanja je trenutno idealen za medicinske srčne spodbujevalnike. Vendar razvijalci niso razkrili stroškov. Vendar pa jih je mogoče izračunati brez njih. En gram Ni-63 trenutno stane približno 4000 dolarjev. Zato bi popolnoma delujoča baterija zahtevala znatno naložbo.

Sestava jedrske baterije

Nikelj-63 se pridobiva iz diamantov. Vendar pa je pridobivanje tega izotopa zahtevalo razvoj nove tehnologije za rezanje trpežnega diamantnega materiala.

Jedrska baterija je sestavljena iz oddajnika in kolektorja, ločenih s posebno folijo. Ko radioaktivni element razpade, oddaja beta sevanje. To povzroči njegov pozitivni naboj. Hkrati se kolektor nabije negativno. To ustvari potencialno razliko, ki generira električni tok.

Naša atomska elektrarna je v bistvu večplastna pita. 200 nikelj-63 virov energije je stisnjenih med 200 diamantnimi polprevodniki. Vir energije je visok približno 4 mm in tehta 250 miligramov. Njegova majhnost je velika prednost ruske atomske baterije.

Iskanje pravih dimenzij je težavno. Debel izotop bo preprečil uhajanje elektronov, ki jih proizvaja. Tanek izotop je neugoden, saj zmanjša število beta razpadov na časovno enoto. Enako velja za debelino polprevodnika. Baterija najbolje deluje z debelino izotopa približno 2 mikrona, medtem ko diamantni polprevodnik potrebuje 10 mikronov.

Vendar pa dosedanji dosežki znanstvenikov še niso meja. Izpušne emisije bi se lahko povečale za vsaj trikrat. To pomeni, da bi lahko jedrsko baterijo naredili trikrat cenejšo.

Jedrska baterija z ogljikom-14, ki zdrži 100 let.

Ta atomska baterija ima naslednje prednosti pred drugimi viri sevalne energije:

1. Cenovnost.
2. Okolju prijazno.
3. Dolga življenjska doba do 100 let.
4. Nizka toksičnost.
5. Varnost.
6. Zmožen delovanja v ekstremnih temperaturnih pogojih.

Radioaktivni izotop ogljika-14 ima razpolovno dobo 5700 let. Je popolnoma nestrupen in poceni.

Ne le ZDA in Rusija, ampak tudi druge države aktivno delajo na posodobitvi jedrskih baterij! Raziskovalci so se naučili gojiti film na karbidni podlagi. Posledično so se stroški substrata zmanjšali za faktor 100. Ta struktura je odporna na sevanje, zaradi česar je ta vir energije varen in vzdržljiv. Z uporabo silicijevega karbida v jedrskih baterijah je mogoče doseči delovanje pri temperaturah 350 stopinj Celzija.

Tako so znanstveniki uspeli ustvariti atomsko baterijo z lastnimi rokami!