Ang bateryang atomiko sa modernong mundo

Ang agham ay kasalukuyang umuunlad at umuunlad. Naimbento na ang isang nuclear battery. Ang ganitong pinagmumulan ng enerhiya ay maaaring tumagal nang hanggang 50 taon, at minsan ay hanggang 100 taon. Ang lahat ay depende sa laki at sa radioactive substance na ginagamit.

Ang Rosatom ang unang nag-anunsyo ng produksyon ng isang nuclear battery. Noong 2017, ipinakita ng kumpanya ang isang prototype sa isang eksibisyon.

Nagtagumpay ang mga mananaliksik sa pag-optimize ng mga patong ng isang nuclear battery na gumagamit ng beta decay ng nickel-63 isotope upang makabuo ng kuryente.

Ang 1 gramo ng sangkap na ito ay naglalaman ng 3300 milliwatt hours.

Paano gumagana ang isang bateryang atomiko

Ang isang atomic battery, na kilala rin bilang radioisotope heat generator (RIHG), ay isang pinagmumulan ng kuryente na gumagamit ng proseso ng pagkabulok ng mga radioactive isotope upang makabuo ng init at, kaugnay nito, i-convert ito sa enerhiyang elektrikal.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang atomic battery ay batay sa radioactive decay, kung saan ang mga nuclei ng mga atom ay naghihiwalay, na naglalabas ng mga particle at enerhiya. Isa sa mga pinakakaraniwang materyales na ginagamit sa mga atomic battery ay ang plutonium-238, na may mahabang half-life. Ang plutonium-238 ay nabubulok at nagiging uranium-234, na naglalabas ng mga alpha particle. Ang mga particle na ito ay naglalaman ng mataas na enerhiya, na nababago sa init kapag nakikipag-ugnayan sa kapaligiran.

Ang pagbuo ng init ay isang mahalagang hakbang sa pagpapatakbo ng isang atomic battery. Ang init ay inililipat sa pamamagitan ng isang heat exchanger patungo sa isang thermoelectric converter. Ang converter na ito ay naglalaman ng mga materyales na may kakayahang makabuo ng electric current kapag napapailalim sa pagkakaiba ng temperatura. Kaya, ang init mula sa radioactive decay ng plutonium-238 ay inililipat sa isang gilid ng thermoelectric converter, na lumilikha ng pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng dalawang gilid nito. Ang pagkakaiba ng temperaturang ito ay nagbibigay-daan sa pagbuo ng enerhiyang elektrikal gamit ang Seebeck thermoelectric effect.

Ang enerhiyang elektrikal na nalilikha ng isang thermoelectric converter ay ginagamit upang paganahin ang mga kagamitang elektrikal. Ang pangunahing bentahe ng mga bateryang atomiko ay ang pagbibigay ng mga ito ng matatag at pangmatagalang pinagkukunan ng enerhiya, na hindi nangangailangan ng kapalit o pag-recharge sa loob ng maraming taon. Gayunpaman, dahil sa paggamit ng mga radioactive na materyales, ang mga bateryang atomiko ay may ilang mga panganib at nangangailangan ng mga espesyal na pag-iingat sa kaligtasan habang ginagamit at ginagamit.

 

Mapanganib ba ang mga bateryang nukleyar?

Sinasabi ng mga developer na ang mga bateryang ito ay ligtas para sa mga ordinaryong tao. Ito ay dahil mahusay ang disenyo ng kanilang pabahay.

Ang beta radiation ay kilalang nakakapinsala sa katawan. Ngunit sa bagong gawang nuclear battery, ito ay malambot at maa-absorb sa loob ng energy cell.

Sa kasalukuyan, kinikilala ng mga eksperto ang ilang mga industriya kung saan planong gamitin ang baterya ng nukleyar na Russia A123:

1. Gamot.
2. Industriya ng kalawakan.
3. Industriya.
4. Transportasyon.

Bukod sa mga lugar na ito, maaari ring gamitin ang mga bagong pangmatagalang mapagkukunan ng enerhiya sa iba pa.

Mga kalamangan ng isang bateryang nukleyar

Ang ilang mga positibong katangian ay nailalarawan:

• Katatagan. Maaari silang tumagal nang hanggang 100,000 taon.
• Kakayahang makatiis sa mga kritikal na temperatura.
• Ang kanilang maliit na sukat ay nagbibigay-daan sa mga ito na gawing portable at magamit sa mga compact na kagamitan.

Mga kawalan ng bateryang nukleyar

• Pagiging kumplikado ng produksyon.
• May panganib ng pagkakalantad sa radiation, lalo na kung nasira ang pabahay.
• Mahal. Ang isang bateryang nukleyar ay maaaring magkahalaga sa pagitan ng 500,000 at 4,500,000 rubles.
• Magagamit sa isang limitadong grupo ng mga tao.
• Maliit na pagpipilian.

Ang pananaliksik at pagpapaunlad ng bateryang nukleyar ay isinasagawa hindi lamang ng malalaking kumpanya kundi pati na rin ng mga ordinaryong estudyante. Halimbawa, isang estudyante sa Tomsk ang nakabuo ng sarili niyang bateryang pinapagana ng nukleyar na maaaring gumana nang humigit-kumulang 12 taon nang hindi nagre-recharge. Ang imbensyon ay nakasalalay sa pagkabulok ng tritium. Ang mga katangian ng bateryang ito ay nananatiling hindi nagbabago sa paglipas ng panahon.

Baterya ng nukleyar para sa mga smartphone

Simula noong 2019, ang mga pinagkukunan ng enerhiyang nukleyar para sa mga telepono ay ginagawa na. Ang hitsura nila ay katulad ng ipinapakita sa larawan sa ibaba.

Para silang isang microchip na kasya sa mga espesyal na puwang sa isang cellphone. Ang ganitong baterya ay maaaring tumagal nang 20 taon, at hindi na kailangang i-charge sa panahong iyon. Posible ito dahil sa proseso ng nuclear fission. Gayunpaman, ang pinagmumulan ng enerhiyang ito ay maaaring nakababahala sa marami. Tutal, alam naman ng lahat na ang radiation ay nakakapinsala at nakakasama sa katawan. At kakaunti lang ang mga taong masisiyahan sa pagdadala ng ganitong telepono buong araw.

Ngunit inaangkin ng mga siyentipiko na ang bateryang nukleyar na ito ay ganap na ligtas. Tritium ang ginagamit bilang aktibong sangkap. Ang radiation na inilalabas habang nabubulok ito ay hindi nakakapinsala. Makikita mo ang tritium na kumikilos sa isang glow-in-the-dark quartz watch. Ang baterya ay kayang tiisin ang mga temperaturang kasingbaba ng -50°C at maaasahang gumagana sa mga temperaturang kasingtaas ng 150°C.⁰Kasabay nito, walang napansing pagbabago sa trabaho nito.

Maganda sana kung mayroon kang ganitong baterya, kahit papaano ay ma-recharge ang iyong telepono gamit ang isang regular na baterya.

Ang boltahe ng naturang baterya ay nagbabago-bago sa pagitan ng 0.8 at 2.4 volts. Nakakabuo rin ito ng nasa pagitan ng 50 at 300 nanoamps. At lahat ng ito ay nangyayari sa loob ng 20 taon.

Ang kapasidad ay kinakalkula tulad ng sumusunod: C = 0.000001W * 50 taon * 365 araw * 24 oras / 2V = 219mA

Ang baterya ay kasalukuyang nagkakahalaga ng $1,122. Kung ikukumpara sa rubles sa kasalukuyang halaga ng palitan (65.42), ito ay magiging 73,400 rubles.

Saan ginagamit ang mga bateryang nukleyar?

Ang saklaw ng aplikasyon ay halos kapareho ng sa mga kumbensyonal na baterya. Ginagamit ang mga ito sa:

• Mikroelektronika.
• Mga sensor ng presyon at temperatura.
• Mga implant.
• Bilang mga power bank para sa mga bateryang lithium.
• Mga sistema ng pagkakakilanlan.
• Mga oras.
• Memorya ng SRAM.
• Para sa pagpapagana ng mga low-power processor, tulad ng FPGA, ASIC.

Hindi lamang ito ang mga device; ang kanilang listahan ay lalawak nang malaki sa hinaharap.

Baterya ng nukleyar na Nickel-63 at mga katangian nito

Ang pinagmumulan ng enerhiyang nukleyar na ito, batay sa 63 isotope, ay maaaring tumagal nang hanggang 50 taon. Gumagana ito sa pamamagitan ng beta-voltaic effect. Halos kapareho ito ng photoelectric effect. Sa epektong ito, ang mga pares ng electron-hole sa semiconductor crystal lattice ay nalilikha sa pamamagitan ng aksyon ng mabibilis na electron o beta particle. Sa photoelectric effect, nalilikha ang mga ito sa pamamagitan ng aksyon ng mga photon.

Isang bateryang atomiko na may nickel-63 ang nalilikha sa pamamagitan ng pag-iilaw ng mga target na nickel-62 sa isang reaktor. Inaangkin ng mananaliksik na si Gavrilov na ang prosesong ito ay tumatagal ng halos isang taon. Ang mga kinakailangang target ay makukuha na sa Zheleznogorsk.

Kung ikukumpara natin ang mga bagong bateryang nukleyar na nickel-63 ng Russia sa mga bateryang lithium-ion, magiging 30 beses na mas maliit ang mga ito.

Sinasabi ng mga eksperto na ang mga pinagmumulan ng enerhiyang ito ay ligtas para sa mga tao dahil naglalabas ang mga ito ng mahinang beta ray. Bukod pa rito, hindi sila inilalabas palabas, kundi nananatili sa loob ng aparato.

Ang pinagmumulan ng kuryenteng ito ay kasalukuyang mainam para sa mga medikal na pacemaker. Gayunpaman, hindi pa isiniwalat ng mga developer ang halaga. Gayunpaman, maaari itong kalkulahin nang wala ang mga ito. Ang isang gramo ng Ni-63 ay kasalukuyang nagkakahalaga ng humigit-kumulang $4,000. Samakatuwid, ang isang ganap na gumaganang baterya ay mangangailangan ng malaking pamumuhunan.

Komposisyon ng isang bateryang nukleyar

Ang nickel-63 ay kinukuha mula sa mga diyamante. Gayunpaman, ang pagkuha ng isotopang ito ay nangailangan ng pagbuo ng isang bagong teknolohiya para sa pagputol ng matibay na materyal na diyamante.

Ang isang bateryang nukleyar ay binubuo ng isang emitter at isang kolektor na pinaghihiwalay ng isang espesyal na pelikula. Habang nabubulok ang elementong radioaktibo, naglalabas ito ng beta radiation. Nagreresulta ito sa positibong karga nito. Kasabay nito, nagiging negatibong karga ang kolektor. Lumilikha ito ng potensyal na pagkakaiba, na lumilikha ng kuryente.

Sa esensya, ang ating atomic power cell ay isang patong-patong na pie. 200 nickel-63 power source ang nakapatong sa pagitan ng 200 diamond semiconductors. Ang power source ay humigit-kumulang 4 mm ang taas at may bigat na 250 milligrams. Ang maliit na sukat nito ay isang malaking bentahe para sa atomic battery ng Russia.

Mahirap hanapin ang tamang sukat. Ang isang makapal na isotope ay pipigil sa mga electron na nalilikha nito sa pagtakas. Ang isang manipis na isotope ay hindi maganda, dahil binabawasan nito ang bilang ng mga beta decay bawat yunit ng oras. Ganito rin ang nangyayari sa kapal ng semiconductor. Pinakamahusay ang performance ng baterya sa kapal ng isotope na humigit-kumulang 2 microns, habang ang isang diamond semiconductor ay nangangailangan ng 10 microns.

Ngunit ang mga nakamit na ng mga siyentipiko sa ngayon ay hindi pa ang hangganan. Ang mga emisyon ng tambutso ay maaaring tumaas nang hindi bababa sa tatlong beses. Nangangahulugan ito na ang isang bateryang nukleyar ay maaaring gawing tatlong beses na mas mura.

Isang carbon-14 na bateryang nukleyar na tumatagal ng 100 taon.

Ang bateryang atomiko na ito ay may mga sumusunod na bentahe kumpara sa iba pang pinagmumulan ng enerhiya sa radyasyon:

1. Kamuraan.
2. Mabuti sa kapaligiran.
3. Mahabang buhay ng serbisyo hanggang sa 100 taon.
4. Mababang toxicity.
5. Kaligtasan.
6. Kakayahang gumana sa matinding mga kondisyon ng temperatura.

Ang radioactive isotope na carbon-14 ay may half-life na 5,700 taon. Ito ay ganap na hindi nakalalason at mura.

Hindi lamang ang US at Russia, kundi pati na rin ang ibang mga bansa ay aktibong nagsusumikap na gawing moderno ang mga bateryang nukleyar! Natutunan ng mga mananaliksik na palaguin ang pelikula sa isang carbide substrate. Bilang resulta, ang halaga ng substrate ay nabawasan nang 100 beses. Ang istrukturang ito ay lumalaban sa radiation, na ginagawang ligtas at matibay ang pinagmumulan ng enerhiyang ito. Sa pamamagitan ng paggamit ng silicon carbide sa mga bateryang nukleyar, posible na makamit ang operasyon sa temperaturang 350 degrees Celsius.

Kaya, nagawa ng mga siyentipiko na lumikha ng isang atomic battery gamit ang kanilang sariling mga kamay!