El níquel-63 es una base muy cómoda para fuentes de alimentación betavoltaicas en miniatura, pero al mismo tiempo seguras y sin mantenimiento, con una vida útil de al menos 50 años y una alta densidad de potencia. Se pueden utilizar en diversos campos, incluidos la astronáutica y la medicina, así como en diversos condiciones extremas y zonas de difícil acceso.

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Según el participante del proyecto, el jefe adjunto del laboratorio Luch, Alexander Pavkin, el modelo de una fuente de energía compacta basada en níquel-63 es el resultado de un trabajo de investigación realizado por iniciativa. "En este caso hemos recibido una fuente de energía del orden de un microvatio; esto ya es suficiente para garantizar, por ejemplo, el funcionamiento de un marcapasos", subrayó.

Cabe señalar que el níquel-63 no existe en la naturaleza. Se obtiene artificialmente irradiando el isótopo natural níquel-62 con neutrones en un reactor nuclear. Posteriormente, el material resultante se somete a procesamiento radioquímico y separación en centrífugas de gas.

El trabajo de la fuente presentada se basa en níquel con un nivel de enriquecimiento del 20% en níquel-63, dijo Alexander Pavkin. Sin embargo, si se utiliza níquel más enriquecido, añadió, se puede aumentar la potencia y al mismo tiempo reducir el tamaño del dispositivo. "El níquel-63 es el llamado emisor beta "suave". En este caso, no hay radiación de neutrones ni gamma. Y los electrones de la radiación beta son completamente absorbidos por el convertidor, por lo que, digamos, si se utiliza una fuente para operar un marcapasos, ni siquiera llegarán a la superficie de la piel", afirmó el subdirector del laboratorio Luch.

Recordemos que anteriormente Rosatom lanzó un proyecto a gran escala en el sur de Rusia. Estamos hablando de la construcción de parques eólicos en Adygea y Territorio de Krasnodar. El importe total de la financiación para los próximos 10 años supera los 63 mil millones de rublos.

El año pasado se llegó a un acuerdo sobre la construcción del primer parque eólico en Adygeya con una capacidad de 150 megavatios en el Foro Internacional de Inversiones en Sochi. La ejecución del proyecto permitirá reducir en aproximadamente un tercio el déficit del sistema energético de la república.

Un parque eólico o parque eólico es una serie de aerogeneradores ensamblados en una o más ubicaciones y conectados en una única red. Los grandes parques eólicos pueden constar de 100 o más turbinas eólicas, lo que permite aprovechar de forma rentable la energía incluso de los vientos más débiles, a partir de 4 metros por segundo.

En la empresa de la corporación estatal "Rosatom" "Mining and Chemical Combine" (MCC, Zheleznogorsk, territorio de Krasnoyarsk), la conversión de gas enriquecido en el isótopo objetivo níquel-63 (Ni-63) a una forma adecuada para Aplicación a un convertidor de semiconductores para la obtención de un prototipo de fuente de energía. Así lo informó a RIA Novosti un representante del servicio de prensa de la empresa.

Actualmente se espera la entrega de los componentes correspondientes para la aplicación del Ni-63 y el montaje final del prototipo de "batería nuclear".

El principio de funcionamiento de las fuentes de energía betavoltaicas es la conversión de la energía de la desintegración beta radiactiva en electricidad mediante un convertidor semiconductor. Las propiedades del níquel-63 lo convierten en una base muy conveniente para fuentes de alimentación betavoltaicas en miniatura, seguras y sin mantenimiento con una larga vida útil (al menos 50 años) y una alta densidad de potencia, de hasta 100 microvatios por centímetro cúbico. Estas fuentes de alimentación se pueden utilizar en zonas de difícil acceso y en condiciones extremas. Desde el punto de vista de la seguridad del consumidor, la ventaja del níquel-63 es que es un emisor beta llamado "suave", por lo que la radiación queda completamente protegida por la carcasa de la batería.

Baterías a base de Níquel-63. Foto: Youtube

El níquel-63 no existe en la naturaleza, por lo que se obtiene mediante irradiación de neutrones del isótopo natural níquel-62 en un reactor nuclear con posterior procesamiento radioquímico y separación en centrífugas de gas.

"Mining and Chemical Combine" actúa como integrador de sistemas del proyecto. El MCC organizó el trabajo en dos direcciones: obtener un isótopo Ni-63 altamente enriquecido y crear una estructura especial para un convertidor semiconductor. En el proyecto participan empresas Rosatom con competencias únicas. En particular, la planta electroquímica (Zelenogorsk, territorio de Krasnoyarsk, parte de la empresa de combustible Rosatom TVEL) se encarga del enriquecimiento del níquel en el isótopo Ni-63. La etapa final, el montaje del prototipo de fuente de energía, se llevará a cabo en el MCC.

Como señaló el representante del servicio de prensa de MCC, el diseño del convertidor de semiconductores se basa en nuevo diseño, lo que aumenta cualitativamente la eficiencia de todos los componentes. Según los expertos, las fuentes de alimentación basadas en Ni-63 altamente enriquecido y con un nuevo diseño del convertidor crean una plataforma innovadora para el diseño de dispositivos de próxima generación en el campo de la cibernética y inteligencia artificial. Se trata de un nuevo tipo de dispositivo que se convertirá en la base de una nueva arquitectura de dispositivos electrónicos.

Actualmente, la ciencia está progresando y desarrollándose. Hasta la fecha, la batería nuclear ya ha sido inventada. Una fuente de energía de este tipo puede durar hasta 50 y, a veces, hasta 100 años. Todo depende del tamaño y del tipo de sustancia radiactiva que se utilice.

La primera declaración sobre la producción de una batería atómica la hizo Rosatom. En 2017, esta empresa presentó un prototipo en la exposición.

Los investigadores pudieron optimizar las capas de una batería nuclear que utiliza la desintegración beta del isótopo níquel 63 para generar electricidad.

1 gramo de dicha sustancia contiene 3300 milivatios hora.

Cómo funciona una batería atómica

La producción de energía se basa en una reacción química utilizando diferentes tipos isótopos. Durante la desintegración beta, se crea un potencial eléctrico. Y da corriente.

¿Son peligrosas las baterías nucleares?

Los desarrolladores afirman que este tipo de baterías son completamente seguras para los ciudadanos comunes. Y todo porque el diseño de la carrocería está bien hecho.

Se sabe que la radiación beta daña el cuerpo. Pero en la batería nuclear creada, es blando y será absorbido dentro del elemento energético.

Por el momento, los expertos identifican varias industrias en las que está previsto utilizar la batería nuclear "Rusia A123":

1. Medicamento.
2. Industria espacial.
3. Industria.
4. Transporte.

Además de estos ámbitos, en otros se pueden utilizar nuevas fuentes de energía duraderas.

Ventajas de una batería nuclear

Hay una serie de cualidades positivas:

• Durabilidad. Pueden durar hasta 100.000 años.
• Capacidad para soportar temperaturas críticas.
• El pequeño tamaño permitirá que sean portátiles y utilizados en equipos compactos.

Contras de una batería potente

• La complejidad de la producción.
• Existe riesgo de exposición. Especialmente si el casco está dañado.
• Alto costo. Una batería nuclear puede costar entre 500.000 y 4.500.000 rublos.
• Accesible a un círculo reducido de personas.
• Pequeño surtido.

La investigación y el desarrollo de baterías nucleares lo llevan a cabo no sólo las grandes empresas, sino también los estudiantes comunes y corrientes. Así, en Tomsk, un estudiante desarrolló su propia batería, alimentada por energía nuclear, que puede funcionar sin recarga durante unos 12 años. El trabajo de la invención se basa en la descomposición del tritio. Una batería de este tipo no cambia sus características con el tiempo.

Batería nuclear para smartphone

Para 2019, liberan fuentes de energía atómica para teléfonos. Se parecen a la imagen de abajo.

Se parecen a un determinado microcircuito que se inserta en conectores especiales de un teléfono móvil. Una batería de este tipo puede durar 20 años. Y todo este tiempo no es necesario cargarlo. Esto es posible gracias al proceso de fisión nuclear. Es cierto que una fuente de energía así puede asustar a muchos. Después de todo, todo el mundo sabe que la radiación es dañina y destruye el cuerpo. Y a pocas personas les gusta llevar un teléfono así a su lado durante todo el día.

Pero según los científicos, una batería nuclear de este tipo es completamente segura. Dado que el tritio interviene como sustancia activa. Su radiación, que aparece durante la descomposición, es inofensiva. Puedes ver el trabajo del tritio en un reloj de cuarzo que brilla en la oscuridad. La batería resiste heladas a menos 50 grados. También funciona de manera estable a más de 150 C 0. Al mismo tiempo, no se notaron dudas en su trabajo.

Es bueno tener una batería de este tipo a mano, al menos para recargar el teléfono con una batería normal.

El voltaje de dicha batería oscila entre 0,8 y 2,4 voltios. También genera de 50 a 300 nanoamperios. Y todo esto lleva sucediendo desde hace 20 años.

La capacidad se calcula de la siguiente manera: C = 0,000001W * 50 años * 365 días * 24 horas / 2V = 219mA

La batería está valorada actualmente en 1.122 dólares. Si se traduce a rublos al tipo de cambio actual (65,42), el resultado será 73.400 rublos.

¿Dónde se utilizan las baterías nucleares?

El alcance es casi el mismo que el de las baterías convencionales. Se utilizan en:

• Microelectrónica.
• Sensores de presión y temperatura.
• Implantes.
• Como powerbanks para celdas de litio.
• sistemas de identificación.
• horas.
• Memoria SRAM.
• Para alimentar procesadores de bajo consumo, como FPGA, ASIC.

Estos no son los únicos dispositivos en el futuro, su lista se ampliará significativamente.

Batería nuclear de níquel 63 y sus características.

Esta fuente de energía atómica, formada por 63 isótopos, puede durar hasta 50 años. Funciona gracias al efecto beta voltaico. Es casi similar al efecto fotoeléctrico. En él, los pares electrón-hueco en la red cristalina de un semiconductor se crean bajo la acción de electrones rápidos o partículas beta. Y con el efecto fotoeléctrico, aparecen bajo la influencia de fotones.

Se produce una batería atómica de níquel 63 irradiando en un reactor objetivos de níquel 62. El investigador Gavrilov afirma que esto lleva alrededor de un año. Los objetivos necesarios ya están disponibles en Zheleznogorsk.

Si comparamos las nuevas baterías nucleares rusas de níquel 63 con las de iones de litio, serán 30 veces más pequeñas.

Los expertos afirman que estas fuentes de energía son seguras para los humanos, ya que emiten débiles rayos beta. Además, no salen al exterior, sino que permanecen dentro del dispositivo.

Actualmente, una fuente de alimentación de este tipo es perfecta para marcapasos médicos. Pero los desarrolladores no hablan del coste. Pero puedes calcularlo sin ellos. 1 gramo de Ni-63 cuesta actualmente alrededor de 4.000 dólares. De aquí podemos concluir que una batería completa requerirá mucho dinero.

El níquel 63 se extrae de los diamantes. Pero para obtener este isótopo, fue necesario crear una nueva tecnología para cortar material de diamante duradero.

En general, una batería nuclear consta de un emisor y un colector separados por una película especial. A medida que un elemento radiactivo se desintegra, libera radiación beta. El resultado es una carga positiva. En este momento, el colector está cargado negativamente. Después de eso, aparece y se forma una diferencia de potencial. electricidad.

De hecho, nuestra batería atómica es un pastel en capas. Entre 200 toneladas de semiconductores de diamante hay 200 fuentes de energía hechas de níquel 63. La altura de la fuente de energía es de unos 4 mm. Su peso es de 250 miligramos. El pequeño tamaño es una gran ventaja para la batería atómica rusa.

Es difícil encontrar el tamaño correcto. El gran espesor del isótopo no permitirá que escapen los electrones que han aparecido en él. Un espesor pequeño no es beneficioso, ya que disminuye el número de desintegraciones beta por unidad de tiempo. Lo mismo ocurre con el espesor del semiconductor. La batería funciona mejor con un espesor de isótopo de aproximadamente 2 micrones. Un semiconductor de diamante mide 10 micras.

Pero lo que los científicos han logrado hasta el momento no es el límite. El escape se puede aumentar al menos tres veces más. Y esto significa que una batería nuclear se puede hacer 3 veces más barata.

Batería nuclear de carbono 14 funcionando 100 años.

Esta batería atómica, en comparación con otras, tiene fuentes de radiación La energía tiene las siguientes ventajas:

1. Baratura.
2. Pureza ecológica.
3. Larga vida útil de hasta 100 años.
4. Baja toxicidad.
5. Seguridad.
6. Capaz de trabajar en condiciones de temperatura extrema.

El isótopo radiactivo carbono 14 tiene una vida media de 5700 años. Es absolutamente no tóxico y tiene un bajo costo.

¡El trabajo activo en la modernización de la batería nuclear lo llevan a cabo no solo Estados Unidos y Rusia, sino también otros países! Los investigadores han aprendido cómo formar una película sobre un sustrato de carburo. Como resultado, el precio del sustrato ha bajado hasta 100 veces. Esta estructura es resistente a la radiación y esto hace que esta fuente de energía sea segura y duradera. Utilizando carburo de silicio en baterías nucleares, es posible lograr su funcionamiento a una temperatura de 350 grados centígrados.

¡Así, los científicos lograron crear una batería atómica con sus propias manos!