Nickel-63 on väga mugav alus miniatuursetele, kuid samas ohututele ja hooldusvabadele beeta-voltaic toiteallikatele, mille kasutusiga on vähemalt 50 aastat ja kõrge võimsustihedus. Neid saab kasutada erinevates valdkondades, sealhulgas astronautikas ja meditsiinis, aga ka erinevates äärmuslikud tingimused ja raskesti ligipääsetavad alad.

SELLEL TEEMAL

Projektis osaleja, Luchi labori juhataja asetäitja Aleksander Pavkini sõnul on nikkel-63 baasil kompaktse jõuallika prototüüp valminud initsiatiivil tehtud uurimistöö tulemus. «Sel juhul saime allikavõimsuseks suurusjärgus üks mikrovatt – see on juba piisav näiteks südamestimulaatori töö tagamiseks,» rõhutas ta.

Väärib märkimist, et nikkel-63 looduses ei eksisteeri. Seda toodetakse kunstlikult, kiiritades tuumareaktoris neutronitega looduslikku isotoopi nikkel-62. Seejärel töödeldakse saadud materjali radiokeemiliselt ja eraldatakse gaasitsentrifuugides.

Esitatud allika töö põhineb niklil, mille nikkel-63 rikastusaste on 20%, ütles Aleksander Pavkin. Kui aga kasutada suurema rikastusega niklit, on ta lisas, et saab võimsust suurendada ja samal ajal seadme suurust vähendada. "Nikkel-63 on nn "pehme" beeta-kiirgur. Sel juhul pole neutron- ega gammakiirgust. Ja beetakiirguse elektronid neelduvad muunduris täielikult, nii et kui allikat kasutatakse südamestimulaatorit opereerima, ei ulatu need isegi nahapinnale,” ütles Luchi labori juhataja asetäitja.

Meenutagem, et varem alustas Rosatom mastaapse projekti elluviimist Lõuna-Venemaal. Räägime tuuleparkide rajamisest Adygeas ja Krasnodari piirkond. Järgmise 10 aasta finantseerimise kogusumma ületab 63 miljardit rubla.

Kokkulepe esimese, 150-megavatise võimsusega tuulepargi ehitamiseks Adõgeasse saavutati eelmisel aastal Sotšis toimunud rahvusvahelisel investeerimisfoorumil. Projekti elluviimine vähendab vabariigi energiasüsteemi puudujääki umbes kolmandiku võrra.

Tuulepark ehk tuuleelektrijaam on mitu tuulegeneraatorit, mis on koondatud ühte või mitmesse kohta ja ühendatud ühtsesse võrku. Suured tuuleelektrijaamad võivad koosneda 100 või enamast tuulegeneraatorist, mis võimaldavad kuluefektiivselt kasutada ka kõige nõrgemate tuulte energiat - alates 4 meetrist sekundis.

Riikliku korporatsiooni "Rosatom" ettevõttes "Kaevandus- ja keemiakombinaat" (GCC, Zheleznogorsk, Krasnojarski territoorium) viidi läbi sihtisotoobiga nikkel-63 (Ni-63) rikastatud gaasi muundamine (muundamine) vormiks. sobib kasutamiseks pooljuhtmuunduril energiaallika prototüübi saamiseks. Ettevõtte pressiteenistuse esindaja teatas sellest RIA Novostile.

Hetkel on oodata Ni-63 rakendamiseks vajalike komponentide tarnimist ja prototüübi “tuumaaku” lõplikku kokkupanekut.

Beeta-voltailiste elektriallikate tööpõhimõte põhineb radioaktiivse beeta-lagunemisenergia muundamisel elektrienergiaks pooljuhtmuunduri abil. Nikkel-63 omadused muudavad selle väga mugavaks aluseks miniatuursetele, ohututele ja hooldusvabadele beeta-voltaic toiteallikatele, millel on pikk (vähemalt 50 aastat) kasutusiga ja suur võimsustihedus, kuni 100 mikrovatti kuupsentimeetri kohta. Selliseid jõuallikaid saab kasutada raskesti ligipääsetavates kohtades ja ekstreemsetes tingimustes. Tarbijate ohutuse seisukohalt on nikkel-63 eeliseks see, et tegemist on nn pehme beeta-emitteriga, mistõttu kiirgust varjab täielikult aku korpus.

Nikkel-63 põhinevad akud. Foto: YouTube

Nikkel-63 looduses ei eksisteeri, seega saadakse see loodusliku isotoobi nikkel-62 kiiritamisel neutronitega tuumareaktoris koos edasise radiokeemilise töötlemise ja eraldamisega gaasitsentrifuugides.

Kaevandus- ja keemiakombinaat on projekti süsteemiintegraator. MCC korraldas tööd kahes suunas: kõrgelt rikastatud Ni-63 isotoobi saamine ja pooljuhtmuunduri eristruktuuri loomine. Projekt hõlmab ainulaadsete kompetentsidega Rosatomi ettevõtteid. Eelkõige vastutab elektrokeemiatehas (Zelenogorsk, Krasnojarski territoorium, Rosatomi kütusefirma TVEL osa) nikli rikastamise eest, kasutades Ni-63 isotoopi. Viimane etapp, prototüübi jõuallika kokkupanek, toimub mäe- ja keemiakombinaadis.

Nagu märkis MCC pressiteenistuse esindaja, põhineb pooljuhtmuunduri projekteerimine uus disain, mis suurendab kvalitatiivselt kõigi komponentide efektiivsust. Ekspertide sõnul loovad kõrgelt rikastatud Ni-63-l põhinevad ja uue muunduri disainiga toiteallikad läbimurdeplatvormi uue põlvkonna seadmete projekteerimiseks küberneetika ja küberneetika valdkonnas. tehisintellekt. See on uut tüüpi seade, millest saab elektroonikaseadmete uue arhitektuuri alus.

Hetkel teadus edeneb ja areneb. Tänaseks on tuumapatarei juba leiutatud. Selline energiaallikas võib kesta kuni 50 ja mõnikord kuni 100 aastat. Kõik oleneb suurusest ja kasutatavast radioaktiivsest ainest.

Esimese teate tuumapatarei tootmise kohta tegi Rosatom. 2017. aastal esitles see ettevõte näitusel prototüüpi.

Teadlased suutsid optimeerida tuumapatarei kihte, mis kasutavad elektri tootmiseks nikkel 63 isotoobi beeta-lagunemist.

1 grammi seda ainet sisaldab 3300 millivatt-tundi.

Aatomipatarei tööpõhimõte

Energia tootmine põhineb keemilisel reaktsioonil, kasutades erinevad tüübid isotoobid. Beeta-lagunemise ajal tekib elektripotentsiaal. Ja see annab voolu.

Kas tuumapatareid on ohtlikud?

Arendajad väidavad, et sellised akud on tavakodanikele täiesti ohutud. Ja seda kõike seetõttu, et korpuse disain on läbimõeldud.

On teada, et beetakiirgus kahjustab keha. Kuid loodud tuumapatareis on see pehme ja imendub energiaelemendi sees.

Praegu tuvastavad eksperdid mitu tööstust, milles kavatsetakse kasutada Venemaa A123 tuumaakut:

1. Ravim.
2. Kosmosetööstus.
3. Tööstus.
4. Transport.

Lisaks nendele aladele saab uusi vastupidavaid energiaallikaid kasutada ka teistes.

Tuumapatarei plussid

Sellel on mitmeid positiivseid omadusi:

• Vastupidavus. Need võivad kesta kuni 100 000 aastat.
• Võime taluda kriitilisi temperatuure.
• Nende väiksus võimaldab neid kaasas kanda ja kasutada kompaktsetes seadmetes.

Tugeva aku miinused

• Tootmise keerukus.
• On oht saada kiirgust. Eriti kui korpus on kahjustatud.
• Kallis. Üks tuumapatarei võib maksta 500 000 kuni 4 500 000 rubla.
• Saadaval kitsale inimeste ringile.
• Väike sortiment.

Tuumapatareide uurimis- ja arendustegevusega tegelevad mitte ainult suurettevõtted, vaid ka tavatudengid. Nii arendas üliõpilane Tomskis välja oma tuumaenergial töötava aku, mis võib töötada ilma laadimiseta umbes 12 aastat. Leiutise töö põhineb triitiumi lagunemisel. Selline aku ei muuda aja jooksul oma omadusi.

Nutitelefoni tuumaaku

2019. aastaks vabastatakse telefonide tuumaenergiaallikad. Need näevad välja nagu alloleval pildil.

Need meenutavad teatud tüüpi mikrolülitust, mis sisestatakse mobiiltelefoni spetsiaalsetesse pistikutesse. See aku võib kesta 20 aastat. Pealegi ei pea seda kogu selle aja laadima. See on võimalik tänu tuuma lõhustumise protsessile. Tõsi, selline energiaallikas võib paljusid hirmutada. Kõik ju teavad, et kiirgus on kahjulik ja hävitab organismi. Ja vähestele inimestele meeldib sellist telefoni terve päeva enda kõrval kanda.

Kuid teadlaste sõnul on selline tuumapatarei täiesti ohutu. Kuna triitium osaleb toimeainena. Selle lagunemise ajal tekkiv kiirgus on kahjutu. Triitiumi tööd näete pimedas helendaval kvartskellal. Aku talub miinus 50 kraadist pakast. See töötab stabiilselt ka pluss 150 C 0 juures. Samal ajal ei täheldatud tema töös kõikumisi.

Hea mõte on selline aku käepärast hoida, et vähemalt telefoni tavalise akuga laadida.

Sellise aku pinge on vahemikus 0,8–2,4 volti. Samuti genereerib see 50 kuni 300 nanoamprit. Ja kõik see juhtub 20 aasta jooksul.

Võimsus arvutatakse järgmiselt: C = 0,000001W * 50 aastat * 365 päeva * 24 tundi / 2V = 219mA

Hetkel on aku väärtuseks 1122 dollarit. Kui konverteerida rubladeks praeguse kursi (65,42) järgi, tuleb see välja 73 400 rubla.

Kus kasutatakse tuumapatareisid?

Kasutusala on peaaegu sama, mis tavalistel akudel. Neid kasutatakse:

• Mikroelektroonika.
• Rõhu- ja temperatuuriandurid.
• Implantaadid.
• Liitiumelementide energiapangadena.
• Identifitseerimissüsteemid.
• Tundi.
• SRAM-mälu.
• Väikese võimsusega protsessorite toiteks, näiteks FPGA, ASIC.

Need pole ainsad seadmed, tulevikus suureneb nende nimekiri oluliselt.

Nikkel 63 tuumapatarei ja selle omadused

See isotoobil 63 valmistatud tuumaenergiaallikas võib kesta kuni 50 aastat. See töötab beeta-voltoose efekti tõttu. See on peaaegu nagu fotoelektriline efekt. Selles tekivad kiirete elektronide ehk beetaosakeste toimel elektron-augu paarid pooljuhi kristallvõres. Ja fotoelektrilise efektiga ilmuvad nad footonite mõjul.

Nikkel-63 aatomipatarei toodetakse nikkel-62 sihtmärkide kiiritamisel reaktoris. Teadlase Gavrilovi väitel kulub selleks umbes 1 aasta. Vajalikud sihtmärgid on Zheleznogorskis juba olemas.

Kui võrrelda uusi Venemaa tuumapatareisid nikkel 63-l liitiumioonakudega, on need 30 korda väiksemad.

Eksperdid ütlevad, et need energiaallikad on inimestele ohutud, kuna kiirgavad nõrku beetakiirgust. Lisaks ei tule need välja, vaid jäävad seadme sisse.

Selline jõuallikas on praegu ideaalne meditsiiniliste südamestimulaatorite jaoks. Kuid arendajad ei räägi kuludest. Kuid saate arvutada ilma nendeta. 1 gramm Ni-63 maksab praegu umbes 4000 dollarit. Siit võime järeldada, et täisväärtuslik aku nõuab palju raha.

Nikkel 63 kaevandatakse teemantidest. Kuid selle isotoobi saamiseks oli vaja luua uus tehnoloogia vastupidava teemantmaterjali lõikamiseks.

Üldiselt koosneb tuumapatarei emitterist ja kollektorist, mis on eraldatud spetsiaalse kilega. Kui radioaktiivne element laguneb, eraldab see beetakiirgust. Selle tulemusena saab see positiivselt laetud. Sel ajal on kollektor negatiivselt laetud. Pärast seda ilmub potentsiaalide erinevus ja a elektrit.

Sisuliselt on meie aatomipatarei kihiline kook. 200 teemantpooljuhi vahel on 200 energiaallikat, mis on valmistatud niklist 63. Energiaallika kõrgus on umbes 4 mm. Selle kaal on 250 milligrammi. Väike suurus on Venemaa tuumapatarei jaoks suur pluss.

Vajalikke mõõtmeid on raske leida. Isotoobi suur paksus ei lase selles ilmuvatel elektronidel välja pääseda. Väike paksus ei ole kasulik, kuna beeta-lagunemiste arv ajaühikus väheneb. Sama kehtib ka pooljuhi paksuse kohta. Aku töötab kõige paremini, kui isotoobi paksus on umbes 2 mikronit. Ja teemantpooljuht on 10 mikronit.

Kuid see, mida teadlased on seni saavutanud, ei ole piir. Heitmeid saab suurendada vähemalt kolm korda. See tähendab, et tuumapatarei saab teha 3 korda odavamalt.

Süsinik-14 tuumapatarei kestab 100 aastat

See aatomi aku võrreldes teistega kiirgusallikad energial on järgmised eelised:

1. Odavus.
2. Ökoloogiline puhtus.
3. Pikk kasutusiga kuni 100 aastat.
4. Madal toksilisus.
5. Ohutus.
6. Võimalus töötada äärmuslikes temperatuuritingimustes.

Radioaktiivse süsiniku isotoobi 14 poolestusaeg on 5700 aastat. See on absoluutselt mittetoksiline ja odav.

Mitte ainult USA ja Venemaa, vaid ka teised riigid tegelevad aktiivselt tuumapatarei moderniseerimisega! Teadlased on õppinud karbiidsubstraadil kilet kasvatama. Selle tulemusena langes substraadi hind lausa 100 korda. See struktuur on kiirguskindel ja muudab selle energiaallika ohutuks ja vastupidavaks. Kasutades tuumapatareides ränikarbiidi, on võimalik saavutada selle töö 350 kraadi Celsiuse järgi.

Seega õnnestus teadlastel oma kätega aatomipatarei luua!