Атомска батерија у савременом свету

Наука тренутно напредује и развија се. Нуклеарна батерија је већ изумљена. Такав извор енергије може трајати до 50, а понекад и до 100 година. Све зависи од величине и коришћене радиоактивне супстанце.

Росатом је први најавио производњу нуклеарне батерије. Компанија је 2017. године представила прототип на изложби.

Истраживачи су успели да оптимизују слојеве нуклеарне батерије која користи бета распад изотопа никла-63 за производњу електричне енергије.

1 грам ове супстанце садржи 3300 миливат-сати.

Како ради атомска батерија

Атомска батерија, позната и као радиоизотопски генератор топлоте (RIHG), је извор енергије који користи процес распада радиоактивних изотопа за генерисање топлоте и, заузврат, њено претварање у електричну енергију.

Принцип рада атомске батерије заснива се на радиоактивном распаду, у којем се језгра атома распадају, емитујући честице и енергију. Један од најчешћих материјала који се користе у атомским батеријама је плутонијум-238, који има дуго време полураспада. Плутонијум-238 се распада на уранијум-234, емитујући алфа честице. Ове честице садрже високу енергију, која се претвара у топлоту при интеракцији са околином.

Производња топлоте је кључни корак у раду атомске батерије. Топлота се преноси кроз измењивач топлоте до термоелектричног конвертора. Овај конвертор садржи материјале способне да генеришу електричну струју када су изложени температурној разлици. Дакле, топлота од радиоактивног распада плутонијума-238 се преноси на једну страну термоелектричног конвертора, стварајући температурну разлику између његове две стране. Ова температурна разлика омогућава генерисање електричне енергије коришћењем Зеебековог термоелектричног ефекта.

Електрична енергија коју генерише термоелектрични конвертор користи се за напајање електричних уређаја. Главна предност атомских батерија је у томе што пружају стабилан, дуготрајан извор енергије, који не захтева замену или пуњење дуги низ година. Међутим, због употребе радиоактивних материјала, атомске батерије носе одређене ризике и захтевају посебне мере предострожности током употребе и руковања.

 

Да ли су нуклеарне батерије опасне?

Програмери тврде да су ове батерије потпуно безбедне за обичне људе. То је зато што је кућиште добро дизајнирано.

Познато је да је бета зрачење штетно за тело. Али у новоствореној нуклеарној батерији, оно је меко и биће апсорбовано унутар енергетске ћелије.

Тренутно, стручњаци идентификују неколико индустрија у којима се планира употреба руске нуклеарне батерије А123:

1. Лек.
2. Свемирска индустрија.
3. Индустрија.
4. Транспорт.

Поред ових области, нови дуготрајни извори енергије могу се користити и у другим.

Предности нуклеарне батерије

Истиче се низ позитивних квалитета:

• Трајност. Могу трајати до 100.000 година.
• Способност да издржи критичне температуре.
• Њихова мала величина омогућава им да буду преносиви и користе се у компактној опреми.

Мане нуклеарне батерије

• Сложеност производње.
• Постоји ризик од излагања зрачењу, посебно ако је кућиште оштећено.
• Скупо. Једна нуклеарна батерија може коштати између 500.000 и 4.500.000 рубаља.
• Доступно ограниченом кругу људи.
• Мали избор.

Истраживање и развој нуклеарних батерија не спроводе само велике компаније, већ и обични студенти. Један студент у Томску, на пример, развио је сопствену батерију на нуклеарни погон која може да ради приближно 12 година без поновног пуњења. Изум се заснива на распаду трицијума. Карактеристике ове батерије остају непромењене током времена.

Нуклеарна батерија за паметне телефоне

Од 2019. године производе се нуклеарни извори енергије за телефоне. Изгледају као што је приказано на слици испод.

Подсећају на микрочип који се уклапа у посебне слотове у мобилном телефону. Таква батерија може да траје 20 година, и не мора се пунити током тог времена. То је могуће захваљујући процесу нуклеарне фисије. Међутим, овај извор енергије може бити алармантан за многе. На крају крајева, сви знају да је зрачење штетно и погубно за тело. И мало ко би уживао носећи такав телефон цео дан.

Али научници тврде да је ова нуклеарна батерија потпуно безбедна. Трицијум се користи као активна супстанца. Зрачење које се емитује током њеног распада је безопасно. Можете видети трицијум у акцији на кварцном сату који светли у мраку. Батерија може да издржи температуре до -50°C и поуздано ради на температурама до 150°C.⁰Истовремено, нису примећене никакве флуктуације у његовом раду.

Било би лепо имати такву батерију при руци, барем да пуните телефон обичном батеријом.

Напон такве батерије варира између 0,8 и 2,4 волта. Такође генерише између 50 и 300 наноампера. И све се то дешава током периода од 20 година.

Капацитет се израчунава на следећи начин: C = 0,000001W * 50 година * 365 дана * 24 сата / 2V = 219mA

Тренутна вредност батерије је 1.122 долара. Прерачунато у рубље по тренутном курсу (65,42), то би било 73.400 рубаља.

Где се користе нуклеарне батерије?

Обим примене је практично исти као и код конвенционалних батерија. Користе се у:

• Микроелектроника.
• Сензори притиска и температуре.
• Имплантати.
• Као преносни пуњачи за литијумске батерије.
• Системи за идентификацију.
• Сати.
• СРАМ меморија.
• За напајање процесора мале потрошње енергије, као што су FPGA, ASIC.

Ово нису једини уређаји; њихова листа ће се значајно проширити у будућности.

Никл-63 нуклеарна батерија и њене карактеристике

Овај нуклеарни извор енергије, базиран на изотопу 63, може трајати до 50 година. Ради на бази бета-волтаичног ефекта. Готово је идентичан фотоелектричном ефекту. У овом ефекту, електрон-шупљи парови у кристалној решетки полупроводника настају деловањем брзих електрона или бета честица. У фотоелектричном ефекту, они настају деловањем фотона.

Атомска батерија од никла-63 се производи зрачењем мета од никла-62 у реактору. Истраживач Гаврилов тврди да овај процес траје око годину дана. Потребне мете су већ доступне у Железногорску.

Ако упоредимо нове руске никл-63 нуклеарне батерије са литијум-јонским батеријама, оне ће бити 30 пута мање.

Стручњаци тврде да су ови извори енергије безбедни за људе јер емитују слабе бета зраке. Штавише, они се не ослобађају споља, већ остају унутар уређаја.

Овај извор напајања је тренутно идеалан за медицинске пејсмејкере. Међутим, програмери нису открили цену. Међутим, може се израчунати и без њих. Један грам Ni-63 тренутно кошта приближно 4.000 долара. Стога би потпуно функционална батерија захтевала значајна улагања.

Састав нуклеарне батерије

Никл-63 се екстрахује из дијаманата. Међутим, добијање овог изотопа захтевало је развој нове технологије за сечење издржљивог дијамантског материјала.

Нуклеарна батерија се састоји од емитера и колектора раздвојених посебним филмом. Како се радиоактивни елемент распада, он емитује бета зрачење. То резултира његовим позитивним наелектрисањем. Истовремено, колектор постаје негативно наелектрисан. Ово ствара потенцијалну разлику, генеришући електричну струју.

У суштини, наша атомска ћелија је слојевита пита. 200 извора енергије од никла-63 смештено је између 200 дијамантских полупроводника. Извор енергије је висок приближно 4 мм и тежак 250 милиграма. Његова мала величина је велика предност руске атомске батерије.

Проналажење правих димензија је тешко. Дебели изотоп ће спречити бекство електрона које производи. Танки изотоп је неповољан, јер смањује број бета распада по јединици времена. Исто важи и за дебљину полупроводника. Батерија најбоље функционише са дебљином изотопа од око 2 микрона, док је дијамантском полупроводнику потребно 10 микрона.

Али оно што су научници до сада постигли није граница. Емисије издувних гасова могле би се повећати најмање три пута. То значи да би нуклеарна батерија могла бити три пута јефтинија.

Нуклеарна батерија угљеника-14 која траје 100 година.

Ова атомска батерија има следеће предности у односу на друге изворе енергије зрачења:

1. Јефтиноћа.
2. Еколошки прихватљиво.
3. Дуг век трајања до 100 година.
4. Ниска токсичност.
5. Безбедност.
6. Способан за рад у екстремним температурним условима.

Радиоактивни изотоп угљеник-14 има време полураспада од 5.700 година. Потпуно је нетоксичан и јефтин.

Не само САД и Русија, већ и друге земље активно раде на модернизацији нуклеарних батерија! Истраживачи су научили да узгајају филм на карбидној подлози. Као резултат тога, цена подлоге је смањена за фактор 100. Ова структура је отпорна на зрачење, што овај извор енергије чини безбедним и издржљивим. Коришћењем силицијум карбида у нуклеарним батеријама могуће је постићи рад на температурама од 350 степени Целзијуса.

Тако су научници успели да направе атомску батерију својим рукама!