Атомная батарейка — что это такое, опасна ли она, ее плюсы и минусы

Атомная батарейка — это устройство будущего, ее разработка активно ведется. Ученые надеются получить элемент питания, который сможет работать эффективно в течение 150 лет.

Ядерная батарейка

Принцип работы атомной батарейки

Работы над подобным источником питания ведутся давно. Перспективы у такой разработки большие. Человечество получит небольшой по размерам источник питания с длительным сроком службы.

Такие работы ведутся не только в России, но и за рубежом. Уже получены первые рабочие образцы как в нашей стране, так и других. В качестве источников, помимо углерода-14, взяты Ni-63 и тритий.

Для основы этой ядерной батарейки выбран углерод-14. Этот элемент имеет преимущество перед другими изотопами, которые можно было бы использовать в атомных батарейках. Несомненными плюсами этого изотопа являются:

  • экологичность;
  • дешевизна;
  • длительный период эксплуатации.

Период полураспада этого вещества — 5700 лет и, самое главное, он нетоксичен. Для атомных батарей предлагают использовать Ni-63, который является для человека токсичным.

Российская атомная батарейка 2V на никеле-63 с периодом полураспада 100 лет
Российская атомная батарейка 2V на никеле-63 с периодом полураспада 100 лет

Атомная батарейка, принцип работы которой построен на преобразовании энергии из атомной в электрическую, уже не является фантастикой. Источником в ней служит радиоактивный изотоп.

Ни один аккумулятор не сравнится с ней по эффективности.

Схема строения атомной батарейки:

  1. Источник излучения. Самая простая батарейка состоит из источника, излучающего энергию. В ходе преобразований такая энергия переходит в электрическую. Еще одним компонентом батареи является коллектор, отделенный от источника диэлектрической пленкой. Принцип ее работы в том, что при распаде источник радиоактивного излучения испускает бета-лучи, которые выступают в виде положительной части батареи. А коллектор — это отрицательная часть батареи. Между ними возникает разность зарядов.
  2. Подложка. Еще одной частью батареи является «подложка». В этом качестве используется пористая карбидокремниевая гетероструктура. Это новый материал. Изготовляется эта часть путем наращивания на кремневое основание карбидной пленки. Такая подложка удешевляет стоимость батарейки. Структура продемонстрировала высокую устойчивость к радиации.
  3. Карбид кремния — это полупроводник. Он изначально способен выдерживать высокие температуры вплоть до +350°C. Он в 10 раз превосходит кремний в противостоянии радиации.

Опасны ли ядерные батарейки

Опасны ли ядерные батарейки

Так сложилось исторически, что ко всему, что связано с радиацией, относятся с опасением. Атомная конструкция элемента не представляет опасности. Ее основной элемент нетоксичен.

Излучение углерода-14 достаточно слабое и не несет угрозы. Атомная модель не является «карманным реактором» и не подвергает опасности человечество.

Плюсы и минусы ядреной батарейки

Все существующие атомные батареи не оптимизированы. Это означает, что все они имеют избыточный объем бета-источника. Если толщина источника слишком велика, то электроны, образующиеся в ходе реакции, не смогут оторваться от него. Этот процесс ученые называют самопоглощением.

Если изготавливать батареи со слишком тонким источником, то сократится число бета-распадов за единицу времени. Такие же проблемы наблюдаются с изготовлением преобразователя.

О создании первого прототипа было объявлено в 2016 г. При его разработке удалось частично решить вышеназванные проблемы.

Но производство в промышленных масштабах пока не налажено. Появление первых атомных элементов на рынке ожидается не раньше 2020 г.

Несмотря на все усилия ученых, ядерная батарейка по-прежнему продолжает оставаться дорогим удовольствием. Поэтому их появления в домах простых потребителей в ближайшее время ожидать не стоит.

Использование батареек в быту
Более-менее широкое использование атомных батареек в быту отодвинуто до 2020 года

Самой дорогой частью батареи является радиоактивный изотоп. Так 1 г этого вещества стоит 0,5 млн руб. Для производства 1 батареи требуется всего 1 мг, но и он обойдется в 5000 руб. Для батареи народного потребления это достаточно дорого.

Область применения

Несомненным плюсом всех ядерных батареек является то, что они могут эффективно функционировать при больших колебаниях температур в диапазоне -100…+100°C.

Эта устойчивость позволяет расширить область их применения. В том числе и там, где даже самые лучшие батарейки не в состоянии нормально работать. Эти изделия давно ждут на Крайнем Севере и в Арктике.

В первую очередь новые элементы питания поступят в медицинские учреждения. Первые образцы будут приспособлены к работе с медицинскими кардиостимуляторами. Новые батареи станут длительным источником питания, при этом объем самого прибора совсем не изменится. Такой кардиостимулятор сможет работать длительное время и не будет требовать замены батареи.

Атомный аккумулятор NANOTRITIUM
Атомный аккумулятор NANOTRITIUM

Вторым потребителем нового источника питания станет космическая промышленность. Батареи будут обслуживать космические аппараты.

Работы над совершенствованием батарей будут продолжены. В первую очередь ученые надеются увеличить их мощность. Будет усовершенствована алмазная структура, а это значит, увеличится напряжение и, соответственно, полезная мощность.

Всего, по прогнозам разработчиков, в перспективе возможно увеличить мощность батареи в 3 раза.

Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации
Adblock
detector