Betavoltaic - béta galvanikus akkumulátor

A „nukleáris akkumulátor”, „nukleáris elem” és „akkumulátor radioizotóp” olyan eszköz, amely felhasználja a sugárzás a töltött részecskék által kibocsátott a radioaktív izotóp elektromos áram termelésére.
Készülék az átalakítás természetes radioaktív bomlás közvetlenül villamos nem valami új. Nukleáris akkumulátor technológia először 1913-ban, amikor Henry Moseley első bizonyították Beta Element.
Az akkumulátorok energiáját használja fel a radioaktív bomlás, lehet villamos energiát 10-20 év. Előállító technikák két csoportra oszthatók - a termikus és nem-termikus. Termikus átalakítók (villamos energia miatt a hőmérséklet különbség) közé termoelektromos és termoelektromos generátorok. A nem-termikus átalakítók (nem használják a hőmérséklet-különbség energiatermelés) segítségével a beeső fényáram energiát elektromosság generálására, de használja csak egy részét az áramlás, mivel akkor a nagy része hővé alakul át.

termoelektromos átalakító
A termoelektromos átalakító áll egy forró elektróda bocsát ki elektronok potenciális energia gát a hideg elektróda, és ezáltal villamos energiát termel. cézium-párokat használunk, hogy optimalizálja a teljesítményt az elektródok és egy ionforrást semlegesítéshez az elektron tértöltési.

leírás
Science szempontja izzókatódos áramfejlesztő ismertetett fizika felületek és a plazma fizika. A tulajdonságait az elektród felületére meghatározza az elektron emisszió és a villamos potenciál az elektród felületére, és a plazmát tulajdonságok határozzák meg az elektronok áramlását a kibocsátótól a kollektor. Izzókatódos átalakítók cézium gőz az elektródok között, amelyek meghatározzák az a felület tulajdonságait, és a plazmában. A cézium használunk, mert könnyebb, hogy csak így ionizációs.
A felületi tulajdonságok érdekes annak a ténynek köszönhető, hogy az akadály, amely korlátozza a kibocsátott elektronok a felületről. Kilépési munka alapvetően az határozza meg atomi réteg cézium felszívódó elektród felületére. A tulajdonságait a plazma az elektródák között határozzuk üzemmódban termoionos átalakító. A gyújtás állapot (úgynevezett „arc”), a plazma tartjuk belsőleg miatt forró elektron plazma (

3300 K); Non-incendive plazma állapot fennmarad injektálásával elektronok a pozitív plazma hideg; hibrid üzemmódban plazmával fenn egy forró plazmát az elektródok térben áramlik a hideg plazma.

A radioizotópos termoelektromos generátor
A radioizotópos termoelektromos generátor (RTG) egy egyszerű elektromos generátort, hajtott radioaktív bomlás. Egy ilyen eszköz a keletkező hő a bomlása egy alkalmas radioaktív anyagok és átalakítása villamos segítségével a Seebeck-effektus (használatával hőelemek). RTG legkívánatosabb energiaforrás helyzetekben, amelyek nem igénylik a jelenlétét az emberek. Az első működő mintákat kaptak több száz watt sokáig. Általában alkalmazható, ahol a napelemek telepítése lett volna lehetséges.

tervezés
RTG egyszerű design nukleáris Standard Technology fő összetevője - az erős tartály radioaktív anyag (tüzelőanyag). Hőelemet helyezünk a tartály falai, mindegyik külső végét hőelemek csatolva a hűtőbordát. A radioaktív bomlás a tüzelőanyag biztosítja a hő, amely áthalad a termikus elemek a hűtőbordák, villamos a folyamat során keletkezett.
Hőelem jelentése termoelektromos eszköz, amely átalakítja a hőt közvetlenül villamos segítségével a Seebeck-effektus. Hőelem ami kétféle fémek (vagy félvezetők), amelyek elektromos áram vezetésére. Ezek kapcsolódnak egymáshoz egy ördögi kör. Ha vegyület (ízületek) eltérő hőmérsékleten, majd az áramkör szivárogni fog elektromos áram.

üzemanyag
Radioaktív anyagokat használnak RTG kell a következő tulajdonságokkal rendelkezik:
- Half-life hosszúnak kell lennie ahhoz, hogy képes legyen villamosenergia sokáig, és állandó intenzitással. Azonban a felezési legyen elég rövid ahhoz, hogy az anyag szétesik elég gyorsan termel elég hőt. Az itt használt WGT olyan anyagok, amelyek felezési ideje több évtizedes, bár izotópok kisebb felezési idő különleges célokra.
- Továbbá, az üzemanyag kell magas aránya teljesítmény-súly és mennyiség (sűrűség) az akkumulátor, hogy több kompakt.
- A tüzelőanyag kell lennie nagy energiájú sugárzást, de az alacsony penetrációs képesség, elsősorban alfa-sugárzás. Béta-sugárzás okozhat jelentős gamma sugárzás révén a termelés a fékezésre sugárzás, és ezért nehéz árnyékolás. Az izotópok nem magas gamma-sugárzás, neutron sugárzás vagy áthatoló sugárzás.

Az első két kritérium számának korlátozása lehetséges üzemanyagok 30 izotópok az egész izotóp asztalra. Pu-238, kűrium-244 és stroncium-90 leginkább alkalmas, de az ilyen izotópok például polónium-210, prométium-147, cézium-137, cérium-144, a ruténium-106, kobalt-60, kűrium-242 izotópok túlium is vizsgálták . Ezeknek a plutónium-238 a legkisebb árnyékolás követelmények és leghosszabb felezési időt. Csak 3 izotóp megfeleljen a harmadik feltétel (nem a fent felsorolt) igényel kevesebb, mint 25 mm-ólom árnyékoló. Pu-238 (a legjobb három) kevesebb, mint 2,5 mm, és sok esetben nincs szükség árnyékolás, mivel test elég.
Pu-238 a leggyakrabban használt a RTG formájában plutónium-oxid (IV). Pu-238 felezési ideje 87,7 év, a jó sugárzási energia és nagyon alacsony a gamma és neutron sugárzást.

Termofotogalvanichesky generátor (TFG)
Termofotogalvanicheskoe energiaátalakító - közvetlen következménye a villamosenergia-termelés folyamatában a hőmérséklet-különbség. Szokásos termofotogalvanicheskaya rendszer egy, a hő-kibocsátó és fényelektromos dióda.
termikus radiátor hőmérséklet változik rendszerről rendszerre, körülbelül 900-1300 ° C hőmérsékleten hőkezeljük. Bár elvileg TFG készülék energianyerés egyes emitter magasabb hőmérsékletű, mint a fotovoltaikus eszköz (az optikai ténylegesen válás hőerőgép). A sugárzó készülhet egy darabból, vagy egy speciálisan tervezett rendszert. Termikus sugárzás - a spontán emissziós fotonok miatt hőeltolódási töltés egy anyagban. Hagyományos sugárzás TFG - közeli infravörös és infravörös spektrumát sugárzás. Optikai dióda képes befogadni egy részét a kibocsátott fotonok alakítani ingyenes díjat - a villamos energia.
TFG rendszerek nagyon kis, vagy nincs mozgó alkatrész, ezért nagyon csendes, és nem igényelnek gyakori karbantartást. Ugyanakkor a hatékonyság meglehetősen alacsony összehasonlítva más energiatermelő rendszerek.
TFG rendszerek is szolgálnak kiegészítő átalakító rendszer a hőenergia hasznosítás veszteségek más rendszerek, mint például a gőzturbinák vagy napelemek.

Termikus generátor egy alkálifém
Termikus áramfejlesztő alkálifém - egy termikusan regeneratív elektrokémiai eszköz elektromosság generálására segítségével közvetlenül hő átalakítás villamos. Egyik jellegzetessége a magas hatásfok és a hiányzó mozgó alkatrészeket.
Az üzemi hőmérséklet a műszer 900-1300 Kelvin fok és átalakított energia hatásfoka 15-40%. Ebben az eszközben a nátrium kering egy zárt termodinamikai ciklusban két termikus tározók különböző hőmérsékleteken. Egy egyedülálló tulajdonsága a működési ciklus az az eszköz az izotermikus expanzió az nátrium-gőz át a szilárd elektrolit, így nátrium-Atobe bomlanak nátrium-ionok és elektronok.
Energia vonatkoztatott konverzió alkalmazott elektrolit nátrium-kén elemek, nátrium-betaokisi alumínium. Az eszköz maga egy szóda felhalmozódó akkumulátor és használja kerámia, polikristályos betaokis alumínium szilárd elektrolit mint közötti elválasztó nagynyomású régiót, amely egy pár nátrium hőmérsékleten 900-1300 Kelvin fok és egy alacsony nyomású tartományt tartalmazó kondenzátor folyékony nátrium hőmérsékleten 400-700 fok Kelvin. Az első mintáknak a következő jellemzőkkel rendelkezik: egy cella - feszültsége 1,37 V és egy maximális teljesítménye 7,89 W, és a maximális teljesítmény sűrűsége 0,4 watt / sm2pri hőmérséklete 1007 Kelvin fok.
A készülék csak a bemeneti teljesítménye átlaghőmérséklet és bármely hullámhosszon. Meg lehet igazítani, hogy bármely hőforrás, ideértve a radioaktív izotópokkal, a napfény, vagy belső égésű atomreaktor.

A béta-galvanikus generátorok
Béta-galvanikus generátorok lényegében hagyományos elemeket használó radioaktív forrás kibocsátó energiájú béta-részecskéket. a hidrogén izotópjai, trícium általánosan használt. Ellentétben a nukleáris áramforrásokat használja a radioaktív sugárzás elektromos áram (termoelektromos és termoelektromos forrásból), béta-galvanikus forrásokból használni nem hővel működő átalakítás elektromos áram termelésére.
A működési elve a béta-sejtek hasonló napelemekkel, amelyek átalakítják a fotonok (fény) árammá. A béta-galvanikus generátort, ha egy elektron beleütközik egy speciális felületi a két anyagréteg (p - N-átmenet) és az eredményeket egy villamos.
Ahhoz, hogy a hatékonyság növelése a használatával porózus szilícium diódák - növeli az érintkezési felületen.
Bár a béta-galvanikus generátorok használható radioaktív anyagok, mint a hatalom forrása, fontos megjegyezni, hogy a béta-sugárzás alacsony energia és könnyen abba szűrés. Ha megfelelően tervezték árnyékolt béta galvánelemek nem bocsátanak ki semmilyen sugárzást.
Idővel, mivel a felezési radioaktív anyaggal generátor teljesítménye csökkenni fog - kompenzálja cserélni.

Opto-elektromos atomi akkumulátor
Opto-elektromos atomi elemeket fejlesztettek ki az Institute of Kurchatov (Moszkva). Béta-sugárzók, például technécium-99 vagy a stroncium-90 szuszpendálunk egy gázzal vagy egy folyékony gázt tartalmazó fluoreszcens molekulához típusú excimer (gerjesztett kétatomos molekula azonos atomok), amely egy „plazma por”. Ez a rendszer lehetővé teszi gyakorlatilag veszteségmentes elektronokat bocsát ki béta poros plazma fotovoltaikus shell. Mindez lehetővé teszi, hogy egy egyszerű, alacsony nyomású és magas hatékonyságú nukleáris akkumulátort. Emitting anyagot használnak - ez olcsó, radioaktív hulladék nukleáris reaktorok. Az átmérője a por részecskék olyan kicsik (néhány mikrométer), hogy az elektronok eredményeként kialakult béta-bomlás, így egy „felhő” veszteségmentes. Környező gyengén ionizált plazma tartalmaz egy gáz vagy gázkeverék (például kripton, argon, xenon).