Znanstvenici Rosatoma približili su se stvaranju jedinstvene „nuklearne baterije. Nuklearna baterija u suvremenom svijetu Gdje se koriste nuklearne baterije

Napokon, Rosatom je zasvijetlio na našem polju baterija, pokazujući na forumu Atomexpo-2017 nuklearna baterija s vijekom trajanja od najmanje 50 godina. Koristeći ovu značajnu priliku, razmotrit ćemo izglede za upotrebu mirnog atoma za mobilne uređaje.

Atomska (nuklearna) baterija - ovo je još uvijek baterija, a ne baterija, jer je po definiciji izvor električne energije za jednokratnu upotrebu, bez mogućnosti punjenja. Unatoč tome, maštu javnosti aktivno uzbuđuje mogućnost upotrebe atomskih baterija u mobilnim uređajima. Ali prvo najprije.

Što je točno Rosatom predstavio na forumu? Generalni direktor FSUE NII NPO Luch, Pavel Zaitsev, izjavio je da je predstavljeni izvor, koji djeluje na izotop Ni63, sposoban proizvoditi 1 mkW s naponom od 2 V tijekom 50 godina. Pavel Zaitsev sasvim iskreno govori o skromnim karakteristikama volt-ampera, usredotočujući se na dugi vijek trajanja. Vjerojatno je, isključivo iz osobne skromnosti, generalni direktor FSUE NII NPO Luch u tehničkim karakteristikama naznačio samo snagu, a ne općenito prihvaćeni kapacitet. Ali tome nećemo pridavati veliku važnost, već ćemo jednostavno izračunati kapacitet:

C \u003d 0,000001W * 50 godina * 365 dana * 24 sata / 2V \u003d 219mA

Ispada da je kapacitet nuklearne baterije, veličine male univerzalne baterije, baš poput litij-polimerne (Li-Pol) baterije za bluetooth slušalice! Pavel Zaitsev pretpostavlja upotrebu svoje nuklearne baterije u kardiologiji, što izaziva velike sumnje s obzirom na tako veliku veličinu. Možda se ova nuklearna baterija može promatrati kao neka vrsta prototipa za proizvodnju električne energije iz izotopa, ali Rosatom će trebati smanjiti bateriju tisuće puta kako bi odgovarao modernim elektrostimulatorima.

Nimalo zadovoljan troškom nuklearna baterija - direktor državnog unitarnog poduzeća objavio je cijenu izotopa nikla u dolarima (!) 4000 USD / gram. Znači li to da će glavna komponenta biti kupljena u inozemstvu u Rusiji? Koliko grama je potrebno za izradu jedne baterije? Istodobno, primijećeno je da će biti potrebni i dijamantni elementi (također nije jasno koliko?), Ali čiji se trošak (već u rubaljima) kreće od 10.000 do 100.000 rubalja po komadu. Koliki će biti ukupni trošak takve baterije? Pacemaceri u Rusiji instaliraju se prema polici obveznog zdravstvenog osiguranja besplatno u slučaju nužde ili ako postoji kvota. Ako je kvota nedovoljna i ako ih rade inozemni stimulatori, pacijenti moraju platiti samostalno. Hoće li se nuklearne baterije instalirati na štetu proračuna MHI-a ili će ih stariji ljudi morati kupiti zasebno? Da se vodstvo Rosatoma sjetilo da ruski umirovljenici žive u režimu "stoje danju i noću", vjerojatno bi shvatili tu smiješnu disonancu između vijeka trajanja svemira i troškova. To sugerira da uvaženi Pavel Zaitsev aktivno asimilira sredstva dodijeljena za istraživanje i razvoj, a da uopće ne razmišlja o krajnjim korisnicima. Korisnici društvenih mreža daju sličnu ocjenu Rosatomovog "izuma":

Teško je moguće bilo gdje ga koristiti. Više sam nego siguran da je proračun savladan, kao i uvijek, dio je potrošen na prezentaciju, a sam proizvod nikada nitko neće vidjeti :)

Deklarirani vijek trajanja (50 godina), kao što smo pretpostavili, točno je polovica poluživota Ni 63 (100 godina). Znanstvenici sa Sveučilišta u Bristolu koriste istu logiku u svom konceptualnom videu. Za razliku od baterije Rosatom, atomska baterija u Bristolu koristi izotop C 14 i može trajati 5730 godina! Na sveučilištu u Bristolu zaista su zaboravili podijeliti s 2, ali 2865 godina je previše za elektrostimulator srca. Jedinstvenost bristolskog koncepta leži u činjenici da se problem nuklearnog otpada rješava preradom u njega nuklearne baterije.

Ako pažljivo slušate i prevedete tekst ovog videozapisa, otkrit ćete mnogo zanimljivijih informacija. Prvo je detaljno opisano podrijetlo izotopa C14.

Od 1940. Engleska je napravila mnogo nuklearnih reaktora u znanstvene, vojne i civilne svrhe. Svi ti reaktori koriste uran kao gorivo, a unutar reaktora izrađeni su od grafitnih blokova. Ti se grafitni blokovi koriste u procesu nuklearne fisije za kontrolu lančane reakcije koja proizvodi stalan izvor topline. Ta se toplina zatim koristi za pretvaranje vode u paru koja turbine pretvara u električnu energiju. Nuklearne elektrane stvaraju nuklearni otpad koji se mora sigurno odlagati. Samo treba pričekati da ovaj otpad prestane biti radioaktivan. Nažalost, to traje tisuće i milijune godina. Također je potrebno puno novca za praćenje sigurnosti tijekom godina. Otkad koristimo grafitne reaktore, Engleska je stvorila 95 000 tona grafitnih blokova koji sadrže zračenje. Ovaj grafit je samo jedan oblik ugljika, jednostavan i stabilan element, ali ako ove blokove stavite na visoko radioaktivno mjesto, tada se dio ugljika pretvara u ugljik 14. Ugljik 14 može se pretvoriti u redoviti ugljik 12 kada njegova dodatna energija nestane. Ali ovo je vrlo dug proces, jer ugljik 14 ima poluživot 5730 godina.

Znanstvenici s Instituta Cabot sa Sveučilišta u Bristolu nedavno su pokazali da je ugljik 14 koncentriran u blokovima zračenjem izvana. To znači da je moguće uklanjanje većine zračenja njihovim zagrijavanjem - većina zračenja izlazi u obliku plina, koji se potom može sakupljati. Preostali blokovi grafita i dalje su radioaktivni , ali ne toliko, znači da će ih biti lakše i jeftinije zbrinuti. Radioaktivni ugljik 14 u obliku plina može se pretvoriti pri niskim tlakovima i visokim temperaturama u dijamant - ovo je još jedan oblik ugljika. Umjetni dijamanti izrađeni od radioaktivnog ugljika, emitiraju struju beta zračenja, koja može stvoriti električnu struju. To nam daje nuklearnu energiju dijamantne baterije. Da bi bila sigurna za našu upotrebu, prekrivena je slojem neradioaktivnog dijamanta, koji u potpunosti apsorbira sve zračenje i pretvara ga u električnu energiju za gotovo 100%. nema pokretnih dijelova, nije potrebno održavanje, dijamant samo stvara električnu energiju. Budući da je dijamant najtvrđa tvar na svijetu, niti jedna druga tvar ne može pružiti takvu zaštitu za radioaktivni ugljik 14. Stoga se vani može otkriti vrlo malo zračenja. Ali ovo je gotovo ista količina zračenja koju odaje banana, pa je potpuno sigurno. Kao što smo rekli, samo polovica ugljika 14 raspada se svakih 5730 godina, što znači da naša dijamantna baterija ima nevjerojatan vijek trajanja - ispraznit će se za 50% tek 7746. godine. Ove dijamantne baterije najbolje će se koristiti tamo gdje se uobičajene baterije ne mogu zamijeniti. Na primjer u satelitima za istraživanje svemira ili za ugrađene uređaje kao što su pacemakeri.

Molimo sve da svoje prijedloge pošalju na #diamondbattery. Razvojem ove nove tehnologije riješili bi se mnogi problemi, poput nuklearnog otpada, čiste električne energije i duljeg trajanja baterije. To će nas odvesti u "dijamantno doba" proizvodnje energije.

Vrlo lijep koncept znanstvenika iz Bristola 2016. godine i vrlo skromna kutija Rosatoma mogu se (?) Jednog dana razviti u dijamantske elektrane, ali ne i nuklearne baterije za mobilne uređaje. Teško će biti nagovoriti ljude da hodaju s Fukushimom u džepu, čak i ako to počnu dodatno plaćati.

Upotreba atoma u miroljubive svrhe jedno je od kontroverznih pitanja našeg doba, s obzirom na to da je energetska industrija najmonopoliziranija grana gospodarstva, kada porezi i naknade čine više od 90% cijene električne energije od KW. Učinkovitost miroljubivog atoma upitna je, jer cijena relativno jeftine atomske energije ne uključuje troškove posljedica koje stvara čovjek. Stoga su neke zemlje, uključujući Njemačku i Japan, odlučile potpuno napustiti upotrebu atoma u energiji. Napokon, razvoj obnovljivih izvora energije ne samo da može u potpunosti napustiti nuklearnu energiju, već i stvoriti visokotehnološku industriju s milijunima visokokvalificiranih radnih mjesta.

Da rezimiramo, najvjerojatnije imamo još jedan technoduril tipa super-akumulatora, a ne probojni "izum" Dijamantnog doba. Drugim riječima, korištenje mirnog atoma u mikroenergiji je poput brijanja svinje - puno vrištanja, ali malo vune!

Trenutno znanost napreduje i razvija se. Do danas je nuklearna baterija već izumljena. Takav izvor energije može trajati do 50, a ponekad i do 100 godina. Sve ovisi o veličini i vrsti radioaktivne tvari koja se koristi.

Prvu izjavu o proizvodnji nuklearne baterije dao je Rosatom. 2017. godine ova je tvrtka na izložbi predstavila prototip.

Istraživači su uspjeli optimizirati slojeve nuklearne baterije koja koristi beta raspad izotopa nikla 63 za proizvodnju električne energije.

1 gram ove tvari sadrži 3300 milivat sati.

Načelo rada atomske baterije

Proizvodnja energije temelji se na kemijskoj reakciji korištenjem različitih vrsta izotopa. Tijekom beta raspada stvara se električni potencijal. I ovo daje struju.

Jesu li nuklearne baterije opasne?

Programeri tvrde da su takve baterije potpuno sigurne za obične građane. A sve zato što je dizajn kućišta dobro napravljen.

Poznato je da beta zračenje šteti tijelu. Ali u stvorenoj nuklearnoj bateriji, ona je mekana i apsorbirat će se unutar energetskog elementa.

Trenutno stručnjaci identificiraju nekoliko industrija u kojima se planira koristiti ruska nuklearna baterija A123:

1. Lijek.
2. Svemirska industrija.
3. Industrija.
4. Prijevoz.

Pored ovih područja, novi trajni izvori energije mogu se koristiti i u drugim.

Pros nuklearne baterije

Postoji niz pozitivnih kvaliteta:

• Izdržljivost. Mogu raditi i do 100 000 godina.
• Sposobnost podnošenja kritičnih temperatura.
• Njihova mala veličina omogućit će im prijenosnost i upotrebu u kompaktnoj tehnologiji.

Protiv energične baterije

• Složenost proizvodnje.
• Prisutna opasnost od zračenja. Pogotovo ako je slučaj oštećen.
• Visoka cijena. Jedna nuklearna baterija može koštati od 500.000 do 4.500.000 rubalja.
• Dostupno uskom krugu ljudi.
• Mali asortiman.

Istraživanjem i razvojem nuklearnih baterija ne bave se samo velike tvrtke, već i obični studenti. Tako je u Tomsku student razvio vlastitu bateriju, temeljenu na nuklearnoj energiji, koja može raditi bez punjenja oko 12 godina. Rad izuma zasnovan je na raspadanju tricija. Takva baterija s vremenom ne mijenja svoje karakteristike.

Nuklearna baterija za pametni telefon

Za 2019. proizvode se nuklearni izvori energije za telefone. Izgledaju kao što je prikazano na donjoj slici.

Oni nalikuju na svojevrsni mikrovez, koji je umetnut u posebne konektore u mobitelu. Takva baterija može raditi 20 godina. Štoviše, sve to vrijeme ne treba ga naplaćivati. To je moguće zbog procesa nuklearne fisije. Istina, takav izvor energije može mnoge prestrašiti. Napokon, svi znaju da je zračenje štetno i uništava tijelo. I malo će ljudi voljeti nositi takav telefon pored sebe tijekom dana.

No, prema znanstvenicima, takva je nuklearna baterija potpuno sigurna. Budući da se tritij koristi kao aktivna tvar. Njegovo zračenje, koje se pojavljuje tijekom raspadanja, je bezopasno. Možete vidjeti rad tricija na kvarcnom satu kako svijetli u mraku. Baterija podnosi mraz na minus 50 stupnjeva. Također stabilno funkcionira na plus 150 C 0. Istodobno, u njezinom radu nije zabilježeno oklijevanje.

Nije loše imati takvu bateriju pri ruci barem za punjenje telefona običnom baterijom.

Napon takve baterije kreće se od 0,8 - 2,4 volta. Također generira od 50 do 300 nano ampera. I sve se to događa već 20 godina.

Kapacitet se izračunava na sljedeći način: C \u003d 0,000001W * 50 godina * 365 dana * 24 sata / 2V \u003d 219mA

Trenutno se baterija procjenjuje na 1.122 dolara. Ako se prevede u rublje po trenutnom tečaju (65,42), to će biti 73 400 rubalja.

Gdje se koriste nuklearne baterije?

Područje primjene praktički je isto kao i područje uobičajenih baterija. Koriste se u:

• Mikroelektronika.
• Senzori tlaka i temperature.
• Implantati.
• Kao banka energije za litijeve stanice.
• Sustavi identifikacije.
• Sati.
• SRAM memorija.
• Za napajanje procesora male snage kao što su FPGA, ASIC.

To nisu jedini uređaji u budućnosti, njihov će se popis značajno proširiti.

Nuklearna baterija od nikla 63 i njegove karakteristike

Ovaj atomski izvor energije, stvoren na 63 izotopa, može trajati i do 50 godina. Djeluje zbog beta voltaičnog učinka. Gotovo izgleda kao fotoelektrični efekt. U njemu se stvaraju parovi elektronskih rupa u kristalnoj rešetki poluvodiča pod djelovanjem brzih elektrona ili beta čestica. A s fotoelektričnim efektom pojavljuju se pod utjecajem fotona.

Atomska baterija na niklu 63 nastaje postupkom ozračivanja meta iz nikla 62. u reaktoru. Istraživač Gavrilov tvrdi da to traje oko 1 godine. Potrebni ciljevi već su dostupni u Železnogorsku.

Usporedimo li nove ruske nuklearne baterije na bazi nikla 63 s litij-ionskim baterijama, one će biti 30 puta manje.

Stručnjaci kažu da su ti izvori energije sigurni za ljude jer emitiraju slabe beta zrake. Uz to, oni ne izlaze, već ostaju unutar uređaja.

Takvo napajanje trenutno je savršeno za medicinske pacemakere. No programeri ne govore o cijeni. Ali možete izračunati i bez njih. 1 gram Ni-63 trenutno košta oko 4000 USD. Odavde možemo zaključiti da će za punopravnu bateriju biti potrebno puno novca.

Nikl 63 vadi se iz dijamanata. No, da bi se dobio ovaj izotop, bilo je potrebno stvoriti novu tehnologiju za rezanje trajnog dijamantnog materijala.

Općenito se nuklearna baterija sastoji od emitera i kolektora odvojenih posebnim filmom. Kad se radioaktivni element raspadne, oslobađa beta zračenje. Kao rezultat, javlja se njegov pozitivan naboj. Za to vrijeme kolektor se napuni negativno. Nakon toga pojavljuje se razlika potencijala i stvara se električna struja.

Zapravo je naša atomska baterija slojevita torta. Između 200 tona dijamantnih poluvodiča nalazi se 200 izvora energije izrađenih od 63 nikla. Visina izvora energije je oko 4 mm. Težina mu je 250 miligrama. Mala veličina veliki je plus za rusku atomsku bateriju.

Teško je pronaći prave dimenzije. Velika debljina izotopa neće dopustiti da elektroni koji se pojave u njemu pobjegnu. Mala debljina nije korisna jer se smanjuje broj beta raspada u jedinici vremena. Isto je s debljinom poluvodiča. Baterija najbolje djeluje kad je izotop debeo oko 2 mikrona. Dijamantni poluvodič je 10 mikrona.

No ono što su znanstvenici u ovom trenutku uspjeli postići nije ograničenje. Ispuh se može povećati najmanje tri puta. A to znači da nuklearna baterija može biti trostruko jeftinija.

Nuklearna ugljična baterija 14 koja radi 100 godina

Ova atomska baterija ima sljedeće prednosti u odnosu na druge izvore energije zračenja:

1. Jeftinoća.
2. Ekološka čistoća.
3. Dugotrajni rad do 100 godina.
4. Niska toksičnost.
5. Sigurnost.
6. Sposoban za rad u ekstremnim temperaturnim uvjetima.

Radioaktivni izotop ugljik 14 ima poluživot 5700 godina. Apsolutno je netoksičan i ima nisku cijenu.

Ne samo SAD i Rusija, već i druge zemlje aktivno rade na modernizaciji nuklearne baterije! Istraživači su naučili uzgajati film na karbidnoj podlozi. Kao rezultat toga, podloga je pojeftinila čak 100 puta. Takva je struktura otporna na zračenje, što ovaj izvor energije čini sigurnim i izdržljivim. Korištenjem silicij-karbida u nuklearnim baterijama moguće je postići njegov rad na temperaturi od 350 Celzijevih stupnjeva.

Tako su znanstvenici uspjeli stvoriti atomsku bateriju vlastitim rukama!

Već pola stoljeća pokušavaju razviti beta-voltaične baterije - izvor energije nove generacije, ali još nitko nije dosegao industrijsku proizvodnju. Punjenje za bateriju, izotop nikal-63, u prirodi se ne događa: može se proizvesti samo umjetno.
U nekim su zemljama, na primjer, u Sjedinjenim Državama, osmislili tehnologije koje omogućuju dobivanje nikla, ali samo obogaćenog - sa sadržajem 63. izotopa od oko 20%. Pomoću nje ne možete napraviti učinkovitu nuklearnu bateriju. Poduzeća Rosatoma postigla su više od 80% obogaćenja.
Ruska nuklearna baterija zajednički je projekt MCC-a, niza drugih industrijskih poduzeća i Akademije znanosti. "U okviru suradnje postoji nekoliko zadataka, od kojih je glavna integracija sustava", rekao je za "SR" Dmitrij Druz, zamjenik šefa tehničkog odjela MCC-a. "Sada se izvode brojni eksperimentalni dizajnerski radovi na tehnologiji dobivanja nikla s velikim obogaćenjem u 63. izotopu i niz radova na stvaranju prototipa baterije".
Načelo rada nuklearne baterije temelji se na beta-voltaičkom učinku: beta zračenje iz radioaktivnog izotopa nikla pretvara se u električnu energiju pomoću poluvodiča. Analog fotoelektričnog efekta, s tom razlikom što se stvaranje parova elektronskih rupa u kristalnoj rešetki poluvodiča događa pod utjecajem beta čestica (brzih elektrona), a ne fotona.
"U osnovi se baterija koja se temelji na izotopu nikal-63 sastoji od četiri dijela: poluvodički pretvarač beta-zračenja presvučen ultra tankim slojem visoko obogaćenog izotopa nikal-63, kontaktori baterije i minijaturno zatvoreno kućište", kaže Dmitrij Druz.

TEHNIČKE KARAKTERISTIKE IZVORA

100 μW / cm

POSEBNA SNAGA

16,6,2 mm

DIMENZIJE

\u003e 50 godina

DOŽIVOTNO

20 %

Prvi uzorak nuklearne baterije u Rudarsko-kemijskom kombinatu primit će se krajem 2016. - početkom 2017. godine. Što se tiče oblika i dimenzija, izvori su prilagođeni baterijama klase mikrovat, posebno za neuro- i elektrostimulatore srca. U budućnosti će karakteristike i značajke proizvoda ovisiti o primjeni i zahtjevima kupca. "To mogu biti uobičajeni faktori oblika -" pilule "ili minijaturne baterije s prstima ili mikrominijaturni faktori oblika", navodi Dmitry Druz.

Probojna tehnologija - nadmašivanje svih zapadnih analoga koji su danas poznati, ni jedan korak, već nekoliko koraka. Za provedbu projekta potrebno je riješiti temeljne i primijenjene znanstvene probleme, kao i primijeniti industrijske tehnologije Rosatoma, koje su, opet, zaobišle \u200b\u200bzapadne. A sve ovo u cjelini, kao što i očekujemo, omogućit će stvaranje jedinstvenog proizvoda do početka sljedeće godine. Petr Gavrilov, generalni direktor Rudarsko-kemijskog kombinata

Nakon zanimanja za novi proizvod, u tisku su se pojavile publikacije o razvoju drugih organizacija.
Tako je tim znanstvenika iz MISiS-a, TISNUM-a, MIPT-a i NPO-a Luch stvorio prototip novog pretvarača energije za ionizirajuće zračenje izotopa nikal-63. Ali ovo nije nuklearna baterija, već nuklearni generator. Voditelj istraživačkog tima, voditelj Odjela za znanost o materijalima poluvodiča i dielektrika na MISiS-u, profesor Yuriy Parkhomenko komentira: "Suočili smo se s bitno drugačijim zadatkom - razvojem mehanoelektričnog generatora izmjeničnog napona stimuliranog zračenjem koji radi energijom ionizirajućeg zračenja iz izotopa nikal-63."
Srce ove baterije je konzolna, tanka ploča izrađena od piezokristalnog litij-niobata s dvomijelnom strukturom. Energija oslobođena u izotopu nikal-63 tijekom beta propadanja pretvara se u energiju mehaničkih vibracija piezokristalne konzolice, koja se pak pretvara u izmjenični napon na elektrodama.
I beta-voltaični i mikroelektromehanički izvori (analogno razvoju MISiS-a i njegovih partnera) pojavili su se prije više od 10 godina, ali svima njima nedostaje učinkovitost i snaga koju obogaćeni nikl-63 može pružiti. Kao što primjećuje Dmitrij Druz, već u trenutnoj fazi istraživanja i razvoja jasno je da će MCC baterija nadmašiti sve uzorke baterija koje koriste energiju beta propadanja nikla-63. „Naš izvor ima višestruke prednosti kako u pogledu učinkovitosti i snage, tako i u veličini i jednostavnosti. Može se koristiti u najekstremnijim uvjetima ”, naglasio je Dmitry Druz.
Nuklearna baterija pod robnom markom Rosatom uskoro će postati stvarnost, i ima svih razloga vjerovati da će ovaj proizvod okrenuti ne samo domaće već i svjetsko tržište.

Potencijalni potrošači
Medicinski stimulatori srca koriste plutonij-238 kao izvor energije i traju oko 10 godina. Zamjena elektrostimulatora srca složena je operacija; s nuklearnom baterijom deimplantacija neće biti potrebna 50 godina. U nuklearnoj industriji nuklearne baterije mogu se instalirati u senzore za nadzor temperature i zračenja. Nuklearne baterije postat će neizostavni sastavni dio autonomnih mreža navigacijske opreme, telemetrijskih sustava i mrežnog nadzora širokog spektra parametara. Uz prasak, dugotrajne izvore dočekat će tvorci različitih podvodnih sustava, osvajači Sjevera, vojna industrija.
Proizvodnja
Nikal-63 čisti je izvor energije: meko beta zračenje nije popraćeno štetnim gama zračenjem. Poluvrijeme je 100 godina. Za proizvodnju izotopa potrebne su dvije faze obogaćivanja: prvo, u centrifugama, za nikal-62, a zatim, nakon obogaćivanja i izolacije, za nikal-63.
U svaku kuću?
Tko od nas ne želi da pametni telefoni, računala ili tableti traju 50 godina bez punjenja? Sa sigurnosne točke gledišta, nema zapreka: beta zračenje nikla-63 apsorbira kućište baterije. Međutim, postoji zabrinutost da će biti ljudi voljnih rastaviti bateriju. A tada mogu biti negativne posljedice. Postoji još jedna prepreka pristupu općeg potrošača nuklearnim baterijama i generatorima - cijena. Zbog složene tehnologije dobivanja 1 g nikla-63 košta stotine tisuća rubalja. Iako bateriji treba puno manje od grama, skupa je. Međutim, kada se proizvod testira u visokotehnološkim industrijama koje zahtijevaju znanje, potražnja će rasti, a tada će započeti industrijska proizvodnja nikla-63, a troškovi će biti puno niži. Važno pitanje: kako zbrinuti kompaktne nuklearne izvore energije? "Optimalno je predati ih na obradu radi oporabe neraspadnutog izotopa", kaže Dmitrij Druz, zamjenik šefa tehničkog odjela MCC-a.

Napajanje se također može koristiti u medicini

Rosatom je na IX forumu "Atomexpo-2017" predstavio jedan od najnovijih događaja - nuklearnu bateriju na bazi radioaktivnog izotopa nikal-63. Jedinstveno napajanje može se koristiti u medicini i svemiru, čime se štede milijuni dolara na opremi. Istodobno, izložbeni model ima minijaturne dimenzije - samo 1 kubni centimetar, a vijek trajanja je najmanje 50 godina.

„Jednostavno rečeno, ovo je nuklearna baterija, a u znanstvenom smislu izvor je beta zračenja, koje se sastoji od beta-voltaične ćelije i poluvodičkog pretvarača na bazi dijamanta. Nikl-63 ne postoji u prirodi, dobiva se zračenjem prirodnog izotopa nikla-62 neutronima u nuklearnom reaktoru uz daljnju radiokemijsku obradu i odvajanje u plinskim centrifugama, " znanstveni odjel "Rosatoma" Aleksandar Pavkin. Primijetio je da svojstva nikla-63 čine bateriju vrlo prikladnom, kompaktnom i najvažnije sigurnom baterijom specifične snage od 1 mikrovata i napona od 2 volta. Specijalist je sigurnost takvog izvora energije objasnio činjenicom da se nikal-63 smatra "mekanim" beta emiterom, budući da u njegovom slučaju nema neutronskog ili gama zračenja, a beta elektroni pretvarač u potpunosti apsorbira i potpuno su bezopasni za ljude.

U tom se slučaju snaga baterije može povećati ili smanjiti ovisno o potrebama: što su veće dimenzije, to je veća snaga. Prema Pavkinu, jedan mikrovat snage dovoljan je za upotrebu baterije u elektrostimulatoru srca ili neurostimulatoru. Stručnjak je također dodao da se takvi izvori energije, osim u medicini, mogu koristiti u astronautici, kao i baterija u teško dostupnim područjima i ekstremnim uvjetima.

Trošak tako čudesne baterije još je uvijek teško izračunati: sve ovisi o zahtjevima kupca za njezinim kapacitetom. Ali u svakom slučaju, upotreba takvog elementa vrlo će brzo nadoknaditi troškove kupnje. "Za usporedbu: za slanje 1 kg žica u svemir trebamo milijun dolara, ako ih zamijenimo bežičnim izvorom napajanja, prednosti su očite", rekao je predstavnik Rosatoma.

Razvoj je zajednički izveo Istraživački institut "Luch" sa sjedištem u Podolsku, zajedno s Tehnološkim institutom za supertvrde i nove ugljične materijale (TISNUM, Troitsk). Baterija je trenutno prototip, ali Rosatom se već priprema za puštanje uređaja u serijsku proizvodnju. Kao što je primijetio Aleksandar Pavkin, mnoge su tvrtke i potencijalni investitori, koji su se upoznali s uzorkom na izložbi, pokazali interes za razvoj. Rosatom svojim izumom planira ući na domaće i inozemno tržište. Predstavnici državne korporacije napominju da će zbog inovativnih svojstava cijena novog proizvoda biti vrlo konkurentna i omogućit će mu da stekne popularnost ne samo u Rusiji, već i na Zapadu.

Kao što znanstvenici i stručnjaci primjećuju, upotreba izvora energije na bazi nikla-63 stvorit će preduvjete za tehnološki proboj na mnogim područjima. U industriji se takvi elementi mogu koristiti u senzorima za praćenje stanja zgrada, cjevovoda, korisni su za osiguravanje rada električne opreme, uključujući i za projekte razvoja Arktika, za osiguravanje rada svemirske tehnologije i robotike. Serijska proizvodnja novih izvora omogućit će stvaranje nove linije uređaja u mikroelektronici, posebno autonomnih mikroprocesorskih digitalnih uređaja s ugrađenim napajanjem. Istovremeno, Rusija je inovator u proizvodnji visoko obogaćenog nikla-63: ne koristi se ni u jednoj drugoj zemlji.

Rudarsko-kemijski kombinat (Rudarsko-kemijski kombinat, Železnogorsk, Krasnojarsko područje) Državne korporacije za atomsku energiju Rosatom dovršio je pretvorbu (pretvorbu) plina obogaćenog ciljnim izotopom nikal-63 (Ni-63) u oblik pogodan za taloženje na poluvodičkom pretvaraču za dobivanje prototipa izvora energije. O tome je RIA Novostima izvijestio predstavnik tiskovne službe tvrtke.

Trenutno se očekuje isporuka odgovarajućih komponenata za taloženje Ni-63 i konačni sklop prototipa "nuklearne baterije".

Načelo rada beta-voltaičnih izvora električne energije temelji se na pretvorbi energije radioaktivnog beta raspada u električnu pomoću poluvodičkog pretvarača. Svojstva nikla-63 čine ga vrlo prikladnom bazom za minijaturna, sigurna i bez održavanja beta-voltažna napajanja s dugim (najmanje 50 godina) vijekom trajanja i velikom gustoćom snage do 100 mikrovata po kubnom centimetru. Ova napajanja mogu se koristiti u teško dostupnim područjima i u ekstremnim uvjetima. Sa stajališta sigurnosti potrošača, prednost nikla-63 je u tome što je takozvani "meki" beta emiter, pa je zračenje u potpunosti zaštićeno kućištem baterije.

Baterije na bazi nikla-63. Foto: YouTube

Nikl-63 ne postoji u prirodi, stoga se dobiva zračenjem prirodnog izotopa nikla-62 neutronima u nuklearnom reaktoru uz daljnju radiokemijsku obradu i odvajanje u plinskim centrifugama.

Rudarski i kemijski kombinat djeluje kao sistem integrator projekta. MCC je organizirao rad u dva smjera: dobivanje visoko obogaćenog izotopa Ni-63 i stvaranje posebne strukture za poluvodički pretvarač. Projekt uključuje poduzeća Rosatoma s jedinstvenim kompetencijama. Konkretno, Elektrokemijsko postrojenje (Zelenogorsk, Krasnojarski kraj, dio tvrtke za gorivo Rosatom TVEL) odgovorno je za obogaćivanje nikla u izotopu Ni-63. Posljednja faza, montaža prototipa izvora energije, održat će se u MCC-u.

Kao što je primijetio predstavnik tiskovne službe MCC-a, konstrukcija poluvodičkog pretvarača temelji se na novom dizajnu, koji kvalitativno povećava učinkovitost svih komponenata. Prema stručnjacima, napajanja temeljena na visoko obogaćenom Ni-63 i s novim dizajnom pretvarača stvaraju revolucionarnu platformu za dizajniranje novih generacija uređaja na polju kibernetike i umjetne inteligencije. Ovo je nova vrsta instrumenta koji će stvoriti osnovu za novu arhitekturu elektroničkih uređaja.