Rosatom olimlari noyob "yadro batareyasini" yaratishga yaqinlashdilar. Zamonaviy dunyoda yadro batareyasi Yadro batareyalari qayerda ishlatiladi


Va nihoyat, "Atatomekspo-2017" forumida namoyish etilayotgan "Rosatom" bizning akkumulyator maydonimizda yondi yadro batareyasi xizmat muddati kamida 50 yil. Ushbu muhim voqeadan foydalanib biz tinch atomni mobil qurilmalar uchun ishlatish istiqbollarini ko'rib chiqamiz.

Atom (yadro) batareyasi - bu hali ham akkumulyator emas, balki batareyadir, chunki u ta'rifi bo'yicha qayta zaryadlash imkoniyatisiz bir martalik elektr tok manbai hisoblanadi. Shunga qaramay, mobil qurilmalarda atom batareyalarini ishlatish istiqbollari jamoatchilikning hayollarini faol ravishda hayajonlantiradi. Lekin birinchi navbatda birinchi narsa.

"Rosatom" forumda aniq nimani taqdim etdi? FSUE NII NPO Luch bosh direktori Pavel Zaytsevning ta'kidlashicha, Ni63 izotopida ishlaydigan manba 50 yil davomida 2V kuchlanishli 1 mkVt quvvatga ega. Pavel Zaytsev oddiy volt-amper xarakteristikalari haqida ochiqchasiga gapiradi va uzoq umr ko'rishga e'tibor beradi. Ehtimol, faqat shaxsiy kamtarlik tufayli FSUE NII NPO Luchning bosh direktori Luch texnik tavsiflarda umumiy quvvatni emas, balki faqat quvvatni ko'rsatdi. Ammo biz bunga katta ahamiyat bermaymiz va shunchaki imkoniyatlarni hisoblaymiz:

C \u003d 0.000001W * 50 yil * 365 kun * 24 soat / 2V \u003d 219mA

Ma'lum bo'lishicha, kichik universal batareyaning o'lchamiga ega bo'lgan yadro batareyasining quvvati xuddi bluetooth minigarnituralar uchun litiy-polimer (Li-Pol) batareyaga o'xshaydi! Pavel Zaytsev o'zining yadro batareyasidan kardiologiyada foydalanishni o'z zimmasiga oladi, bu juda katta hajmda katta shubha tug'diradi. Ehtimol, bu yadroviy batareyani izotoplardan elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun prototipning bir turi deb qarash mumkin, ammo Rosatom zamonaviy yurak stimulyatorlariga mos kelish uchun batareyani minglab marta qisqartirishi kerak.

Narxidan umuman mamnun emasman yadro batareyasi - davlat unitar korxonasi direktori nikel izotopi narxini dollar (!) 4000USD / grammda e'lon qildi. Bu shuni anglatadiki, asosiy komponent Rossiyada chet elda sotib olinadi? Bitta batareyani tayyorlash uchun necha gramm kerak? Shu bilan birga, olmos elementlari ham talab qilinishi aniqlandi (qancha ekanligi ham aniq emas?), Ammo uning narxi (allaqachon rublda) bir dona uchun 10000 dan 100000 rublgacha. Bunday batareyaning umumiy qiymati qancha bo'ladi? Rossiyada kardiostimulyatorlar majburiy tibbiy sug'urta polisi ostida favqulodda holatlarda yoki kvota mavjud bo'lganda bepul o'rnatiladi. Agar kvota etarli bo'lmasa va chet elda ishlab chiqarilgan yurak stimulyatori bo'lsa, bemorlar mustaqil ravishda to'lashlari kerak. Yadro batareyalari MHI byudjeti hisobidan o'rnatiladimi yoki keksa odamlar ularni alohida sotib olishlari kerakmi? Agar "Rosatom" rahbariyati rossiyalik nafaqaxo'rlar "kecha va kunduzda turish" rejimida yashashlarini eslasalar, ehtimol ular kosmik xizmat muddati va xarajatlar o'rtasidagi bema'ni kelishmovchilikni tushungan bo'lishlari mumkin edi. Bu shuni ko'rsatadiki, hurmatga sazovor bo'lgan Pavel Zaytsev yakuniy foydalanuvchilar haqida umuman o'ylamasdan ilmiy-tadqiqot ishlari uchun ajratilgan mablag'larni faol ravishda o'zlashtirmoqda. Ijtimoiy tarmoqlar foydalanuvchilari Rosatomning "ixtirosi" ga o'xshash baho beradilar:

Uni biron bir joyda ishlatish qiyin. Byudjet o'zlashtirilganiga aminmanki, har doimgidek, uning bir qismi taqdimotga sarflangan va hech kim mahsulotni o'zi ko'rmaydi :)

E'lon qilingan xizmat muddati (50 yil), biz taxmin qilganimizdek, Ni 63 (100 yil) ning yarim umrining yarmiga teng. Bristol universiteti olimlari o'zlarining kontsept-videolarida xuddi shu mantiqdan foydalanadilar. Rosatom batareyasidan farqli o'laroq, Bristol atom batareyasi C 14 izotopidan foydalanadi va 5730 yil xizmat qilishi mumkin! Bristol universitetida ular haqiqatan 2 ga bo'linishni unutishdi, ammo yurak stimulyatori uchun 2865 yil juda ko'p. Bristol kontseptsiyasining o'ziga xosligi shundaki, yadro chiqindilari muammosi uni qayta ishlash yo'li bilan hal qilinadi yadro batareyalari.

Agar siz ushbu videoning matnini diqqat bilan tinglasangiz va tarjima qilsangiz, yanada qiziqarli ma'lumotlarni topasiz. Birinchidan, C 14 izotopining kelib chiqishi batafsil tavsiflanadi.

1940 yildan boshlab Angliya ilmiy, harbiy va fuqarolik maqsadlarida ko'plab yadro reaktorlarini ishlab chiqardi. Ushbu reaktorlarning barchasi uranni yoqilg'i sifatida ishlatadi va reaktorning ichki qismi grafit bloklaridan iborat. Ushbu grafit bloklari yadroviy bo'linish jarayonida doimiy issiqlik manbai ishlab chiqaradigan zanjir reaktsiyasini boshqarish uchun ishlatiladi. Keyinchalik, bu issiqlik suvni bug'ga aylantirish uchun ishlatiladi, keyin esa elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun turbinalarni aylantiradi. Atom elektr stantsiyalari xavfsiz tarzda yo'q qilinishi kerak bo'lgan yadro chiqindilarini ishlab chiqaradi. Ushbu chiqindilar radioaktiv bo'lishdan to'xtashini kutish kerak. Afsuski, bu minglab va millionlab yillarni oladi. Shuningdek, yillar davomida xavfsizlikni kuzatish uchun juda ko'p mablag 'talab etiladi. Biz grafit reaktorlaridan foydalanganimizdan beri Angliya radiatsiya o'z ichiga olgan 95000 tonna grafit bloklarini yaratdi. Ushbu grafit oddiy va barqaror element bo'lgan uglerodning faqat bir shakli, ammo agar siz ushbu bloklarni yuqori darajada radioaktiv joyga qo'ysangiz, u holda uglerodning bir qismi uglerod 14 ga aylanadi. Uglerod 14 qo'shimcha energiyasi tugagandan so'ng yana oddiy uglerod 12 ga aylanishi mumkin. Ammo bu juda uzoq jarayon, chunki uglerod 14 ning yarim yemirilish davri 5730 yilga teng.
Yaqinda Bristol universiteti Kabot instituti olimlari uglerod 14 bloklarda tashqi tomondan nurlanish orqali to'planganligini isbotladilar.Bu shuni anglatadiki, nurlanishning katta qismini ularni isitish orqali yo'q qilish mumkin - nurlanishning katta qismi keyinchalik to'planishi mumkin bo'lgan gaz bo'lib chiqadi.Grafit bloklari hali ham radioaktiv , ammo unchalik ko'p emas, demak, ularni yo'q qilish osonroq va arzonroq bo'ladi.Radioaktiv uglerod 14, past bosim va yuqori haroratda olmosga aylanishi mumkin - bu uglerodning yana bir shakli, radioaktiv ugleroddan yasalgan sun'iy olmos, elektr tokini yaratishi mumkin bo'lgan beta-nurlanish oqimini chiqaradi.Bu bizga olmos batareyasining yadro energiyasini beradi.Uni ishlatishimiz xavfsiz bo'lishi uchun u radioaktiv bo'lmagan olmos qatlami bilan qoplanadi, u barcha nurlanishni to'liq yutadi va uni elektr energiyasiga aylantiradi deyarli 100%. hech qanday harakatlanuvchi qismlar, texnik xizmat talab qilinmaydi, olmos faqat elektr energiyasini ishlab chiqaradi. Olmos dunyodagi eng qiyin modda bo'lgani uchun, boshqa hech qanday modda radioaktiv uglerodni 14 shunday himoya qila olmaydi. Shuning uchun tashqarida juda kam nurlanish aniqlanishi mumkin. Ammo bu banan chiqaradigan radiatsiya bilan deyarli bir xil, shuning uchun u butunlay xavfsizdir. Aytganimizdek, har 5730 yilda uglerod 14 ning atigi yarmi parchalanadi, bu bizning olmos batareyamizning umr bo'yi ajoyib ishlashini anglatadi - u faqat 7746 yilda 50% zaryadsizlanadi. Ushbu olmosli batareyalar an'anaviy batareyalarni almashtirish mumkin bo'lmagan joylarda yaxshi qo'llaniladi. Masalan, kosmik tadqiqotlar uchun sun'iy yo'ldoshlarda yoki yurak stimulyatori kabi joylashtirilgan qurilmalarda.

Barchadan o'z takliflarini #diamondbattery-ga yuborishlarini so'raymiz. Ushbu yangi texnologiyani ishlab chiqish yadro chiqindilari, toza elektr energiyasi va batareyaning uzoq umr ko'rish kabi ko'plab muammolarni hal qiladi. Bu bizni energiya ishlab chiqarishning "olmos davri" ga olib boradi.

2016 yilda Bristollik olimlarning juda chiroyli kontseptsiyasi va Rosatomning juda oddiy qutisi bir kun kelib olmos elektr stantsiyalariga aylanishi mumkin, ammo mobil qurilmalar uchun yadro batareyalari emas. Odamlarni Fukusima bilan cho'ntagida yurishga ishontirish qiyin, hatto ular uchun qo'shimcha pul to'lay boshlasa ham.

Energiya sanoati iqtisodiyotning eng monopollashtirilgan tarmog'i ekanligini hisobga oladigan bo'lsak, soliqlarni va to'lovlarni KVt elektr energiyasi narxining 90% dan ortig'i hisobga olgan holda, atomdan tinch maqsadlarda foydalanish hozirgi zamonning munozarali masalalaridan biridir. Tinch atomning samaradorligi shubhali, chunki nisbatan arzon atom energiyasining narxi texnogen oqibatlarning narxini o'z ichiga olmaydi. Shu sababli, ba'zi mamlakatlar, shu jumladan Germaniya va Yaponiya atomni energiyada ishlatishdan butunlay voz kechishga qaror qilishdi. Axir qayta tiklanadigan energiya manbalarini rivojlantirish orqali nafaqat atom energiyasidan butunlay voz kechish, balki millionlab yuqori malakali ish joylariga ega bo'lgan yuqori texnologiyali sanoatni yaratish mumkin.

Xulosa qilib aytganda, ehtimol bizda olmos asrining kashfiyoti "ixtirosi" emas, balki yana bir "superkumulyator" texnoduril turi mavjud. Boshqacha qilib aytganda, mikroenergiyada tinch atomdan foydalanish cho'chqani oldirishga o'xshaydi - bu juda ko'p qichqiriq, ammo ozgina jun!

Ayni paytda fan rivojlanib, rivojlanib bormoqda. Bugungi kunga kelib, yadro batareyasi allaqachon ixtiro qilingan. Bunday energiya manbai 50, ba'zan esa 100 yilgacha davom etishi mumkin. Hammasi hajmi va qanday radioaktiv moddaning ishlatilishiga bog'liq.

Yadro batareyasini ishlab chiqarish to'g'risida birinchi bayonotni "Rosatom" kompaniyasi bergan. 2017 yilda ushbu kompaniya ko'rgazmada prototipini taqdim etdi.

Tadqiqotchilar elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun nikel izotopi 63 ning beta-parchalanishidan foydalanadigan yadro batareyasining qatlamlarini optimallashtirishga muvaffaq bo'lishdi.

Ushbu moddaning 1 grammida 3300 millivatt soat bor.

Atom batareyasining ishlash printsipi

Energiya ishlab chiqarish turli xil izotoplar yordamida kimyoviy reaktsiyaga asoslangan. Beta parchalanishi paytida elektr potentsiali hosil bo'ladi. Va bu oqim beradi.

Yadro batareyalari xavfli emasmi?

Ishlab chiquvchilar bunday batareyalar oddiy fuqarolar uchun to'liq xavfsizligini ta'kidlaydilar. Va barchasi, chunki ishning dizayni yaxshi ishlab chiqilgan.

Beta nurlanish tanaga zarar etkazishi ma'lum. Ammo yaratilgan yadro batareyasida u yumshoq va energiya elementi ichiga singib ketadi.

Ayni paytda mutaxassislar Rossiya A123 yadro batareyasidan foydalanish rejalashtirilgan bir nechta sanoat tarmoqlarini aniqladilar:

  1. Dori.
  2. Kosmik sanoat.
  3. Sanoat.
  4. Transport.

Ushbu sohalarga qo'shimcha ravishda, yangi bardoshli energiya manbalaridan boshqalarda foydalanish mumkin.

Yadro batareyasining ijobiy tomonlari

Bir qator ijobiy fazilatlar mavjud:

  • Chidamlilik. Ular 100000 yilgacha ishlashlari mumkin.
  • Kritik haroratga bardosh berish qobiliyati.
  • Ularning kichik o'lchamlari ko'chma va ixcham texnologiyada foydalanishga imkon beradi.

Kuchli batareyaning kamchiliklari

  • Ishlab chiqarishning murakkabligi.
  • Radiatsiya xavfi mavjud. Ayniqsa, ish buzilgan bo'lsa.
  • Yuqori narx. Bitta yadro batareyasi 500000 dan 4500000 rublgacha bo'lishi mumkin.
  • Odamlarning tor doirasi uchun mavjud.
  • Kichik assortiment.

Yadro batareyalarini tadqiq etish va ishlab chiqish nafaqat yirik kompaniyalar, balki oddiy talabalar tomonidan ham amalga oshiriladi. Shunday qilib, Tomskda talaba o'z akkumulyatorini ishlab chiqardi, u taxminan 12 yil davomida zaryadsiz ishlashi mumkin bo'lgan atom energiyasida ishlaydi. Ixtironing ishi tritiyning parchalanishiga asoslangan. Bunday akkumulyator vaqt o'tishi bilan o'z xususiyatlarini o'zgartirmaydi.

Smartfon uchun yadro batareyasi

2019 yil uchun telefonlar uchun atom energiyasi manbalari ishlab chiqarilmoqda. Ular quyidagi rasmda ko'rsatilgandek ko'rinadi.

Ular mobil telefonda maxsus ulagichlarga kiritilgan mikrosxemaning turiga o'xshaydi. Bunday akkumulyator 20 yil davomida ishlashi mumkin. Bundan tashqari, bu vaqt davomida uni zaryad qilish shart emas. Bu yadroviy bo'linish jarayoni tufayli mumkin. To'g'ri, bunday energiya manbai ko'pchilikni qo'rqitishi mumkin. Axir, hamma radiatsiya zararli ekanligini va tanani buzishini biladi. Va kun bo'yi yonida bunday telefonni olib yurishni istaganlar kam.

Ammo olimlarning fikriga ko'ra, bunday yadro batareyasi to'liq xavfsizdir. Tritium faol moddalar sifatida ishlatilganligi sababli. Parchalanish paytida paydo bo'ladigan uning radiatsiyasi zararsizdir. Siz zulmatda porlab turgan kvarts soatida tritium ishini ko'rishingiz mumkin. Batareya minus 50 daraja sovuqqa chidamli. Bundan tashqari, u ortiqcha 150 C 0 da barqaror ishlaydi. Shu bilan birga, uning ishida hech qanday ikkilanmaslik qayd etilmagan.

Hech bo'lmaganda telefonni odatdagi akkumulyator bilan to'ldirish uchun bunday batareyaning qo'lida bo'lishi yomon emas.

Bunday batareyaning kuchlanishi 0,8 - 2,4 voltgacha. Shuningdek, u 50 dan 300 gacha nano amper hosil qiladi. Va bularning barchasi 20 yildan beri sodir bo'lmoqda.

Imkoniyat quyidagicha hisoblanadi: C \u003d 0.000001W * 50 yil * 365 kun * 24 soat / 2V \u003d 219mA

Ayni paytda akkumulyator 1112 dollarga baholanmoqda. Agar joriy kurs bo'yicha (65.42) rublga tarjima qilingan bo'lsa, unda bu 73.400 rublni tashkil qiladi.

Yadro batareyalari qayerda ishlatiladi?

Amaliyot maydoni an'anaviy batareyalar bilan deyarli bir xil. Ular quyidagilarda ishlatiladi:

  • Mikroelektronika.
  • Bosim va harorat sezgichlari.
  • Implantatlar.
  • Lityum hujayralar uchun quvvat banki sifatida.
  • Identifikatsiya tizimlari.
  • Soatlar.
  • SRAM xotirasi.
  • FPGA, ASIC kabi kam quvvatli protsessorlarni quvvatlantirish uchun.

Bu kelajakdagi yagona qurilmalar emas, ularning ro'yxati sezilarli darajada kengayadi.

Nikel 63 yadro batareyasi va uning xususiyatlari

63 ta izotopda yaratilgan ushbu atom energiyasi manbai 50 yilgacha xizmat qilishi mumkin. Bu beta-voltaik ta'sir tufayli ishlaydi. Bu deyarli fotoelektr effektiga o'xshaydi. Unda yarimo'tkazgichning kristall panjarasidagi elektron teshik juftlari tezkor elektronlar yoki beta-zarralar ta'sirida hosil bo'ladi. Va fotoelektr effekti bilan ular fotonlar ta'sirida paydo bo'ladi.

Nikel 63 dagi atom batareyasi reaktordagi 62-nikeldan nishonlarni nurlantirish jarayonida hosil bo'ladi.Tadqiqotchi Gavrilovning ta'kidlashicha, bu taxminan 1 yil davom etadi. Jeleznogorskda kerakli maqsadlar mavjud.

Agar nikel 63 ga asoslangan yangi rus yadro batareyalarini lityum-ionli batareyalar bilan taqqoslasak, ular 30 baravar kichikroq bo'ladi.

Mutaxassislarning ta'kidlashicha, ushbu energiya manbalari zaif beta nurlarini chiqargani uchun odamlar uchun xavfsizdir. Bundan tashqari, ular tashqariga chiqmaydi, lekin qurilma ichida qoladi.

Bunday quvvat manbai hozirda tibbiy yurak stimulyatorlari uchun juda yaxshi. Ammo ishlab chiquvchilar xarajatlar haqida gapirmaydilar. Ammo ularni ularsiz hisoblashingiz mumkin. Hozirda 1 gramm Ni-63 ning narxi 4000 dollar turadi. Bu erda biz to'liq quvvatli akkumulyator juda ko'p pul talab qiladi degan xulosaga kelishimiz mumkin.

Nikel 63 olmosdan qazib olinadi. Ammo bu izotopni olish uchun bardoshli olmosli materialni kesishning yangi texnologiyasini yaratish talab qilindi.

Umuman olganda, yadro batareyasi maxsus plyonka bilan ajratilgan emitent va kollektordan iborat. Radioaktiv element parchalanib ketgach, beta nurlanishni chiqaradi. Natijada, uning ijobiy zaryadi paydo bo'ladi. Shu vaqt ichida kollektor salbiy zaryadlanadi. Shundan so'ng, potentsial farq paydo bo'ladi va elektr toki hosil bo'ladi.

Aslida bizning atom batareyamiz - bu qatlamli pirojnoe. 200 tonna olmosli yarimo'tkazgichlar orasida 63 ta nikeldan tayyorlangan 200 ta energiya manbai mavjud, energiya manbai balandligi taxminan 4 mm. Uning vazni 250 milligramm. Kichik o'lcham - bu rus atom batareyasi uchun katta ortiqcha.

To'g'ri o'lchamlarni topish qiyin. Izotopning katta qalinligi unda paydo bo'lgan elektronlarning chiqib ketishiga yo'l qo'ymaydi. Kichkina qalinlik foydali emas, chunki vaqt birligida beta-parchalanish soni kamayadi. Yarimo'tkazgich qalinligi bilan bir xil bo'ladi. Batareya izotopning qalinligi taxminan 2 mikron bo'lganida yaxshi ishlaydi. Olmos yarim o'tkazgich 10 mikronni tashkil qiladi.

Ammo hozirgi paytda olimlar erishgan narsalari chegara emas. Egzozni kamida uch marta oshirish mumkin. Va bu shuni anglatadiki, yadro batareyasini 3 baravar arzonlashtirishi mumkin.

100 yil ishlaydigan 14 karbonli yadro batareyasi

Ushbu atom batareyasi boshqa radiatsion energiya manbalariga nisbatan quyidagi afzalliklarga ega:

  1. Arzonlik.
  2. Ekologik tozalik.
  3. 100 yilgacha bo'lgan uzoq muddatli ish.
  4. Kam toksiklik.
  5. Xavfsizlik.
  6. Haddan tashqari harorat sharoitida ishlashga qodir.

14-sonli radioaktiv izotopli uglerod 5700 yillik yarim umrga ega. Bu mutlaqo toksik emas va arzon narxga ega.

Nafaqat AQSh va Rossiya, balki boshqa mamlakatlar ham yadro batareyasini modernizatsiya qilish bo'yicha faol ish olib bormoqda! Tadqiqotchilar karbid substratida plyonka o'stirishni o'rgandilar. Natijada, substrat 100 baravar arzonlashdi. Bunday tuzilish radiatsiyaga chidamli bo'lib, bu energiya manbasini xavfsiz va bardoshli qiladi. Yadro batareyalarida kremniy karbididan foydalanib, uning ishlashiga 350 daraja Selsiy haroratida erishish mumkin.

Shunday qilib, olimlar o'zlarining qo'llari bilan atom batareyasini yaratishga muvaffaq bo'lishdi!

Yarim asr davomida ular beta-voltaik batareyalarni - yangi avlod energiya manbasini ishlab chiqarishga urinmoqdalar, ammo hali hech kim sanoat ishlab chiqarishiga erishmagan. Batareyani to'ldirish uchun nikel-63 izotopi tabiatda mavjud emas: uni faqat sun'iy ravishda ishlab chiqarish mumkin.
Masalan, Qo'shma Shtatlarda, masalan, ba'zi mamlakatlarda ular nikel olish imkoniyatini beradigan texnologiyalarni taklif qilishdi, ammo faqat past darajada boyitilgan - tarkibidagi 63-izotopning tarkibi taxminan 20%. Siz u bilan samarali yadro batareyasini yarata olmaysiz. Rosatom korxonalari boyitishni 80 foizdan ortig'iga erishdilar.
Rossiya yadro batareyasi - MCM, boshqa bir qator sanoat korxonalari va Fanlar akademiyasining qo'shma loyihasi. "Hamkorlik doirasida bir nechta vazifalar mavjud, ularning asosiysi tizimni birlashtirishdir", dedi "SR" ga MChJ texnik bo'limi boshlig'ining o'rinbosari Dmitriy Druz. "Hozirda 63-izotopda yuqori boyitilgan nikel olish texnologiyasi va batareyaning prototipini yaratish bo'yicha bir qator eksperimental loyihalash ishlari olib borilmoqda".
Yadro batareyasining ishlash printsipi beta-voltaik ta'sirga asoslangan: nikelning radioaktiv izotopidan beta nurlanish yarimo'tkazgich yordamida elektr energiyasiga aylanadi. Yarimo'tkazgichning kristalli panjarasida elektron teshik juftlari hosil bo'lishi fotonlar emas, balki beta-zarralar (tezkor elektronlar) ta'sirida sodir bo'lishining farqi bilan fotoelektrik analogi.
"Nikel-63 izotopi asosidagi akkumulyator to'rt qismdan iborat: juda boyitilgan nikel-63 izotopining ultra yupqa qatlami bilan qoplangan yarimo'tkazgichli beta-nurlanish konvertori, akkumulyator kontaktorlari va miniatyura muhrlangan korpusi", deydi Dmitriy Druz.

MANBA TEXNIK XUSUSIYATLARI

100 mVt / sm

MAXSUS KUCH

16,6,2 mm

O'LCHAMLARI

\u003e 50 yil

HAYOT PAYTIDA

20 %

MCM yadro batareyasining birinchi namunasini 2016 yil oxirida - 2017 yil boshida olishni niyat qilmoqda. Shakl va o'lchovlar bo'yicha manbalar mikroto'lqinli batareyalarga, xususan neyro va yurak stimulyatorlariga moslashtirilgan. Kelajakda mahsulotning xususiyatlari va xususiyatlari dasturga va mijozlarning talablariga bog'liq bo'ladi. "Bular odatdagi form-faktorlar bo'lishi mumkin -" tabletkalar "yoki miniatyura barmoq tipidagi batareyalar yoki mikrominiatura form-faktorlari", - deb yozadi Dmitriy Druz.

Kashfiyot texnologiyasi - bugungi kunda ma'lum bo'lgan barcha G'arb analoglarini ortda qoldirish, hatto bir qadam emas, balki bir necha qadam. Loyihani amalga oshirish uchun fundamental va amaliy ilmiy muammolarni hal qilish, shuningdek G'arb texnologiyalarini chetlab o'tgan Rosatomning sanoat texnologiyalarini qo'llash zarur. Va bularning barchasi umuman, biz kutganimizdek, kelgusi yilning boshiga qadar noyob mahsulotni yaratishga imkon beradi. Petr Gavrilov, kon-kimyo kombinati bosh direktori

Yangi mahsulotga bo'lgan qiziqish ortidan boshqa tashkilotlarning ishlanmalari haqida matbuotda nashrlar paydo bo'ldi.
Shunday qilib, MISiS, TISNUM, MIPT va NPO Luch olimlari guruhi nikel-63 izotopining ionlashtiruvchi nurlanishi uchun yangi energiya konverterining prototipini yaratdi. Ammo bu yadro batareyasi emas, balki yadro generatoridir. Tadqiqot guruhi rahbari, MISiS yarimo'tkazgichlar va dielektriklar materialshunosligi kafedrasi mudiri, professor Yuriy Parxomenko quyidagicha izohlaydi: "Biz tubdan boshqacha vazifa - nikel-63 izotopining ionlashtiruvchi nurlanish energiyasi hisobiga ishlaydigan nurlanish bilan stimulyatsiya qilingan mexanoelektrik o'zgaruvchan voltaj generatorini yaratish bilan duch keldik".
Ushbu batareyaning yuragi konsol, bidomain tuzilishga ega bo'lgan piezokristalli lityum niobatdan yasalgan ingichka plastinka. Beta parchalanish paytida nikel-63 izotopida chiqarilgan energiya pyezokristalli konsolning mexanik tebranish energiyasiga aylanadi, bu esa o'z navbatida elektrodlarda o'zgaruvchan voltajga aylanadi.
Ikkala beta-voltaik va mikroelektromekanik manbalar (MISiS va sheriklarining rivojlanishiga o'xshash) 10 yildan ko'proq vaqt oldin paydo bo'lgan, ammo ularning barchasi yuqori boyitilgan nikel-63 ta'minlay oladigan samaradorlik va kuchga ega emas. Dmitriy Druz ta'kidlaganidek, ilmiy-tadqiqot ishlarining hozirgi bosqichida MCC akkumulyatori nikel-63 ning beta-parchalanish energiyasidan foydalanadigan batareyalarning barcha namunalaridan ustun bo'lishi aniq. «Bizning manbamiz samaradorlik va quvvat jihatidan, shuningdek hajmi va soddaligi jihatidan bir nechta afzalliklarga ega. Uni eng o'ta og'ir sharoitlarda ishlatish mumkin », - ta'kidladi Dmitriy Druz.
Rosatom brendi ostidagi yadro batareyasi tez orada haqiqatga aylanadi va ushbu mahsulot nafaqat ichki, balki jahon bozorini ham aylantiradi deb ishonish uchun barcha asoslar mavjud.

Potentsial iste'molchilar
Tibbiy yurak stimulyatorlari energiya manbai sifatida plutoniy-238 dan foydalanadi va taxminan 10 yil ishlaydi. Kardiostimulyatorlarni almashtirish - bu murakkab operatsiya; yadro batareyasi bilan deimplantatsiya 50 yil davomida kerak bo'lmaydi. Yadro sanoatida yadro batareyalari harorat va radiatsiya monitoringi sensorlariga o'rnatilishi mumkin. Yadro batareyalari avtonom navigatsiya uskunalari, telemetriya tizimlari va keng ko'lamli parametrlarni on-layn monitoring qilishning ajralmas qismiga aylanadi. Uzoq muddatli manbalarni portlash bilan turli xil suv osti tizimlarini yaratuvchilari, Shimolni bosib olganlar, harbiy sanoat kutib olishadi.
Ishlab chiqarish
Nikel-63 toza energiya manbai: yumshoq beta nurlanish zararli gamma nurlanish bilan birga kelmaydi. Yarim umr 100 yil. Izotop ishlab chiqarish uchun ikkita boyitish bosqichi talab qilinadi: birinchi navbatda, nikel-62 uchun santrifüjlarda, so'ngra boyitish va izolyatsiyadan so'ng, nikel-63 uchun.
Har bir uyga?
Bizning oramizda kim smartfon, kompyuter yoki planshetning 50 yil quvvat olmasdan ishlashini istamaydi? Xavfsizlik nuqtai nazaridan hech qanday to'siqlar yo'q: nikel-63 ning beta-radiatsiyasi batareyalar korpusi tomonidan so'riladi. Biroq, batareyani qismlarga ajratishga tayyor odamlar bo'lishidan xavotir bor. Va keyin salbiy oqibatlar bo'lishi mumkin. Umumiy iste'molchining yadro batareyalari va generatorlariga ulanishida yana bir to'siq mavjud - narx. 1 g nikel-63 olishning murakkab texnologiyasi tufayli yuz minglab rubl turadi. Batareyaga grammdan ancha kam narsa kerak bo'lsa ham, bu juda qimmat. Ammo, mahsulotni talab qiladigan, yuqori texnologik sohalarda sinovdan o'tkazilganda talab ortadi va keyinchalik nikel-63 sanoat ishlab chiqarilishi boshlanadi va tannarxi ancha past bo'ladi. Muhim savol: ixcham yadroviy energiya manbalarini qanday yo'q qilish kerak? "Parchalanmagan izotopni qayta tiklash uchun ularni qayta ishlashga topshirish maqbuldir", deydi KMK Texnik bo'limi boshlig'ining o'rinbosari Dmitriy Druz.

Elektr ta'minoti tibbiyotda ham qo'llanilishi mumkin

Rosatom IX "Atomexpo-2017" forumida so'nggi ishlanmalardan biri - nikel-63 radioaktiv izotopi asosida yaratilgan yadro batareyasini taqdim etdi. Noyob elektr ta'minoti tibbiyotda va kosmosda ishlatilishi mumkin, bu uskunalar uchun millionlab dollar xarajatlarni tejaydi. Shu bilan birga, ko'rgazma modeli miniatyura o'lchamlariga ega - atigi 1 kub santimetr va uning ishlash muddati kamida 50 yil.

“Oddiy so'zlar bilan aytganda, bu yadro batareyasi, ilmiy ma'noda esa beta-voltaik hujayra va olmosga asoslangan yarimo'tkazgich konvertoridan iborat beta-nurlanish manbai. Nikel-63 tabiatda mavjud emas, u yadro reaktorida tabiiy izotop nikel-62 ni neytron nurlanishida, keyinchalik radiokimyoviy ishlov berish va gaz tsentrifugalarida ajratish natijasida olinadi "," "Luch" ilmiy-tadqiqot instituti laboratoriyasi boshlig'ining o'rinbosari "Rosatom" ilmiy bo'limi Aleksandr Pavkin. Uning ta'kidlashicha, nikel-63 xossalari batareyani juda qulay, ixcham va eng muhimi, o'ziga xos quvvati 1 mikrovatt va 2 voltli xavfsiz batareyaga aylantiradi. Mutaxassis bunday quvvat manbai xavfsizligini nikel-63 "yumshoq" beta-emitent deb hisoblashi bilan izohladi, chunki u holda neytron yoki gamma nurlanishi yo'q, beta elektronlar esa konvertor tomonidan to'liq so'riladi va odamlar uchun zararsizdir.

Bunday holda, batareyaning quvvatini ehtiyojlar asosida oshirish yoki kamaytirish mumkin: o'lchamlari qanchalik katta bo'lsa, quvvat shunchalik katta bo'ladi. Pavkinning so'zlariga ko'ra, batareyani yurak stimulyatori yoki neyrostimulyatorda ishlatish uchun 1 mikrovatt quvvat etarli. Mutaxassis, shuningdek, tibbiyotdan tashqari, bunday quvvat manbalaridan astronavtika, shuningdek, erishish qiyin bo'lgan joylarda va o'ta og'ir sharoitlarda batareyadan foydalanish mumkinligini qo'shimcha qildi.

Bunday ajoyib batareyaning narxini hisoblash hali ham qiyin: barchasi mijozning quvvatiga bo'lgan talablariga bog'liq. Ammo har qanday holatda, bunday elementdan foydalanish uning sotib olish narxini tezda qoplaydi. "Taqqoslash uchun: 1 kg simlarni kosmosga yuborish uchun bizga 1 million dollar kerak bo'ladi, agar ularni simsiz quvvat manbaiga almashtirsak, foydasi aniq", - deydi "Rosatom" vakili.

Ishlab chiqishni Podolskda joylashgan "Luch" ilmiy-tadqiqot instituti va Superhard va yangi uglerod materiallari texnologik instituti (TISNUM, Troitsk) bilan birgalikda amalga oshirildi. Batareya hozirda prototip hisoblanadi, ammo Rosatom allaqachon qurilmani seriyali ishlab chiqarishga chiqarishga tayyorlanmoqda. Aleksandr Pavkin ta'kidlaganidek, ko'rgazmada namunalar bilan tanishgan ko'plab kompaniyalar va potentsial investorlar rivojlanishga qiziqish bildirishdi. Rosatom o'z ixtirosi bilan ichki va tashqi bozorlarga chiqishni rejalashtirmoqda. Davlat korporatsiyasi vakillari ta'kidlashlaricha, innovatsion xususiyatlar tufayli yangi mahsulot narxi juda raqobatbardosh bo'lib, nafaqat Rossiyada, balki G'arbda ham mashhurlikka erishishga imkon beradi.

Olimlar va mutaxassislar ta'kidlaganidek, nikel-63 asosidagi quvvat manbalaridan foydalanish ko'plab sohalarda texnologik yutuq uchun zamin yaratadi. Sanoatda bunday elementlar binolar, quvurlar holatini kuzatish uchun sensorlarda ishlatilishi mumkin; ular elektr jihozlarining ishlashini ta'minlash, shu jumladan Arktikani rivojlantirish loyihalari, kosmik texnologiyalar va robototexnika ishlarini ta'minlash uchun foydalidir. Yangi manbalarni seriyali ishlab chiqarish mikroelektronikada yangi qurilmalar qatorini, xususan, o'rnatilgan quvvat manbai bilan avtonom mikroprotsessorli raqamli qurilmalarni yaratishga imkon beradi. Shu bilan birga, Rossiya juda boyitilgan nikel-63 ishlab chiqarishda kashfiyotchi hisoblanadi: u boshqa mamlakatda ishlatilmaydi.

Rosatom davlat atom energiyasi korporatsiyasining kon-kimyo kombinati (kon-kimyo kombinati, Jeleznogorsk, Krasnoyarsk o'lkasi) maqsadli izotop nikel-63 (Ni-63) tarkibida boyitilgan gazni yarimo'tkazgich konvertoriga yotqizish uchun mos bo'lgan shaklga o'tkazishni yakunladi. prototip quvvat manbasini olish. Bu haqda RIA Novostiga kompaniya matbuot xizmati vakili xabar berdi.

Ayni paytda Ni-63ni cho'ktirish va "yadro batareyasi" prototipini yakuniy yig'ish uchun tegishli komponentlarni etkazib berish kutilmoqda.

Beta-voltaik quvvat manbalarining ishlash printsipi yarimo'tkazgichli konvertor yordamida radioaktiv beta-parchalanish energiyasini elektrga aylantirishga asoslangan. Nikel-63 ning xossalari uni miniatyura, xavfsiz va parvarish qilinmaydigan beta-voltaik quvvat manbalari uchun uzoq (kamida 50 yil) ishlash muddati va kub santimetr uchun 100 mikrovattgacha yuqori quvvat zichligi uchun juda qulay asosdir. Ushbu quvvat manbalari erishish qiyin bo'lgan joylarda va o'ta og'ir sharoitlarda ishlatilishi mumkin. Iste'molchilar uchun xavfsizlik nuqtai nazaridan, nikel-63 ning afzalligi shundaki, u "yumshoq" beta-emitent deb ataladi, shuning uchun radiatsiya batareyalar qutisi bilan to'liq himoyalangan.

Nikel-63 asosidagi batareyalar. Surat: YouTube

Nikel-63 tabiatda mavjud emas, shuning uchun u nikel-62 tabiiy izotopini yadro reaktoridagi neytronlar bilan nurlantirish orqali, keyinchalik radiokimyoviy ishlov berish va gaz santrifugalarida ajratish orqali olinadi.

Kon-kimyo kombinati loyihaning tizim integratori vazifasini bajaradi. MCM ikki yo'nalishda ish olib bordi: juda boyitilgan Ni-63 izotopini olish va yarimo'tkazgich konvertori uchun maxsus tuzilmani yaratish. Loyiha o'ziga xos vakolatlarga ega Rosatom korxonalarini qamrab oladi. Xususan, elektrokimyo zavodi (Zelenogorsk, Krasnoyarsk o'lkasi, Rosatom TVEL yoqilg'i kompaniyasining bir qismi) Ni-63 izotopida nikelni boyitish uchun javobgardir. Yakuniy bosqich, quvvat manbaini prototipini yig'ish MCCda bo'lib o'tadi.

MCM matbuot xizmati vakili ta'kidlaganidek, yarimo'tkazgich konvertori konstruktsiyasi yangi konstruktsiyaga asoslangan bo'lib, barcha komponentlarning samaradorligini sifat jihatidan oshiradi. Mutaxassislarning fikriga ko'ra, yuqori darajada boyitilgan va yangi konvertorli dizayni bilan quvvat manbalari kibernetika va sun'iy intellekt sohasida yangi avlod qurilmalarini loyihalash uchun kashfiyot platformasini yaratmoqda. Bu elektron qurilmalar uchun yangi arxitektura uchun asos yaratadigan asboblarning yangi turi.