Атомная батарейка своими руками: Как сделать ядерную батарейку для домашних часов, которая будет работать более 10 лет

Как сделать ядерную батарейку для домашних часов, которая будет работать более 10 лет

Тритий — это радиоактивный изотоп водорода, на основе которого делают светящиеся брелки для ключей. По заявленным характеристикам от производителей, такой брелок будет светить от 10 лет и более (в среднем где-то 15).
Сам тритий имеет минимальный выброс частиц и в пластиковой колбе толщиной от 1 мм опасности не представляет.
На Али Экспресс можно без проблем купить данные брелки или стрежни для различных целей.

На этой основе можно сделать ядерную батарейку для часов или других приборов. Снимать излученный свет и переводить его в электрический ток будем при помощи солнечных батарей.

Понадобится:

• 2 Тритиевых стержня — http://ali.pub/597e6n
• 2 садовых фонаря на солнечной энергии — http://ali.pub/597e7f

Изготовление ядерной батареи для питания часов

Разбираем садовый светильник открутив 2 самореза по бокам.

Отрезаем провода и отклеиваем солнечную батарею, поддев ее острым предметом с краю.

Тоже самое делаем со вторым фонарем. В итоге нужно добыть две солнечные панели. Аккуратно припаиваем провода к каждой.

Вывода от элементов соединяем паралельно друг с другом. На один элемент при помощи скотча наклеиваем тритиевые стержни.

Сверху накрываем второй батареей и фиксируем скотчем.

Обматываем фольгой.

Проверяем работу мультиметром.

Примерно 1,5 Вольта.
Берем часы или таймер с ЖК дисплеем. От контактных площадок, идущих к боксу питания, отрываем провода.

Подключаем нашу ядерную батарею.

Все работает как часы. Теперь такую батарейку можно не менять больше 10 лет точно.

Смотрите видео

Батарейка своими руками — фото и описание медно-купоросный элемент

Ради эксперимента и доказательства работы данного устройства давным давно я решил изготовить самодельную батарейку. Фотографии медно-купоросного элемента с моего старого сайта. Вдаваться в теорию не буду, лишь в общих чертах объясню принцип работы данной батарейки по простому (не научному).

Сама батарейка представляет из себя сосуд, я использовал стеклянные баночки, в котором находятся два электрода. Медный электрод снаружи, а внутри мембраны должен быть цинковый электрод, но так-как цинка у меня нет, я использовал алюминий ( алюминиевые банки из под напитков). В стеклянную банку нужно налить простую воду, а в мембрану раствор соли. Чтобы батарейка заработала в банку нужно добавить немного медного купороса ( продается в магазинах удобрений). Только купорос добавлять надо не в солевой раствор — не в мембрану где алюминий, а в чистую воду где медный электрод.

Вольтаж одной батарейки всего 0,4-0,5 вольта, если вместо алюминия использовать цинк то вольтаж одной банки будет около 1 вольт, по-этому чтобы получить нужный вольтаж нужно подсоединять несколько таких батареек последовательно. К примеру 6 банок дадут три вольта, 10 банок дадут 5 вольт.

Такая батарейка имела популярность у радиолюбителей в советское время, так-как она очень проста в изготовлении, и в отличие от других самодельных химических элементов имеет устойчивое напряжение. Ниже рисунок устройства самодельной батарейки, которая называется медно-купоросный элемент. Как видно все просто, мембраной разделены два цилиндра, один медный, а второй цинковый, на дне медный купорос. Чтобы элемент заработал в полную силу нужно мешалкой взболтать купорос.

По сути это как-бы не батарейка, а топливный элемент, в котором топливом служит медный купорос. Кстати батарейка работает всегда пока в ней купорос полностью не израсходуется не зависимо от того потребляете вы с нее энергию или нет.

>

Дома я решил повторить эту конструкцию. Нашел несколько маленьких стеклянных банок, из картона сделал мембраны. мембрану делал так, из картона сделал цилиндр, пришил нитками дно к нему, оно тоже из картона. Потом обтянул получившиеся стаканчики тканью и зашил нитами. Ниже фото этого безобразия, за эстетикой не гнался, хотелось быстрее сделать и проверить работоспособность батареек.

---

>
.

>

>

>

>

>

---

В качестве меди использовал медный провод. Дома насобирал проводов и ободрал изоляцию с них, и чистый медный провод наматывал на мембраны. Как видно на фото меди совсем немного ушло, медный электрод это плюсовой контакт батарейки.

Вместо цинка использовал алюминий, насобирал алюминиевых банок, зачистил их от надписей чтобы лучше контакт был с электролитом, в качестве которого солевой раствор. баночки порезал и скрутил в трубочку, подсоединил медный проводок, это минусовой контакт. Когда все части были сделаны я принялся за заправку банок и собственно сборку батареек.

Выставил банки, опустил мембраны с намотанными на них медными оголенными проводами. Потом приготовил раствор соли, примерно столовую ложку соли на 0,5 литра, и разлил раствор в мембраны всех банок, их у меня получилось 6 штук, потом в сами банки долил чистой воды. Соединил последовательно все банки и без купороса решил проверить есть ли хоть что нибудь, хоть какое напряжение. Так-как в наличие тогда не было мультиметра я решил подсоединить маленький фонарик, в котором 12 светодиодов, потребление каждого 20мА, в сумме 240 мА. Подсоединил и в итоге не увидел хотя бы тусклого свечения, а я почему-то надеялся что засветит.

Потом вынимая поочередно мембраны в банки подсыпал немного купороса и размешивал палочкой, на шесть баночек рассыпал столовую ложку купороса. Снова попробовал подсоединить фонарик и был очень обрадован, ура!, батарейки работают, фонарик горел в полную яркость, как от настоящих батареек.

>

---

Потом решил попробовать заряжать телефон, но от шести банок он не хотел заряжаться, сделал еще две банки и зарядка пошла, телефон стал заряжаться. Мне было интересно за сколько зарядится телефон, в итоге он полностью зарядился за 2 ч 40 мин. Емкость аккумулятора 750мА/ч, значит батарейка давала ток примерно 300мА/ч. В принципе неплохо для самодельной батарейки, да еще так плохо сделанной.

>

---

Далее я хотел проверить как долго на одной столовой ложке купороса проработает батарейка. Все банки промыл и добавил купорос, подсоединил фонарик и оставил, в итоге фонарик просветил четверо суток, потом еще продолжал светить, но уже очень тускло и я закончил эксперимент.

Как доказательство работы батарейки, или медно-купоросного элемента прилагаю видео.

В итоге что хочу сказать, данный способ получения энергии вполне работоспособен, даже эта грубая поделка дает энергию. А если сделать все как надо, то-есть нормальную медную пластину взять и из нее цилиндр согнуть, найти цинк, или алюминий по толще, взять банки по объемистей, тогда мощность будет в разы больше, а количество батареек можно увеличить хоть до 25 шт, тогда получится 12 вольт, и когда нужна батарея просто заправил и она заработала, все просто , легко и работает.

Ядерная энергетика – своими руками — Энергетика и промышленность России — № 06 (146) март 2010 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 06 (146) март 2010 года

Обычный человек, рядовой гражданин, имеет возможность получить самую разную информацию из любой области знаний и произвести расчеты на компьютере. А необходимые материалы можно достать в силу все большей их распространенности в мире, а зачастую – благодаря людской недальновидности и жадности.

Проект «Страна N»

Три выпускника американских вузов – Дэвид Добсон, Дэвид Пипкорн и Роберт Селден, молодые люди, никогда ранее не занимавшиеся разработкой оружия, смогли собрать ядерную бомбу за три года.

Правда, их деятельность была изначально инициирована Пентагоном и ЦРУ, которые решили начать в 1964 году необычный эксперимент под названием «Страна N». Цель его состояла в том, чтобы выяснить – могут ли люди, основываясь лишь на информации, имеющей общий доступ, создать ядерное оружие, годное к применению.

Выяснилось, что очень даже могут. Молодые физики проштудировали литературу по радиоактивным веществам и определились с типом бомбы. Принцип ее работы должен был стать таким же, что и у бомбы, сброшенной на Нагасаки. В ней применялся принцип имплозии, то есть критическая масса вещества достигалась путем взрыва, ударная волна которого одновременно сжимала вещество со всех сторон. Этот вариант бомбы был значительно сложнее, чем тот, что взорвался над Хиросимой, где критическая масса достигалась соединением двух кусков вещества. Однако ученые сознательно выбрали сложный и более эффективный вариант.

Уже в 1965 году они создали подходящее взрывательное устройство, а еще через год представили организаторам эксперимента полный чертеж конструкции атомной бомбы, использующей уран и плутоний. По заключению экспертов, созданная по такому чертежу бомба была бы абсолютно работоспособной и могла быть поставлена на промышленное производство. Приведение ее в действие могло бы уничтожить город с населением в сто тысяч человек.

Один из создателей «самодельной» бомбы Роберт Селден позже вошел в состав научного совета военно-воздушных сил армии США, двое других занимались исследовательской и преподавательской деятельностью.

Единственным препятствием, помешавшим собрать действующую бомбу, стало отсутствие ядерного заряда. Раздобыть уран или плутоний в 60‑е годы – задача практически невыполнимая. Но спустя 30 лет с ней справился американский школьник.

Звали его Дэвид Хан, жил он возле Детройта, а в историю вошел под прозвищем «Радиоактивный бойскаут».

А в сарае у нас реактор

Все началось, когда Дэвиду на десятый день рождения подарили «Золотую книгу химических элементов», которая на несколько лет стала его любимым чтением. В 13 лет он самостоятельно изготовил порох, в 14 – нитроглицерин и случайно устроил взрыв в подвале собственного дома. Дальнейшие эксперименты пришлось перенести в сарай, причем до самой развязки этой истории никто из взрослых так и не поинтересовался, чем юный Дэвид там занимался, а зря. За свои изыскания подросток намеревался заработать высший знак скаутского отличия, поэтому к своей работе подошел основательно.

Сначала вундеркинд построил нейтронную пушку. Необходимый для устройства радиоактивный америций-241 он наковырял из скупленных по дешевке неисправных устройств пожарной сигнализации. Позже юный исследователь решил сделать пушку более мощной, применив в ней бериллий, украденный в лаборатории, и радий, который был добыт из краски часов со светящимися стрелками и циферблатом. Затем Дэвид приобрел несколько тысяч уцененных сеток от газовых фонарей, разузнав, что в их покрытии содержится торий. Тритий нашелся в ночных прицелах для спортивных луков.

Теперь Дэвид поставил задачу сделать ядерный реактор. На протяжении всей работы в своей дворовой лаборатории он непрерывно консультировался со специалистами Министерства энергетики, Комиссии по ядерному регулированию и других организаций, выдавая себя в переписке за школьного учителя физики.

В 17‑летнем возрасте Дэвид осуществил мечту, собрав в сарае действующую модель ядерного реактора бридерного типа, то есть не только генерировавшего энергию, но и производящего новое топливо. Помещенное в свинцовый контейнер ядро реактора представляло собой завернутые в фольгу америций, радий, алюминиевый и бериллиевый порошок. К нему были примотаны скотчем завернутые в фольгу кубики из ториевой золы и урановой пудры, которые в процессе работы реактора должны были превратиться в радиоактивное топливо.

На полную мощность реактор разогнаться не успел, поскольку через три недели радиационный фон в сарае превысил фоновые показатели в 1000 раз и ядерщик-любитель, испугавшись, решил прекратить опыт. В августе 1995 г. его задержала полиция, когда он на своей машине пытался вывезти части реактора и спрятать в лесу. К расследованию подключилось ФБР, разобранный сарай со всем содержимым упаковали в несколько десятков бочек и отвезли на радиоактивный могильник.

Впоследствии Дэвид Хан окончил колледж, отслужил в армии на атомном авианосце и в морской пехоте. Однако страсть к опасным экспериментам, судя по всему, его не оставила. В 2007 году Дэвиду вновь понадобился америций-241, и он был арестован за воровство пожарных датчиков – детекторов дыма.

Эксперты НИЯУ МИФИ приняли участие в российско-индийской образовательной программе

С 28 ноября по 7 декабря в Образовательном центре «Сириус» проходила первая международная программа — проектная школа «Большие вызовы в сфере устойчивого развития», в которой приняли участие 50 школьников из Индии и России.

При методическом сопровождении Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» и поддержке Госкорпорации «Росатом» был выполнен проект по одному из пяти направлений — «Чистая энергетика и устройства хранения энергии» — под руководством профессора Института ЛаПлаз Владимира Решетова, магистранта Артура Сафагараева и аспиранта Сергея Деревяшкина.

Проект назывался «Создание сбалансированной экосистемы на основе безуглеродных источников». Целью школьников была разработка модели и создание элементов замкнутой технологичной экосистемы с благоприятными условиями для работы, обучения, отдыха и творческого развития личности – «Зелёный Остров».

Обучающимся было предложено решить ряд задач в сфере внедрения безуглеродных источников энергии и создания устройств хранения энергии, а также провести анализ возможности создания благоприятной автономной социокультурной системы. Ребята своими руками изготовили макет плавающего автономного острова для исследований. Они изучили ослабления ионизирующего излучения воздухом, испытали солнечные элементы и создали накопительную энергосистему, питаемую солнечным светом. Также школьники рассчитали атомную батарейку на основе радиоактивного изотопа Плутония-238.

Плутониевая батарейка является уникальным, экологически безопасным ядерным энергоисточником, преимуществами которого являются его автономность, малогабаритность и одновременно достаточно серьёзная мощность (до 10 киловатт). Проект выполнен в логике мирного атома и ядерного разоружения, по аналогии с использованием солнечных элементов и хранением энергии в литиевых батареях. Кроме того, проект интересен с точки зрения будущей утилизации отходов, потому что представляет собой безотходный цикл замкнутого ядерного цикла, реализуемого в реакторах на быстрых нейтронах.

В финальный день программы проект «Зелёный остров» представил участник команды из Индии Бисванат Патса.

Другие участники образовательной программы работали над исследовательскими и инженерно-техническими проектами по направлениям «Дистанционное зондирование Земли», «Биотехнологии и генетические исследования», «Информационные технологии и анализ данных» и «Робототехника». Помимо проектной работы программа включала в себя лекции, семинары, мастер-классы, конференцию и стендовую защиту.

Программа реализована Образовательным Фондом «Талант и успех» в партнёрстве с Atal Tinkering Labs (Atal Innovation Mission, Индия).

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (Московский инженерно-физический институт) образован 8 апреля 2009 года на базе Московского инженерно-физического института (государственного университета). Историю ведёт от основанного в 1942 году Московского механического института боеприпасов (ММИБ). Первоначальной целью института ставилась подготовка специалистов для военных и атомных программ Советского Союза.

В 1945 г. переименован в Московский механический институт, а в 1953 г. в Московский инженерно-физический институт (МИФИ). С 1993 г. — Московский государственный инженерно-физический институт (технический университет). С 2003 г. — Московский инженерно-физический институт (государственный университет). С 2009 г. — Национальный Исследовательский Ядерный Университет «МИФИ».

Михаил Ковальчук: человека по жизни ведет любознательность

Выдающийся ученый, президент НИЦ «Курчатовский институт», член-корреспондент Российской академии наук Михаил Ковальчук 21 сентября 2021 года отмечает свой 75-летний юбилей. О том, что главное удалось сделать в науке, можно ли сохранить высокий интеллектуальный потенциал в течение жизни и какой будет ядерная энергетика будущего, Михаил Валентинович рассказал в эксклюзивном интервью ТАСС.

— Прежде всего, поздравляю вас с юбилеем! Уже можно оглянуться и посмотреть на то, что удалось сделать в науке за прошедшее время? Что вы считаете главными достижениями? Что радует сердце и душу?

— Мой первый и главный результат, от которого я испытал радость и глубокую удовлетворенность еще в самом начале своей научной работы. В 1970 году я пришел стажером в Институт кристаллографии имени А.В. Шубникова АН СССР, и первой моей самостоятельной работой было создание нового прибора: сначала двух-, а потом трехкристального рентгеновского спектрометра (ТРС). В этом приборе я сам буквально подпиливал напильником некрутящиеся «блины» — части рентгеновского гониометра. И когда он заработал, я смог зарегистрировать с высоким разрешением первую так называемую собственную кривую дифракционного отражения в трехкристальном варианте. Я испытал такой трепет, когда это увидел!

Второй результат — это когда я своими руками сконструировал и изготовил пропорциональный газопроточный счетчик электронов с прозрачными для рентгена окнами. Эта такая коробочка, внутри которой натянута очень тонкая нить — электрод, к которой прикладывалось высокое напряжение. В окошки прибора надо было для пропуска рентгеновских лучей вставить бериллий, но я его заменил майларом — органической пленкой, которая не пропускает воздух, но проницаема для рентгена, — это и есть так называемые рентгеновские окна. В коробочку через окошки входил рентгеновский пучок, отражался от кристалла, вылетающие фотоэлектроны ионизовали протекающий газ, и так я впервые зарегистрировал фотоэлектроны, возбуждаемые стоячей рентгеновской волной в условиях дифракции.

Помню, у меня от радости буквально дух захватило! Фактически с помощью этого счетчика мне удалось внести первый серьезный вклад в науку, заложив основы нового метода исследования структур, получившего название «стоячие рентгеновские волны». Думаю, это мой личный, сделанный своими руками вклад в науку. Причем я не просто развил основы этого метода, но и провел впервые в мире эксперименты на синхротронном источнике. Тогда это можно было делать только за границей, например в Германии или Японии, у нас в стране синхротрона еще не было. А потом вместе с командой единомышленников, которую удалось собрать, мы создали целую серию приборов, а также метод диагностики полупроводников, используемый в микроэлектронной промышленности.

На эту тему

Если говорить о том, что удалось сделать на посту руководителя Курчатовского института, то прежде всего выделю работу по научной поддержке атомного комплекса нашей страны. Мы вместе с Росатомом вывели исследовательскую программу отрасли на новый уровень, запустили процесс создания установок класса «мегасайенс» для проведения масштабных синхротронно-нейтронных исследований. Сначала мы проводили эти исследования в НИЦ «Курчатовский институт», доведя до ума долгострой с синхротроном и запустив его в 1999 году как единственную мегаустановку на постсоветском пространстве. Масштабные исследования на синхротроне позволили во многом нашей науке сохранить свой потенциал и развить новые направления, прежде всего в материаловедении.

С середины 2000-х российская наука начала уже в качестве равноправного партнера участвовать в международных мегапроектах. Крупнейшие научно-исследовательские установки, создаваемые в Европе, к примеру Международный экспериментальный термоядерный реактор (ITER), европейский рентгеновский лазер на свободных электронах XFEL, протонный ускоритель FAIR, строятся и реализуются во многом благодаря интеллектуальному и финансовому участию России. Мы для многих установок поставляем существенную часть ключевых систем и приборов, которые изготавливаем на своей территории. И конечно, вносим существенный финансовый вклад. Сегодня наша деятельность в этом направлении увенчалась тем, что президентским указом и последующим постановлением правительства утверждена масштабная программа по созданию установок класса «мегасайенс» для нейтронных исследований. Речь идет о мощном, не имеющем аналогов нейтронном источнике ПИК в Гатчине, новом, не имеющем аналогов синхротронно-лазерном комплексе «Сила» в Протвино, целой сети крупных исследовательских ускорителей в Москве, в Сибири, на Дальнем Востоке.

— Действительно, к вашему юбилею Курчатовский институт подошел с яркими достижениями — и по реактору ПИК, и по токамаку Т-15МД. Как идет научная работа на этих установках, в том числе в рамках международных коллабораций? Когда увидим первые результаты?

— Надо понимать, что создание и запуск в эксплуатацию научных установок такого класса носит этапный характер. Их эксплуатация традиционно регулируется специальным законодательством. Ростехнадзор внимательно следит в рамках жесточайшего регламента за вводом установок в строй.

На эту тему

С момента, когда установки начали проектироваться, законодательство в этой области претерпело колоссальные изменения, появились дополнительные сложности и расходы на пуск. Любая установка проходит этап физического пуска, когда подтверждается ее работоспособность. У реакторных установок есть еще один этап — энергетический пуск. К примеру, на реакторе ПИК мы этот этап прошли и уже осуществили тестовые эксперименты. Дальше двигаемся в соответствии с графиком по выводу реактора на полную мощность. Такая же ситуация и с токамаком Т-15МД — он прошел пока физический пуск. До следующего этапа — реального энергетического пуска потребуется еще много усилий и времени. А параллельно идет подготовка экспериментов на действующем токамаке Т-10.

— НИЦ КИ стал научным руководителем нового национального атомного проекта по развитию атомной науки и технологий. Что вы особо выделяете в этой программе?

— Программа фактически состоит из двух частей. С одной стороны, это поддержка и развитие тех направлений, которые можно назвать традиционными и которые успешно развиваются Росатомом. С другой стороны, это то новое, что будет имплементировано в рамках программы. Если говорить о новом, то я бы отметил два направления. Первое — управляемый термоядерный синтез. Речь идет об участии в проекте строительства международного термоядерного реактора ITER, который возводится во Франции. Известно, что сама идея магнитного удержания плазмы (токамак) была предложена и впервые в мире реализована в Курчатовском институте еще в середине 1950-х. А идею создания ITER предложил и продвигал в конце 1980-х академик Е.П. Велихов. Сегодня совместно с Росатомом мы активно участвуем в проекте, создавая ключевые системы термоядерного реактора и производя для него уникальные материалы. Очень важна целенаправленная подготовка кадров, которые будут решать с помощью термоядерного реактора научные задачи.

Второе направление — создание собственной исследовательской базы. Оно схематично разделяется на две части — запуск принципиально нового токамака Т-15МД у нас в Курчатовском институте плюс подготовка кадров на работающем Т-10 и других установках.

Мы также работаем в рамках российско-итальянской кооперации над принципиально новым токамаком «Игнитор» с сильным магнитным полем. Конечно, токамак рассматривается как энергетическая установка, дающая электричество, но на самом деле до этого предстоит пройти сложный путь в рамках экспериментальной исследовательской деятельности.

На эту тему

Но есть более близкая задача для термояда, требующая решения. Как известно, нами была предложена идея двухкомпонентной ядерной энергетики. С одной стороны, необходимо обеспечить топливом на длительный период действующие АЭС на тепловых нейтронах, а с другой стороны — сделать атомную энергетику «зеленой», замкнув ядерный топливный цикл, практически ликвидировав отходы в виде ОЯТ (отработавшего ядерного топлива). Это можно сделать, добавив к действующим АЭС реактор на быстрых нейтронах и гибридный токамак, который будет работать как мощный источник нейтронов для переработки значительных запасов тория в топливо для АЭС. 

В начале июня текущего года в Северске начато возведение нового реактора на быстрых нейтронах БРЕСТ. Опуская детали, скажу следующее: АЭС на тепловых нейтронах вкупе с АЭС с реакторами на быстрых нейтронах и гибридным токамаком (их сочетание и есть двухкомпонентная ядерная энергетика) позволят создать замкнутый ядерный топливный цикл и не только обеспечить ядерную генерацию топливом на очень длительный срок, но и создать полностью «зеленую», экологически безопасную атомную энергетику, что крайне важно сегодня для перехода к безуглеродной энергетике.

И еще одно очень важное направление программы — создание атомных станций малой мощности (АСММ), среди которых я хочу выделить принципиально новое направление, развиваемое в Курчатовском институте. Речь идет о создании так называемой атомной батарейки, в которой тепло реактора прямо преобразуется в электричество. Проект такой инновационной атомной станции — батарейки «Елена» разработан нами и будет использоваться для энергообеспечения Арктики и других труднодоступных мест. Такая же необслуживаемая станция — батарейка «Селена» разработана нами для космической программы.

— Как строится ваш день? Как вам удается поддерживать такую форму: физическую и интеллектуальную?

— Когда моему папе было, наверное, лет 95, он как-то сказал: «Знаешь, а мы еще вон там не были, давай-ка мы туда с тобой соберемся». Дело в том, что человека по жизни ведет любознательность. Любопытство и любознательность — это разные качества. Любознательность очень важна: вам все всегда интересно, и поэтому вы никогда не устаете от жизни — вы всегда находитесь в вихре новых увлечений. Вам должно быть все интересно, и это является основой успешности любого человека, его интеллектуального и физического долголетия.

Если вы гирю по утрам не поднимаете или не делаете зарядку, у вас атрофируются мышцы. А если вы не тренируете мозг, с ним происходит то же самое: он впадает в спячку. Именно поэтому я веду телевизионные передачи, хотя у меня на это нет ни времени, ни сил, причем у меня совершенно разные гости и разные научные темы. И это колоссальная тренировка ума, потому что нужно соответствовать теме, гостям и зрителям и очень быстро переключаться с одной темы на другую. И плюс: я каждый день начинаю, проплывая километр.

Беседовал Андрей Резниченко 

Почему атомная энергетика полезна для экологии

Эко-активисты сменили курс с возобновляемых источников энергии на атомную энергетику. В своем выступлении, собравшем 1,6 млн просмотров и переведенном на 24 языка, известный эколог Майкл Шелленбергер объясняет, почему

Майкл Шелленбергер — американский эколог, основатель некоммерческих организаций Breakthrough Institute и Environmental Progress, автор бестселлеров «Смерть экоактивизма» и «Полюби своих монстров». В начале президентского правления Барака Обамы был в числе экологов, формировавших политику США в области возобновляемых источников энергии. Впоследствии критически оценил инициативы, сторонником которых являлся, и радикально пересмотрел свои взгляды. В настоящее время Шелленбергер является сторонником атомной энергетики и регулярно выступает в крупнейших американских СМИ с критикой экологической повестки, которую проводят политики и корпорации.

Майкл Шелленбергер в своем выступлении 2016 года на TED, которое он назвал «Как страх перед ядерной энергией наносит вред окружающей среде», рассказывает, почему восприятие атомной энергетики как потенциально самой опасной вредит планете сильнее, чем сами атомные электростанции. Вот главные тезисы выступления (с обновленными данными на 2020).

Баланс разных источников энергии меняется незначительно

За последние 20 лет объемы чистой энергии увеличились в два раза. Это энергия, полученная из экологически чистых источников — гидроэлектроэнергия, атомная, солнечная, ветровая, геотермальная, приливная, энергия биомассы. Однако ее доля в общем объеме добытой энергии осталось прежней и даже немного сократилась — с 36% в 1999 году до 35% в 2018 году.

Дело в том, что индустрия ископаемого топлива развивается быстрее индустрии чистой энергии. Многие бедные страны все еще используют дрова, навоз и уголь в качестве основного топлива.

Доля альтернативных возобновляемых источников за последние 20 лет росла — с 1% до 9% в 2018 году, а атомные электростанции, наоборот, закрывались — доля этого источника энергии сократилась с 17% до 10% за тот же период.

Солнечная и ветряная энергия нестабильна, ее можно получать только 10—30% времени, когда достаточно светит солнце и дует ветер. А больницам, домам, городам и заводам энергия нужна постоянно. И хотя в последнее время аккумуляторы существенно улучшились, они не так эффективны, как электрическая сеть.

Каждый раз, заряжая и разряжая аккумулятор, мы теряем около 20-40% энергии.

Межправительственный комитет ООН по вопросам климата (IPCC) изучил содержание CO₂ во всех видах топлива. Атомная энергетика оказалась одной из самых экологически чистых. При этом атомная электростанция может быть задействована 92% времени.

Почему мы боимся атомных электростанций?

Атомная энергия кажется хорошим решением в борьбе с изменением климата. Но есть одна большая проблема — людям она не нравится. Согласно опросу Ipsos 2014 года, атомная энергия — одна из наименее популярных. Всего 28% опрошенных отдали предпочтение атомной энергетике. Даже к нефти люди относятся лучше (30%). Больше всего люди доверяют солнечной (85%) и ветровой энергии (78%).

Страх атомной энергетики связан с тремя факторами — возможность утечки, захоронение отходов и ассоциация с ядерным оружием.

Крупнейшие развивающиеся страны Индия и Китай строят новые атомные электростанции, в то время как в развитых странах происходит сокращение атомной энергетики. По оценкам Шелленбергера, из-за этого мир может потерять в четыре раза больше чистой энергии, чем за последние десять лет.

Можно ли сделать атомную энергию безопасной?

Сложно сделать атомную энергию еще более безопасной, чем она есть сейчас. Согласно исследованию одного из крупнейших медицинских журналов Lancet, атомная энергия — самая безопасная среди всех остальных источников энергии. Она безопаснее ветряков и солнечных панелей.

Рассмотрев данные об авариях в Фукусиме и Чернобыле, ВОЗ обнаружила, что бòльшая доля вреда была вызвана паникой.

ООН провела комплексные исследования катастрофы в Чернобыле. Взрыв на ЧАЭС — это худшая ядерная авария из всех случившихся. В результате нее погибло 28 человек от острого лучевого синдрома, и еще 15 человек умерло за последующие 25 лет от рака щитовидной железы. 16 тыс. человек заболели после Чернобыля раком щитовидной железы: по оценкам, 160 из них умрет от этого вида рака.

Ядерная катастрофа в Фукусиме занимает второе место по тяжести последствий. Выброс радиации был намного меньше, чем в Чернобыле. От облучения после Фукусимы нет смертельных случаев. Погибли 1,5 тыс. человек, которых вытащили из домов престарелых и больниц. Они получили большую дозу радиации только потому, что их перемещали на большое расстояние. Во многом это стало следствием общей паники.

Для человека, живущего в большом городе вроде Лондона, Берлина или Нью-Йорка, риск смертности увеличивается на 2,8% только от загрязнения воздуха. Для тех, кто живет рядом с курильщиками — на 1,7%. Для ликвидаторов аварии в Чернобыле, которые получили дозу радиации 250 миллизиверт, она увеличилась на 1%.

Для сравнения, топливная энергетика создает неконтролируемые отходы в виде выбросов парниковых газов — от них умирают 7 млн человек в год. Поэтому сокращение топливной энергетики в пользу атомной уже спасло жизни 1,8 млн человек. К какому выводу пришел климатолог Джеймс Хансен.

А что насчет отходов? Отходов атомной энергетики мало. Если взять ядерные отходы за всю историю США и наполнить ими футбольный стадион, их высота будет всего 6 метров. Отходы хранятся в специальных изолированных контейнерах, и они постоянно под наблюдением. К тому же, сейчас ведутся разработки по использованию ядерных отходов в качестве топлива.

Что насчет ядерного оружия? Нет примеров того, как страны с атомной промышленностью вдруг начинали создавать ядерное оружие. На самом деле, происходит обратное. Оказывается, единственный известный способ избавиться от большого количества ядерного оружия — использовать плутоний из боеголовок в качестве топлива для АЭС.

Полную версию выступления Майкла Шелленбергера можно посмотреть на TED c русскими субтитрами:

Мирный атом в каждый дом – миниатюрные атомные реакторы для всех

В последнее время все большее развитие получает концепция автономного энергоснабжения. Будь это загородный дом с его ветряками и солнечными панелями на крыше или деревообрабатывающий завод с отопительным котлом, работающим на отходах производства — опилках, суть не меняется. Мир постепенно приходит к тому, что пора отказываться от централизованного обеспечения теплом и электричеством. Центральное отопление в Европе уже практически не встречается, индивидуальные дома, многоквартирные небоскребы и промышленные предприятия отапливаются самостоятельно. Исключение составляют разве отдельные города северных стран – там централизованное отопление и большие котельные оправданы климатическими условиями.

Что касается автономной электроэнергетики, то к этому все идет – население активно скупает ветряки и солнечные панели. Предприятия ищут способы рационального использования тепловой энергии от технологических процессов, строят собственные тепловые электростанции и тоже скупают солнечные панели с ветряками. Особо повернутые на «зеленых» технологиях даже планируют покрывать солнечными панелями крыши заводских цехов и ангаров.

В конечном итоге это оказывается дешевле, чем покупка необходимых энергетических мощностей из местных энергосетей. Однако, после чернобыльской аварии, все как-то забыли, что самым экологически чистым, дешевым и доступным способом получения тепловой и электрической энергии все равно остается энергия атома. И если на протяжении существования атомной промышленности электростанции с ядерными реакторами всегда ассоциировались с комплексами на гектары площади, огромными трубами и озерами для охлаждения, то целый ряд разработок последних лет призван сломать эти стереотипы.

Сразу несколько компаний заявили что выходят на рынок с «домашними» ядерными реакторами. Миниатюрные станции с размерами от гаражного бокса до небольшого двухэтажного здания готовы поставлять от 10 до 100 МВт в течение 10 лет без дозаправки. Реакторы полностью автономны, безопасны, не требуют обслуживания и по истечении срока службы просто перезаряжаются еще на 10 лет. Чем не мечта для завода по производству утюгов или хозяйственного дачника? Рассмотрим более детально те из них, продажа которых начнется в ближайшие годы.

Toshiba 4S (Super Safe, Small and Simple)

Реактор сконструирован по типу батарейки. Предполагается что такая «батарейка» будет закопана в шахту глубиной 30 метров, а здание над ней будет иметь размеры 221611 метров. Не многим больше хорошего загородного дома? Такой станции понадобится обслуживающий персонал, но это все равно не идет в сравнение с десятками тысяч квадратных метров площади и сотнями рабочих на традиционных АЭС. Номинальная мощность комплекса – 10 мегаватт в течение 30 лет без дозаправки.

Реактор работает на быстрых нейтронах. Подобный реактор установлен и действует с 1980 года на Белоярской АЭС в Свердловской области России (реактор БН-600). Принцип действия описан здесь. В японской установке в качестве охлаждающей жидкости использован расплав натрия. Это позволяет работать поднять температуру работы реактора на 200 градусов Цельсия по сравнению с водой и при обычном давлении. Применение воды в таком качестве дало бы рост давления в системе в сотни раз.

Самое важное – стоимость выработки 1 кВт час для данной установки ожидается на уровне от 5 до 13 центов. Разброс обусловлен особенностями национального налогообложения, разной стоимостью переработки ядерных отходов и стоимостью введения в выведения из эксплуатации самой станции.

Первым заказчиком «батарейки» от Toshiba похоже выступит небольшой городок Galena штат Аляска в США. В настоящее время идет согласование разрешительной документации с американскими правительственными агентствами. Партнером компании в США выступает известная нам компания Westinghouse, впервые поставившая на украинскую АЭС топливные сборки альтернативные российским ТВЭЛ.

Hyperion Power Generation и реактор Hyperion

Эти американские ребята похоже первыми выйдут на коммерческий рынок миниатюрных ядерных реакторов. Компания предлагает установки от 70 до 25 мегаватт стоимостью примерно по $25-30 миллионов за штуку. Ядерные установки Hyperion могут использоваться как для генерации электроэнергии так и для отопления. Состоянием на начало 2010 года уже поступило более 100 заказов на станции разной мощности, при чем как от частных лиц, так и от государственных компаний. Планируется даже вынести производство готовых модулей за пределы США, построив заводы в Азии и Западной Европе.

Реактор работает на том же принципе, что и большинство современных реакторов в атомных электростанциях. Читать здесь. Наиболее близкими по принципу действия являются самые распространенные российские реакторы типа ВВЭР и силовые установки, применяемы на атомных подводных лодках проекта 705 «Лира» (NATO – “Alfa”). Американский реактор практически является сухопутной версией реакторов, устанавливаемы на указанных АПЛ, кстати – самых быстрых подводных лодок своего времени.

В качестве топлива используется нитрид урана, который имеет более высокую теплопроводность по сравнению с традиционным для реакторов ВВЭР керамическим оксидом урана. Это позволяет работать при температуре на 250-300 градусов Цельсия выше, чем водо-водяные установки, что повышает эффективность работы паровых турбин элеткрогенераторов. Здесь все просто – чем выше температура реактора, тем выше температура пара и, как следствие, выше КПД паровой турбины.

В качестве охлаждающей «жидкости» используется свинцово-висмутовый расплав, аналогичный таковому на советских АПЛ. Расплав проходит через три теплообменных контура, снижая температуру с 500 градусов Цельсия до 480. Рабочим телом для турбины могут служить как водяной пар так и перегретый углекислый газ.

Установка с топливом и системой охлаждения имеет массу всего в 20 тонн и рассчитана на 10 лет работы на номинальной мощности в 70 мегаватт без дозаправки. Впечатляют действительно миниатюрные размеры – реактор имеет всего 2.5 метра в высоту и 1.5 метра в ширину! Вся система может перевозиться на грузовиках или железнодорожным транспортом, являясь абсолютным коммерческим мировым рекордсменом по соотношению мощностьмобильность.

По приезду на место, «бочка» с реактором просто закапывается. Доступ к ней или какое-либо обслуживание не предполагается вообще. По истечении гарантийного срока сборка выкапывается и отправляется на завод производителя для перезаправки. Особенности свинцово-висмутового охлаждения дают огромное преимущество в безопасности – не возможен перегрев и взрыв (не растет давление с ростом температуры). Также, при охлаждении сплав застывает, а сам реактор превращается в изолированную толстым слоем свинца железную болванку, не боящуюся механических воздействий. Кстати, именно невозможность работы на малых мощностях (в следствие застывания охлаждающего сплава и автоматического отключения), явилась причиной отказа от дальнейшего использования свинцово-висмутовых установок на АПЛ. По этой же причине – это самые безопасные реакторы из всех, когда либо устанавливавшихся на АПЛ всех стран.

Изначально миниатюрные атомные электростанции разрабатывались компанией Hyperion Power Generation для нужд добывающей промышленности, а именно для переработки горючих сланцев в синтетическую нефть. Оценочные запасы синтетической нефти в горючих сланцах, доступных для переработки имеющимися на сегодня технологиями оценивается в 2.8.-3.3 триллиона баррелей. Для сравнения – запасы «жидкой» нефти в скважинах оцениваются всего в 1.2 триллиона баррелей. Однако процесс переработки сланцев в нефть требует их нагрева с последующим улавливанием  испарений, которые затем конденсируются в нефть и побочные продукты. Понятно, что для нагрева нужно где-то брать энергию. По этой причине добыча нефти из сланцев считается экономически нецелесообразной по сравнению с ее импортом у стран ОПЕК. Так что будущее своего продукта компания видит в разных сферах применения.

Например, в качестве мобильной электростанции для нужд военных баз и аэродромов. Здесь тоже интересные перспективы. Так, при ведении мобильных боевых действий, когда войска действуют из так называемых опорных пунктов в определенных регионах, эти станции могли бы питать инфраструктуру «баз». Прямо как в компьютерных стратегиях. С той лишь разницей, что когда задача в регионе выполнена, электростанцию грузят в транспортное средство (самолет, грузовой вертолет, грузовые автомобили, поезд, корабль) и увозят на новое место.

Другое применение в военной сфере – стационарное питание постоянных военных баз и аэродромов. При авиа налете или ракетном ударе база с подземной атомной электростанцией, не требующей обслуживающего персонала, с большей вероятностью сохранит боеспособность. Таким же образом можно питать группы объектов социальной инфраструктуры – системы вобоснабжения городов, административных объектов, больниц.

Ну и промышленно-гражданское применение – системы электропитания небольших городов и поселков, отдельных предприятий или их групп, системы отопления. Ведь эти установки прежде всего вырабатывают тепловую энергию и в холодных регионах планеты могут составить ядро централизованных систем отопления. Так же перспективным компания считает применение таких мобильных электростанций на опреснительных установках в развивающихся странах.

SSTAR (small, sealed, transportable, autonomous reactor)

Маленький, запечатанный, передвижной автономный реактор – проект, разрабатываемый в Lawrence Livermore National Laboratory, США. По принципу действия схож с Hyperion, только в качестве топлива использует Уран-235. Должен иметь срок годности в 30 лет при мощности от 10 до 100 мегаватт.

Размеры должны составлять 15 метров в высоту и 3 в ширину при весе реактора в 200 тонн. Эта установка изначально рассчитывается для применения в недоразвитых странах по схеме лизинга. Таким образом, повышенное внимание уделяется невозможности разобрать конструкцию и извлечь из нее что-либо ценное. Ценное  – это уран-238 и оружейный плутоний, которые вырабатываются по мере истечения срока годности.

По окончании действия договора лизинга, получатель должен будет вернуть эту установку в США. Только мне кажется, что это — мобильные заводы по производству оружейного плутония за чужие деньги? 🙂 В прочем, американское государство здесь не продвинулось дальше исследовательских работ, пока нет даже прототипа.

Подводя итог, следует отметить, что пока наиболее реальной является разработка от Hyperion и первые поставки намечены на 2014 год. Думаю, можно ожидать дальнейшего наступления «карманных» АЭС, тем более что похожие работы по созданию подобных станций ведут и другие предприятия, в том числе такие гиганты как Mitsubishi Heavy Industries. А вообще, миниатюрный ядерный реактор — это достойный ответ на всевозможную приливно-отливную муть и прочие невероятно «зеленые» технологии. Похоже, в ближайшем времени мы сможем наблюдать, как снова военные технологии переходят на гражданскую службу.

Руководство по сборке ядерной батареи

— Learn.sparkfun.com

Здоровое зеленое сияние

Экспериментальные продукты: Продукты SparkX быстро производятся, чтобы предоставить вам самые передовые технологии по мере их появления. Эти продукты протестированы, но не имеют никаких гарантий. Техническая поддержка в режиме реального времени недоступна для продуктов SparkX.

Мы были вдохновлены на разработку комплекта ядерной батареи после того, как нашли очень крутых людей, делающих свои собственные самодельные ядерные батареи.Следующее руководство по сборке шаг за шагом проведет вас через создание этого проекта и даже расскажет о некоторых химических процессах, которые делают возможными ядерные батареи!

Эти устройства на самом деле известны как « Радиоизотопные фотоэлектрические генераторы » или « Фотобетаэлектрические генераторы », и они представляют собой довольно умную конструкцию: светящиеся стеклянные таблетки, наполненные газообразным тритием и покрытые фосфоресцирующим материалом, зажаты между двумя фотоэлектрическими элементами. .Бета-излучение, испускаемое тритием, блокируется стеклянными стенками таблетки, но они заставляют светиться фосфоресцирующее покрытие. Этот свет без проблем проходит через стекло и попадает на фотогальванические элементы, производя небольшое количество электричества!

Изображение предоставлено сайтом citylabs.net

Коммерческие тритиевые батареи, подобные тем, которые производит City Labs, исключают посредников, используя бета-гальванические (в отличие от фотогальванических) элементы, находящиеся в прямом контакте с газообразным тритием.Эти коммерческие устройства более надежны и эффективны, но имеют очень высокую цену (тысячи долларов США за единицу).

Изображение предоставлено видео NurdRage

С другой стороны, самодельные устройства, изготовленные методом сэндвича из упаковочной ленты, настолько дешевы, насколько это вообще возможно, но не отличаются особой прочностью.

Этот комплект обеспечивает хороший компромисс между ценой и качеством конструкции. Мы разработали несущие платы для обоих фотогальванических элементов, которые мы поставляем предварительно припаянными и прикрепленными к платам с помощью чипбондера.Мы также разработали и отлили специальные прокладки из силиконовой резины, которые амортизируют флаконы с тритием между двумя фотогальваническими элементами, предотвращая появление царапин или сколов на элементах и, что наиболее важно, разрушение флаконов. Несущие платы также позволяют выбрать последовательное или параллельное соединение фотогальванических элементов и обеспечивают совместимое с макетом расстояние между контактами клемм аккумулятора.

Необходимые материалы

Теперь, когда мы объяснили науку, стоящую за этим комплектом, пришло время приступить к сборке.Для создания собственных ядерных батарей вам потребуются следующие материалы в дополнение к тритию, который необходимо приобрести в другом месте:

Для этого проекта макетная плата не нужна, но она упростит необходимую пайку. Для получения информации о том, как найти и приобрести флаконы с тритием, обратитесь к следующему разделу «Кратко о газовых лампах с тритием». Для этого руководства вам понадобится не менее десяти флаконов.

Инструменты

Вам также понадобится базовое оборудование для пайки и пара простых инструментов.Следующие продукты являются отличной отправной точкой:

Плоскогубцы с иглами

В наличии

ТОЛ-08793

Мини плоскогубцы. Это отличные маленькие плоскогубцы! Незаменимая вещь для любого любителя или инженера-электрика. Важно для вставки устройства…

1

Обратите внимание, что пинцет и плоскогубцы не требуются, но облегчат процесс сборки.Кроме того, рекомендуется использовать мягкую ткань для очистки различных компонентов комплекта, а малярная лента может пригодиться для удержания частей батареи в неподвижном состоянии во время сборки.

Предлагаемая литература

Если вы новичок в пайке или хотите освежить свои навыки пайки, прежде чем приступить к этому проекту, ознакомьтесь со следующим учебным пособием:

Кратко о тритиевых газовых фонарях

Прежде чем приступить к работе, вам нужно заполучить несколько светящихся тритиевых флаконов размером 2×12 мм.

Помните, что вам понадобится в 10 раз больше. Они продаются под различными торговыми марками, такими как:

• Миксгло
• Дакслайт
• БЕТАЛайт
• Газообразный тритиевый источник света (GTLS)
• Тритиевая светящаяся трубка
• Газовая трубка с тритием
• Флакон с тритиевым свечением

Их легко найти на таких сайтах, как ebay, banggood, aliexpress и т. д., а также на некоторых специализированных сайтах. Хотя их продажа регулируется во многих странах — и вам следует ознакомиться с вашими местными законами, прежде чем пытаться приобрести какой-либо радиоизотоп — у нас не возникло проблем с доставкой по почте небольшого количества из них в США.

Эти тритиевые светящиеся трубки совершенно безопасны в обращении, поскольку бета-излучение, возникающее при распаде трития, не может пройти через стеклянную стенку флакона. Между прочим, столкновение бета-частиц со стеклом приводит к тому, что производит очень небольшое количество рентгеновских лучей, но этого недостаточно, чтобы что-либо повредить. Единственная опасность, связанная с газообразным тритием, заключается в том, что его вдыхают, вводят инъекционно или иным образом вводят в организм, что может произойти только в том случае, если вы разобьете стеклянный флакон. Если флакон разбился , эвакуируйте комнату на некоторое время, чтобы газ рассеялся.Тритий встречается в природе в очень малых количествах и имеет очень короткий период полураспада по сравнению с другими светящимися продуктами (такими как радий), поэтому разбивание светящегося флакона не превратит ваш дом в место для суперфонда.

Если вы хотите узнать больше о тритиевых светящихся трубках, вы можете прочитать эту замечательную запись в блоге о том, как они изготавливаются и как они используются в часовом деле!

Требуется сборка

Обзор оборудования

Прежде чем приступить к сборке, давайте немного поговорим о том, что входит в комплект ядерной батареи. Каждый комплект включает следующее:

• Верхняя и нижняя печатная плата с фотоэлементами из аморфного кремния. Они будут использовать энергию, вырабатываемую тритиевыми пузырьками.

Платы, помеченные разъемами, соответствующими питанию (+) и заземлению (-)

• Две прокладки из силиконовой резины. Они будут удерживать флаконы на месте и помогут сохранить их в безопасности.

• Полоса длинных отрывных коллекторов. Просто добавьте немного припоя, и эти разъемы соединит две платы!

Шаг 1 — Сбор материалов

Возьмите десять тритиевых газовых трубок 2×12 мм, содержимое вашего набора, различные инструменты, о которых мы говорили ранее, и макетную плату (по желанию).И не забудьте про мягкую ткань! Неплохой идеей будет отполировать фотоэлементы и, возможно, флаконы с тритием, просто чтобы удалить пятна или пыль, которые могут повлиять на эффективность батареи.

Шаг 2. Прикрепите разъемы к верхней печатной плате

Используйте плоскогубцы, чтобы отломить несколько отдельных заголовков. Вам действительно нужно четыре из них, но они иногда изгибаются или не ломаются аккуратно, поэтому мы бросили кучу на всякий случай.

Следующая часть будет проще, если у вас есть макетная плата, чтобы удерживать штифты на месте во время работы, но вы можете обойтись и без нее.На рисунке ниже я вставил штыревые разъемы в макетную плату длинной стороной вниз, готовясь припаять их к верхней печатной плате. Вы можете сказать, какой из них является верхним, потому что он будет иметь логотип SparkX, а также несколько перемычек для пайки на стороне, противоположной фотоэлементу.

Теперь просто припаяйте каждый штифт на место толстым припоем:

Теперь вы можете снять спаянную сборку и перевернуть ее вверх дном, готовясь к следующему шагу.

Шаг 3. Создание стека

Теперь вам нужно взять одну из прокладок из силиконовой резины.Неважно какой, потому что они идентичны. Поместите его плоской стороной вниз и выступами вверх в области с пометкой «прокладка» на печатной плате.

Этот шаг может быть немного привередливым, но не торопитесь и используйте пинцет, если вам нужно. Поместите каждую из 10 газовых трубок трития в резиновую прокладку. Это помогает начать с одного конца и двигаться поперек. Аккуратно поместите один конец каждой трубки в выступ на одной стороне прокладки, а затем аккуратно надавите, пока другой конец не войдет в соответствующий выступ.

После того, как все трубки будут на месте, вы можете аккуратно нажать на них плоским предметом, чтобы убедиться, что они встали на место. Они должны выглядеть так:

Теперь закройте трубки другой резиновой прокладкой, убедившись, что отверстия и выступы совмещены друг с другом.

Наконец, вы можете вставить нижнюю плату в стопку. Осторожно! Убедитесь, что плата ориентирована правильно. Метки выводов « NC », « + » и « — » на обеих платах должны совпадать!

Шаг 4. Спаяйте все вместе

На этом шаге вам нужно приложить некоторое усилие зажима к стопке. Слишком большое усилие деформирует резиновые прокладки, в результате чего трубки будут болтаться в узле. В этом случае вам нужно будет перестроить свой стек. Небольшой вес или очень слабая скрепка должны подойти, но я считаю, что малярная лента также приемлема.

Теперь припаяйте каждый из четырех контактов, они обеспечивают как электрическое соединение между фотоэлементами, так и механическое соединение, которое удерживает генератор вместе. НЕ ОБРЕЗАЙТЕ разъемы после пайки, так как они будут выступать в качестве выводов для вашей батареи.

Когда вы закончите пайку, ваша батарея готова!

Немного силы

Так сколько энергии он дает? Немного. Наилучшее измерение, которое мы смогли сделать (используя метод, описанный NurdRage), предполагает, что максимальная точка мощности этой схемы составляет 25 нВт, если вы можете построить схему, которая правильно ее нагружает (между 20 и 30 нА при напряжении около 0,6 В).

Вам трудно увидеть график? Нажмите на изображение, чтобы рассмотреть поближе.

Дальнейшие эксперименты показывают, что батарея при достаточном количестве времени заряжает конденсатор до напряжения 1,5 вольта. Использование этой батареи для выполнения любой работы, скорее всего, потребует умной схемы сбора энергии, но имейте в виду, что это крошечное количество энергии будет продолжать поступать в течение примерно 20 лет — период полураспада трития составляет 12 лет.

Ресурсы и дальнейшее продвижение

Для получения дополнительной информации посетите эти страницы:

Если вам когда-нибудь понадобится немного больше мощности, ознакомьтесь с этими учебными пособиями и руководствами по подключению:

Или, если вы хотите узнать больше о радиоактивности, не стесняйтесь взглянуть на эти сообщения в блоге:

Являются ли радиоактивные алмазные батареи лекарством от ядерных отходов?

Летом 2018 года любительский дрон сбросил небольшой пакет возле кромки Стромболи, вулкана у побережья Сицилии, который извергался почти постоянно в течение последнего столетия. Будучи одним из самых активных вулканов на планете, Стромболи вызывает восхищение у геологов, но сбор данных вблизи бурлящего жерла сопряжен с опасностью. Поэтому группа исследователей из Бристольского университета построила робота-вулканолога и использовала дрон, чтобы переправить его на вершину вулкана, где он мог пассивно отслеживать каждое его землетрясение и колебания, пока он не был неизбежно уничтожен извержением. Робот представлял собой датчик размером с мяч для софтбола, работающий на микродозах ядерной энергии от радиоактивной батареи размером с квадрат шоколада.Исследователи назвали свое творение драконьим яйцом.

Яйца дракона могут помочь ученым в беспрецедентно подробном изучении бурных природных процессов, но для Тома Скотта, материаловеда из Бристоля, вулканы были только началом. В течение последних нескольких лет Скотт и небольшая группа сотрудников разрабатывали усовершенствованную версию ядерной батареи яйца дракона, которая может работать тысячи лет без подзарядки или замены. В отличие от батарей в большинстве современных электронных устройств, которые вырабатывают электричество в результате химических реакций, бристольская батарея собирает частицы, выделяемые радиоактивными алмазами, которые могут быть получены из преобразованных ядерных отходов.

Ранее в этом месяце Скотт и его коллега, химик из Бристоля по имени Нил Фокс, создали компанию под названием Arkenlight для коммерциализации своей ядерной алмазной батареи. Хотя батарея размером с ноготь все еще находится на стадии прототипирования, она уже демонстрирует повышение эффективности и удельной мощности по сравнению с существующими ядерными батареями. После того, как Скотт и команда Arkenlight доработают свой дизайн, они создадут экспериментальный цех для их массового производства. Компания планирует выпустить свои первые коммерческие ядерные батареи на рынок к 2024 году — просто не ожидайте найти их в своем ноутбуке.

Обычные химические или «гальванические» батареи, такие как литий-ионные элементы в смартфонах или щелочные батареи в пультах дистанционного управления, отлично подходят для обеспечения большой мощности в течение короткого промежутка времени. Литий-ионный аккумулятор может работать без подзарядки всего несколько часов, а через несколько лет он потеряет значительную часть своей зарядной емкости. Для сравнения, ядерные батареи или бета-гальванические элементы предназначены для производства небольшого количества энергии в течение длительного времени. Их энергии недостаточно для питания смартфона, но, в зависимости от используемого ими ядерного материала, они могут обеспечить стабильную подачу электроэнергии на небольшие устройства в течение тысячелетий.

«Можем ли мы привести электромобиль в действие? Ответ — нет», — говорит Морган Бордман, генеральный директор Arkenlight. По его словам, для питания чего-то, что потребляет много энергии, «масса батареи будет значительно больше, чем масса транспортного средства». Вместо этого компания ищет приложения, в которых регулярная замена батареи либо невозможна, либо нецелесообразна, например, датчики в удаленных или опасных местах на хранилищах ядерных отходов или на спутниках. Бордман также видит приложения, которые ближе к дому, например, использование ядерных батарей компании для кардиостимуляторов или носимых устройств. Он предвидит будущее, в котором люди сохранят свои батареи и заменят устройства, а не наоборот. «Вы замените пожарную сигнализацию задолго до замены батареи», — говорит Бордман.

Возможно, неудивительно, что многим людям не нравится мысль о том, что рядом с ними может быть что-то радиоактивное. Но риск для здоровья от бетавольтаики сравним с риском для здоровья от знаков выхода, которые используют радиоактивный материал, называемый тритием, для достижения характерного красного свечения. В отличие от гамма-лучей или других более опасных видов излучения, бета-частицы могут быть остановлены всего несколькими миллиметрами экрана.«Обычно одной стенки батареи достаточно, чтобы остановить любые выбросы», — говорит Лэнс Хаббард, материаловед из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, не связанный с Arkenlight. «Внутренности практически не радиоактивны, и это делает их очень безопасными для людей». И, добавляет он, когда ядерная батарея разряжается, она распадается до стабильного состояния, что означает отсутствие остаточных ядерных отходов.

Атомная батарея — Объяснение — Это будущее?

Атомная батарея , ядерная батарея , тритиевая батарея или генератор радиоизотопов представляет собой устройство, использующее энергию распада радиоактивного изотопа для выработки электроэнергии.Как и ядерные реакторы, они вырабатывают электричество из ядерной энергии, но отличаются тем, что не используют цепную реакцию. По сравнению с другими батареями они очень дороги, но имеют чрезвычайно долгий срок службы и высокую плотность энергии, поэтому в основном используются в качестве источников питания для оборудования, которое должно работать без присмотра в течение длительного периода времени, такого как космические корабли, кардиостимуляторы, подводные системы. и автоматизированные научные станции в отдаленных частях мира. ^{[1] [2]}

Технология ядерных батарей началась в 1913 году, когда Генри Мозли впервые продемонстрировал бета-ячейку. В 1950-х и 1960-х годах этой области уделялось значительное внимание углубленным исследованиям приложений, требующих долговечных источников энергии для космических нужд. В 1954 году RCA исследовала небольшую атомную батарею для небольших радиоприемников и слуховых аппаратов. ^[3] Со времени первых исследований и разработок RCA в начале 1950-х годов было разработано множество типов и методов извлечения электроэнергии из ядерных источников. Научные принципы хорошо известны, но современные нанотехнологии и новые широкозонные полупроводники создали новые устройства и интересные свойства материалов, ранее недоступные.

Батареи, использующие энергию распада радиоизотопов для обеспечения долговременного питания (10–20 лет), разрабатываются на международном уровне. Методы преобразования можно разделить на два типа: термические и нетепловые. К термопреобразователям (выходная мощность которых зависит от перепада температур) относятся термоэлектрические и термоэмиссионные генераторы. Нетепловые преобразователи (выходная мощность которых не зависит от разницы температур) извлекают часть падающей энергии, поскольку она превращается в тепло, а не используют тепловую энергию для запуска электронов в цикле.Атомные батареи обычно имеют КПД 0,1–5%. У высокоэффективных бетавольтаиков 6–8%. ^[4]

Термоэмиссионный преобразователь

Термоэмиссионный преобразователь состоит из горячего электрода, который термоэлектронно испускает электроны через барьер пространственного заряда на более холодный электрод, производя полезную выходную мощность. Пары цезия используются для оптимизации рабочих функций электрода и обеспечения подачи ионов (за счет поверхностной ионизации) для нейтрализации пространственного заряда электронов. ^[5]

Радиоизотопный термоэлектрический генератор

 

Радиоизотопный термоэлектрический генератор (РТЭГ) использует термопары.Каждая термопара состоит из двух проводов из разных металлов (или других материалов). Градиент температуры по длине каждого провода создает градиент напряжения от одного конца провода к другому; но разные материалы производят разные напряжения на градус разницы температур. При соединении проводов на одном конце, нагревании этого конца, но охлаждении другого конца, полезное, но небольшое (милливольты) напряжение генерируется между неподключенными концами проводов. На практике многие из них соединены последовательно (или параллельно) для получения большего напряжения (или тока) от одного и того же источника тепла, поскольку тепло течет от горячих концов к холодным концам.Металлические термопары имеют низкую эффективность преобразования тепла в электрическую. Однако плотность носителей и заряд можно регулировать в полупроводниковых материалах, таких как теллурид висмута и кремний-германий, для достижения гораздо более высокой эффективности преобразования.

Термофотоэлектрические элементы

Термофотоэлектрические элементы работают по тому же принципу, что и фотоэлектрические элементы, за исключением того, что они преобразуют инфракрасный свет (а не видимый свет), излучаемый горячей поверхностью, в электричество. Термофотоэлектрические элементы имеют эффективность немного выше, чем термоэлектрические пары, и могут быть наложены на термоэлектрические пары, потенциально удваивая эффективность.Усилия Университета Хьюстона по разработке технологии преобразования энергии радиоизотопов TPV направлены на объединение термофотоэлектрических элементов одновременно с термопарами, чтобы обеспечить повышение эффективности системы в 3-4 раза по сравнению с существующими термоэлектрическими генераторами радиоизотопов. ^{[ ссылка необходима ]}

Радиоизотопный генератор Стирлинга

Генератор радиоизотопов Стирлинга представляет собой двигатель Стирлинга, приводимый в действие разностью температур, создаваемой радиоизотопом.Более эффективная версия, усовершенствованный радиоизотопный генератор Стирлинга, находилась в стадии разработки НАСА, но была отменена в 2013 году из-за крупномасштабного перерасхода средств. ^[7]

Нетермические преобразователи

Нетепловые преобразователи извлекают часть ядерной энергии, поскольку она превращается в тепло. Их выходы не зависят от разницы температур, как у термоэлектрических и термоэмиссионных преобразователей. Нетепловые генераторы можно разделить на три класса.

Генераторы с прямой зарядкой

В первом типе первичный генератор состоит из конденсатора, заряжаемого током заряженных частиц из радиоактивного слоя, нанесенного на один из электродов.Пространство может быть как вакуумным, так и диэлектрическим. Можно использовать отрицательно заряженные бета-частицы или положительно заряженные альфа-частицы, позитроны или осколки деления. Хотя эта форма ядерно-электрического генератора восходит к 1913 году, в прошлом было найдено мало применений для чрезвычайно низких токов и неудобных высоких напряжений, обеспечиваемых генераторами с прямой зарядкой. Системы генератора / трансформатора используются для снижения напряжения, затем используются выпрямители для преобразования мощности переменного тока обратно в постоянный ток.

Английский физик Х. Г. Дж. Мозли сконструировал первый из них. Аппарат Мозли состоял из посеребренного внутри стеклянного шара с излучателем радия, закрепленным на кончике проволоки в центре. Заряженные частицы радия создавали поток электричества, когда они быстро перемещались от радия к внутренней поверхности сферы. Еще в 1945 году модель Мозли руководила другими усилиями по созданию экспериментальных батарей, вырабатывающих электричество за счет выбросов радиоактивных элементов.

Бетавольтаика

Бетавольтаика — это генераторы электрического тока, по сути своего рода батарея, которые используют энергию радиоактивного источника, испускающего бета-частицы (электроны). Обычно используется изотоп водорода тритий. В отличие от большинства ядерных источников энергии, которые используют ядерное излучение для выработки тепла, которое затем вырабатывает электричество (термоэлектрические и термоэмиссионные источники), бетагальванические элементы используют процесс нетеплового преобразования с использованием полупроводникового p-n перехода.

Betavoltaics особенно хорошо подходят для маломощных электрических приложений, где требуется длительный срок службы источника энергии, таких как имплантируемые медицинские устройства или военные и космические приложения.

Альфавольтаика

Альфа-электрические источники питания — это устройства, в которых используется полупроводниковый переход для получения электрических частиц из энергичных альфа-частиц. ^{[8] [9]}

Оптоэлектрический

Оптоэлектрическая ядерная батарея также была предложена исследователями Курчатовского института в Москве. Бета-излучатель (например, технеций-99) будет стимулировать эксимерную смесь, а свет будет питать фотоэлемент. Батарея будет состоять из эксимерной смеси аргона/ксенона в сосуде под давлением с внутренней зеркальной поверхностью, мелкодисперсного Tc-99 и периодической ультразвуковой мешалки, освещающей фотоэлемент с шириной запрещенной зоны, настроенной для эксимера.Преимущество этой конструкции заключается в том, что нет необходимости в прецизионных узлах электродов, а большинство бета-частиц покидают мелкодисперсный сыпучий материал, внося свой вклад в полезную мощность батареи.

Поршневые электромеханические атомные батареи

Электромеханические атомные батареи используют накопление заряда между двумя пластинами, чтобы тянуть одну сгибаемую пластину к другой, пока две пластины не соприкоснутся, не разрядятся, выравнивая накопление электростатического заряда, и не отскочат назад. Произведенное механическое движение можно использовать для производства электроэнергии за счет изгиба пьезоэлектрического материала или с помощью линейного генератора.Милливатт мощности вырабатываются импульсами в зависимости от скорости зарядки, в некоторых случаях несколько раз в секунду (35 Гц). ^[10]

Используемые радиоизотопы

Атомные батареи используют радиоизотопы, которые производят бета-частицы низкой энергии или иногда альфа-частицы различной энергии. Бета-частицы с низкой энергией необходимы для предотвращения образования высокоэнергетического проникающего тормозного излучения, которое потребовало бы мощной защиты. Были протестированы такие радиоизотопы, как тритий, никель-63, прометий-147 и технеций-99. Были использованы плутоний-238, кюрий-242, кюрий-244 и стронций-90. ^[11]

Микробатарейки

Инженеры-ядерщики из Университета Висконсина в Мэдисоне изучили возможности производства крохотных батарей, которые используют радиоактивные ядра таких веществ, как полоний или кюрий, для производства электроэнергии. В качестве примера интегрированного приложения с автономным питанием исследователи создали колеблющуюся консольную балку, которая способна совершать последовательные периодические колебания в течение очень длительных периодов времени без необходимости дозаправки.Текущая работа демонстрирует, что этот кантилевер способен передавать радиочастоты, позволяя устройствам MEMS связываться друг с другом по беспроводной сети.

Эти микробатареи очень легкие и обеспечивают достаточно энергии, чтобы функционировать в качестве источника питания для использования в устройствах MEMS, а также для питания наноустройств. ^[12]

Высвобождаемая энергия излучения преобразуется в электрическую энергию, которая ограничивается областью устройства, содержащей процессор и микробатарею, питающую его. ^{[13] :180–181}

 

 

 

 

 

Комплект ядерных батарей (принесите свой собственный тритий)

После того, как мы увидели в сети очень крутых людей, делающих свои собственные самодельные ядерные батареи, мы поняли, что должны попробовать!

Рассматриваемое устройство на самом деле известно как «Радиоизотопный фотоэлектрический генератор» или «Фотобетаэлектрический генератор», и у него довольно умная конструкция: светящиеся стеклянные таблетки, наполненные газообразным тритием и покрытые фосфоресцирующим материалом, зажаты между двумя фотоэлектрическими элементами. Бета-излучение, испускаемое тритием, блокируется стеклянными стенками таблетки, но они заставляют светиться фосфоресцирующее покрытие. Этот свет без проблем проходит через стекло и попадает на фотогальванические элементы, производя небольшое количество электричества! Коммерческие тритиевые батареи, подобные тем, которые производит City Labs, исключают посредников, используя бета-гальванические (в отличие от фотогальванических) элементы, находящиеся в прямом контакте с газообразным тритием. Эти коммерческие устройства более надежны и эффективны, но имеют очень высокую цену (тысячи долларов США за единицу).С другой стороны, самодельные устройства, изготовленные методом сэндвича из упаковочной ленты, настолько дешевы, насколько это возможно, но не особенно прочны.

Этот комплект обеспечивает хороший компромисс между ценой и качеством конструкции. Мы разработали несущие платы для обоих фотогальванических элементов, которые мы поставляем предварительно припаянными и прикрепленными к платам с помощью чипбондера. Мы также разработали и отлили нестандартные прокладки из силиконовой резины, которые амортизируют флаконы с тритием между двумя фотогальваническими элементами, предотвращая появление царапин или сколов на элементах и, что наиболее важно, от разрушения флаконов.Несущие платы также позволяют выбрать последовательное или параллельное соединение фотогальванических элементов и обеспечивают совместимое с макетом расстояние между контактами клемм аккумулятора.

Так сколько энергии он дает? Немного. Наилучшее измерение, которое мы смогли сделать, предполагает, что максимальная точка мощности этой схемы составляет 25 нВт, если вы можете построить схему, которая нагружает ее должным образом (между 20 и 30 нА при напряжении около 0,6 В). Дальнейшие эксперименты показывают, что батарея — при наличии достаточного времени — зарядит конденсатор до напряжения 1.5 вольт. Использование этой батареи для выполнения любой работы, скорее всего, потребует умной схемы сбора энергии, но имейте в виду, что это крошечное количество энергии будет продолжать поступать в течение примерно 20 лет — период полураспада трития составляет 12 лет. Также стоит отметить, что эти измерения были сделаны с использованием тритиевых трубок зеленого цвета с aliexpress, ваш пробег может варьироваться в зависимости от цвета и качества ваших тритиевых светящихся трубок. Смело экспериментируйте!

Поскольку силиконовая прокладка, поставляемая с этим комплектом, не является идеально непрозрачной, вам необходимо проводить любые измерения в светонепроницаемом корпусе (мы сделали небольшую коробку из ленты из медной фольги), иначе вы получите завышенные показания от попадания окружающего света. фотовольтаика.Вы также можете заполнить зазоры вокруг прокладки, используя непрозрачную эпоксидную смолу. На практике, однако, может быть полезно получить любую «бонусную энергию», которую вы можете, и полагаться только на флаконы с тритием, когда больше ничего нет.

Этот комплект является B.Y.O.T (принесите свой собственный тритий)
Из-за довольно предсказуемых ограничений на доставку и обработку мы, к сожалению, не можем предоставить вам тритиевые свечящиеся флаконы, которые вам понадобятся для создания работающей батареи. Мы можем , однако, направим вас в правильном направлении, чтобы приобрести флаконы самостоятельно.Для этого комплекта требуется 10 флаконов Tritium Glow 2×12 мм, которые на момент выпуска этого продукта обойдутся вам в сумму от 90 до 150 долларов США. Вы можете найти их по ссылке выше, а также на таких сайтах, как banggood.com, под названием «Tritium Vial» или «Betalight».

Экспериментальный продукт: продукты SparkX быстро производятся, чтобы предоставить вам самые передовые технологии по мере их появления. Эти продукты протестированы, но не имеют никаких гарантий. Техническая поддержка в режиме реального времени недоступна для продуктов SparkX.Зайдите на наш форум, чтобы получить поддержку или задать вопрос.

Включает:

• Верхняя печатная плата с прикрепленным фотоэлементом из аморфного кремния
• Нижняя часть печатной платы с прикрепленной фотоэлектрической ячейкой из аморфного кремния
• 2 прокладки из силиконовой резины
• Полоса длинных отрывных заголовков
• НЕ ВКЛЮЧАЕТ ТРИТИЕВЫЕ СВЕТЯЩИЕСЯ ФЛАКОНЫ

Документы:

Батарея из радиоактивных алмазов

будет работать 28 000 лет: факты NDB

Менее чем через два года вы сможете купить умные часы с радиоактивной алмазной батареей, которые переживут вас и ваших потомков на несколько поколений.

Батарея, которая может изменить правила игры, принадлежит стартапу Nano Diamond Battery (NDB) из Сан-Франциско, который хвалит одноименную «мощную гальваническую батарею на основе алмазов с альфа-, бета- и нейтронным зарядом» за ее способность давать устройствам « пожизненная и зеленая энергия». Представьте: всего одна батарейка может питать вашу инсулиновую помпу или кардиостимулятор на протяжении всей вашей жизни (с большим запасом времени). Или он мог бы обеспечить работу космического марсохода, десятилетиями собирающего образцы марсианского реголита без какой-либо помощи человека.

Это амбициозные цели. Итак, могут ли смелые заявления NDB стать реальностью?

Сначала разберем характеристики. Для создания своей наноалмазной батареи NDB использует слои невероятно крошечных наноалмазов с панелями (для контекста один нанометр равен одной миллиардной части метра). Алмазы обладают исключительной теплопроводностью, что делает их идеальными для электронных устройств. На самом деле, согласно публикации Инженерного колледжа Хьюстонского университета, они являются самым известным естественным проводником тепла и в три-четыре раза эффективнее меди или серебра.

Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Ученые выращивают эти миниатюрные алмазы с помощью химического осаждения из паровой фазы — процесса, при котором газы при чрезвычайно высоких температурах заставляют углерод кристаллизоваться на материале подложки. Этот процесс, признает NDB, создает узкое место в затратах; изготовление специальных алмазов энергоемко и дорого.

В конце концов, это «искусственно легированные бором алмазы», ​​объясняет Юрий Гогоци, директор A.J. Институт наноматериалов Дрекселя при Университете Дрекселя в Филадельфии. (Гогоци не имеет никакого отношения к NDB.) В результате этого процесса получаются алмазы синего цвета и с более высокой проводимостью, чем у обычного алмаза. Настоящие голубые бриллианты встречаются в природе на Земле, но они реже и даже дороже, чем искусственные голубые бриллианты.

Почему голубые бриллианты?

Алмазы в батарее NDB имеют красивый голубой оттенок благодаря следам бора, содержащегося в их углеродной структуре. Эти голубые бриллианты искусственные, но напоминают настоящие голубые бриллианты, которые являются одними из самых редких драгоценных камней на Земле. Согласно результатам исследования Nature , проведенного в августе 2018 года, они образуются в нижней мантии Земли, которая находится на глубине от 410 до 1680 миль под поверхностью. Таким образом, вы можете найти голубые бриллианты только в трех рудниках во всем мире, что помогает объяснить их высокую цену: примерно 15 700 долларов за светло-голубой бриллиант весом 0,3 карата и 75 000 долларов за темно-синий бриллиант весом 0,25 карата. —Courtney Linder

Как только NDB получает наноалмазы, компания объединяет их с радиоактивными изотопами из ядерных отходов. В частности, они используют радиоактивные изотопы урана и плутония, «которые, вероятно, поступают из радиоактивных отходов электростанций», — говорит Гогоци.

Оттуда монокристаллические алмазы размером всего в несколько квадратных миллиметров отводят тепло от радиоактивно распадающихся изотопов так быстро, что транзакция фактически генерирует электричество. «Источники распада передают свою энергию на преобразователь NDB, который преобразует кинетическую энергию падающего излучения в электрическую энергию», — говорит Нима Голшарифи, генеральный директор NDB.

Вам, наверное, интересно, в чем подвох. Существует ли алмазная батарея, которая действительно использует ядерные отходы, работает тысячи лет и включает в себя слои только самых крошечных алмазов?

Это немного сложнее. Во-первых, каждая ячейка батареи будет производить лишь небольшое количество энергии, поэтому ученые должны комбинировать ячейки в огромном количестве, чтобы регулярно питать большие устройства, что значительно увеличивает стоимость и сложность.

Golsharifi рекламирует крошечный размер ячеек Nano Diamond Battery как преимущество масштабируемости. «Возьмите, к примеру, батарею для наручных часов — она потребляет около двух микроватт, [поэтому] будет достаточно гораздо меньшей ячейки NDB», — объясняет он. «Поэтому, если нам нужно обеспечить питание другого приложения, количество сложенных ячеек можно увеличить, чтобы удовлетворить спрос».

Тем не менее, есть проблема износа: исследователи имплантируют ядерные отходы внутрь алмазных ячеек, что создает естественную структурную слабость, которая, согласно статистике, со временем в некоторых ячейках со временем выйдет из строя, объясняет Гогоци.Когда в будущем нано-алмазная батарея станет широко доступной, есть шанс, что некоторые элементы сломаются или просто выйдут из строя вместе с устройствами, которые они питают.

«Это создает проблему ядерных отходов, которая неизбежна при использовании большого количества батарей», — говорит Гогоци. «Некоторые из них в конце концов развалятся. Это может не быть проблемой в космосе, но, безусловно, будет проблемой на поверхности
Земли».

Это не значит, что алмазная батарея не стоит того.Если эти проблемы будут решены, некоторые возможные приложения для него включают устройства длительного использования, такие как слуховые аппараты или кардиостимуляторы. «Возьмите ребенка, которому имплантировали слуховой аппарат, или пожилого человека с кардиостимулятором; людям не нужно проходить через травмирующую операцию более одного раза», — объясняет Гольшарифи.

Батареи могут оказаться полезными даже в космических кораблях, которые должны годами работать без посторонней помощи, говорит NDB. Возьмем, к примеру, спутники. Заявление NDB о том, что срок службы батареи составляет 28 000 лет, частично основано на этих маломощных космических приложениях.«Вояджер» — культовый космический зонд НАСА, предназначенный для изучения внешней части Солнечной системы, когда он был запущен в сентябре 1977 года, — использовал для питания три «многосотваттных радиоизотопных термоэлектрических генератора» (MHW-RTG). Выходная мощность каждого генератора начиналась всего со 158 Вт, что меньше энергии, чем вам нужно для питания домашнего светильника в течение года.

И если объединить достаточное количество этих алмазных аккумуляторных элементов, они все еще могут питать электронику здесь, на Земле, с более высокими энергозатратами, от светодиодных дисплеев на планшетах до мобильных телефонов.Но в качестве своего первого коммерческого продукта NDB планирует представить смарт-часы с ожидаемой датой запуска где-то в 2022 году. Если это действительно произойдет, вы сможете владеть одними часами с одной батареей и передавать их из поколения в поколение, не нуждаясь в замене. о семейной реликвии.

Тем не менее, NDB разыгрывает свои карты очень близко к жилету, разглашая несколько мельчайших подробностей о нано-алмазной батарее (например, ее плотность энергии). И пока нет даже видеодемонстраций технологии.Но перспектива радиоактивной алмазной батареи по-прежнему вполне реальна, и грядущие умные часы NDB многое расскажут нам о применимости такой технологии в других приложениях. И мы будем ждать — все, что у нас есть, — это время.

---

Gear We Love: лучшие аккумуляторы

---

🎥

Теперь смотрите это:

Кэролайн Делберт
Кэролайн Делберт — писатель, редактор книг, исследователь и заядлый читатель.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Обзор и предварительный обзор технологии ядерных аккумуляторов

Обзор и предварительный обзор технологии ядерных аккумуляторов

Джунвон Парк

3 марта 2017 г.

Представлено в качестве курсовой работы для Ph341,
Стэнфордский университет, зима 2017 г.

Ядерная батарея

Рис.1: Усовершенствованная многозадачность Радиоизотопный термоэлектрический генератор. (любезно предоставлено НАСА)

Общественность знакома с атомной энергетикой в
АЭС, но не в батареях. Ядерные батареи на самом деле
ближе к атомным электростанциям, чем традиционные батареи, поскольку они
использовать радиоактивность для выработки энергии вместо того, чтобы хранить некоторое количество
обвинение. По сравнению с химическими батареями ядерные батареи
характеризуется более высокой объемной плотностью энергии (поэтому
срок службы батареи) и более высокая выносливость в суровых условиях.Этот отчет
исследует нынешнее состояние технологии ядерных батарей и
недавно обнаружил возможные прорывы.

Приложения

Исследование космоса ставит уникальные задачи, которые
не сталкивался при работе с электроникой на Земле. это невозможно или
чрезвычайно дорого получить доступ к устройству после того, как оно было запущено в
космос. Потому что только небольшой процент солнечного света достигает внешнего
периметр Солнечной системы по сравнению с орбитой Земли, солнечной
энергия не является практичным решением для питания электронного оборудования
при исследовании внешних планет.НАСА использует особый тип ядерных
аккумуляторная технология под названием «Радиоактивный термоэлектрический генератор» (РТГ) для
управлять своими космическими кораблями в миссиях, которые длятся более 10 лет.

Имплантируемые медицинские устройства (IMD) также используют
уникальные характеристики ядерных батарей. Как и в космических кораблях,
батареи, используемые для питания IMD, должны надежно работать в течение длительного периода времени.
времени без доступа для подзарядки или обслуживания. В отличие от
космических кораблей, однако батареи, используемые в IMD, должны быть ограничены по размеру и
радиоактивность.Следовательно, другая технология ядерных батарей, называемая
бетагальванический элемент используется в IMD. Хотя технология была изобретена
и широко применялись для лечения пациентов в 1970-х годах, потенциальный риск
Радиация убедила медицинскую промышленность перейти на ионно-литиевые
батареи в 1980-х годах. Только благодаря недавнему прогрессу в области безопасности
ядерные батареи, вариант со значительным преимуществом в батарее
жизнь пересматривается.

Министерство обороны США требует, чтобы
каждая ракета и самолет должны быть оснащены противовзломной защитой
таким образом, что технология не может быть перепроектирована другими. Так как
единичный случай неисправности батареи может стереть цепь памяти
конфигурации, батареи, используемые в системе защиты от несанкционированного доступа, должны выдерживать
температуры от -65 до +150 градусов Цельсия, высокочастотный
вибрации и высокая влажность. [1] Ракеты и огонь Lockheed Martin
Поэтому контроль использует ядерные батареи для питания защиты от несанкционированного доступа.
системы в суровых условиях и при длительном использовании. [1]

Радиоактивный термоэлектрический генератор (РТЭГ)

Радиоактивный термоэлектрический генератор

использует тепло
самопроизвольно образуются из радиоактивных веществ.Технология
требует большого пространства для улавливания уходящего тепла внутри полупроводников
эффективно. Недостатки технологии РИТЭГов – низкая эффективность.
6%, его низкая удельная мощность и большой размер. [2]

NASA называет свою технологию Multi-Mission
Радиоизотопный термоэлектрический генератор (MMRTG), а в 2016 г. — НАСА.
анонсировала усовершенствованный многоцелевой радиоизотоп нового поколения
Термоэлектрический генератор (eMMRTG). Как показано на рис. 1, eMMRTG
улучшает оригинальный MMRTG с помощью новой термоэлектрической технологии, называемой
Сборка термоэлектрической пары.Повышенная эффективность eMMRTG также
помогите НАСА спасти плутоний, которого в США катастрофически не хватает
Состояния.

Бетавольтаические элементы

Бетагальванические элементы, также известные как бетагальванические устройства,
технология ядерных батарей, используемая в небольших устройствах, которые не могут использовать
Радиоактивные термоэлектрические генераторы. Бетавольтаические элементы используют
бета-распад изотопов, таких как тритий. Тритий является побочным продуктом
атомные электростанции, поэтому производство бета-гальванических элементов с тритием
отличный способ превратить ядерные отходы в полезные товары.[3]
недостаток бетагальванических элементов по сравнению с химическими батареями,
это малая выходная мощность. По словам Джонатана Грина, генерального директора
Widetronix, которая производит бета-гальванические элементы, пакет, который является одним из
квадратный сантиметр в ширину и две десятых сантиметра в высоту порождает
один микроватт мощности. [1] Для сравнения, смартфон, использующий 50 % ЦП,
Соединение Wi-Fi и белый дисплей потребляют 1857 мВт, поэтому
батарея не подходит для бытовой электроники.[4]

Водная ядерная батарея

Бэк Хён Ким и Джэ Вон Квон в Университете
В 2014 году штат Миссури опубликовал статью, в которой предлагался один из возможных следующих вариантов.
технологии ядерных батарей поколения. Водная ядерная батарея, которая
также известная как ядерная батарея на водной основе, использует жидкую среду для
радиолиз, поглощая кинетическую энергию бета-частиц, которая теряется
в бета-вольтаических элементах. В конструкции Кима и Квона используется нанопористый титан.
полупроводниковые диоксиды, покрытые платиной, с высоким КПД 53. 88%
было достигнуто при потенциале 0,9 вольта. [5] Использование водного раствора
для радиолитического преобразования энергии приводит к более высокому уровню энергии и
более низкая температура, чем при использовании твердотельного материала.

Алмазная ядерная батарея

Бристольский университет разместил пресс-релиз на
2016 г. представляет еще одну возможную ядерную батарею следующего поколения.
технология с использованием изотопов углерода в виде алмазов. Атомная энергия
производство производит радиоактивные отходы, которые не могут быть легко утилизированы.В
Только в Соединенном Королевстве отложено 95 000 тонн радиоактивного С-14 и
разлагающийся. Исследователи из Бристольского университета нашли способ
нагреть и газифицировать концентрацию радиоактивного С-14 на поверхности
депонированные ядерные графитовые отходы и конденсируют газ в искусственные
бриллианты. Искусственный алмаз генерирует электрический ток при размещении
в поле радиации, а алмаз из С-14 производит радиоактивное
поле спонтанно. Следовательно, алмазная батарея может создавать постоянный
электрический ток, пока он остается радиоактивным.Хотя С-14 может
доставить только 15 джоулей на грамм (по сравнению с 700 джоулей на грамм
стандартная щелочная батарея), алмазная батарея C-14 может генерировать энергию
в течение 7746 лет до достижения 50% заряда (по сравнению с одним суточным
использование стандартной щелочной батареи). Алмаз C-14 может быть
заключен в нерадиоактивную алмазную оболочку, которая блокирует все
излучение и защитить аккумулятор в суровых условиях. [6]
получившаяся батарея сделана из самого твердого материала на Земле, поэтому
промышленность могла бы, наконец, преодолеть психологическое сопротивление
чувствительные клиенты, такие как пациенты, использующие IMD.

Заключение

Ядерные батареи остаются непрактично дорогими и
медленно питать потребительские товары. Кроме того, важным ингредиентом
ядерные батареи — это отходы атомных электростанций, поэтому ядерная
Аккумуляторная промышленность зависит от атомной электростанции. Тем не мение,
новые технологии, которые позволяют создавать меньшие по размеру, более безопасные, более эффективные и
более долговечные ядерные батареи предполагают светлое будущее ядерной
аккумуляторные продукты на вышеуказанных нишевых рынках.Когда стоимость
производство ядерных батарей сокращается, маломощный интернет вещей
устройства также могут питаться без проводов в течение тысяч лет с
одного заряда с использованием этой революционной технологии в один прекрасный день.

© Джунвон Парк. Автор дает разрешение на
копировать, распространять и отображать это произведение в неизмененном виде, с
ссылка на автора только в некоммерческих целях. Все остальные
права, включая коммерческие права, сохраняются за автором.

Ссылки

[1] К. Бурзак,
«А
25-летняя батарея», Technology Review, 17 ноября 2009 г.

[2] М. А. Прелас и др. , «Обзор ядерной
Батареи», Prog. Nucl. Energ., 75 , 117 (2014).

[3] Ефременков В.М.,
«Обращение с радиоактивными отходами на ядерных
Power Plants», Бюллетень МАГАТЭ, март 1989 г., стр. 37.

[4] Б. А. Наик и Р. К. Чаван,
«Оптимизация энергопотребления смартфонов».
Междунар.Дж. Вычисл. заявл. 119 , 7 (2015).

[5] Б.Х. Ким и Дж. В. Квон,
«Радиолитическая энергия с участием плазмона
Конверсия в водных растворах», Науч. респ. 4 , 5249
(2014).

[6] Д. Т. Коннор, П. Г. Мартин, Т. Б. Скотт, «Воздушно-десантный
Радиационное картирование: обзор и применение современной и будущей антенны
Systems», Int. J. Remote Sens. 37 , 5953 (2016).

российских ученых разработали экономичную атомную батарею с увеличенной в 10 раз мощностью

МОСКВА, авг.26 ноября 2020 г. /PRNewswire/ — Ученые НИТУ «МИСиС» представили инновационный автономный источник питания – компактную атомную батарею, способную работать до 20 лет. За счет оригинальной 3D-структуры бета-вольтаического элемента его габариты уменьшились в три раза, удельная мощность увеличилась в 10 раз, а стоимость снизилась на 50%. Результаты опубликованы в международном научном журнале Applied Radiation and Isotopes.

В устройстве используется оригинальная запатентованная микроканальная 3D структура никелевого бета-вольтаического элемента.Его особенность в том, что радиоактивный элемент нанесен с обеих сторон так называемого планарного p-n перехода , что упрощает технологию изготовления элемента, а также контроль обратного тока, «ворующего» заряд аккумулятора. Специальная микроканальная структура обеспечивает увеличение эффективной площади преобразования бета-излучения в 14 раз, что приводит к общему увеличению тока.

«Выходные электрические параметры предлагаемой конструкции составили: _КЗ ток ИКЗ — 230 нА/ ^см2 (в обычном планарном построении — 24 нА), конечная мощность — 31нВт/ ^см2 , (в планарный — 3нВт). Конструкция позволяет на порядок повысить эффективность преобразования энергии, выделяющейся при распаде β-источника, в электроэнергию, что в перспективе позволит снизить стоимость источника примерно на 50 % за счет рационального использования дорогой радиоизотоп , — рассказал один из разработчиков Сергей Леготин, доцент кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ «МИСиС».

При этом разработка позволит на порядок увеличить удельную мощность, за счет чего вес и габариты аккумуляторов на их основе снизятся в три раза при сохранении требуемого уровня выходной мощности.

Аккумулятор может использоваться в нескольких функциональных режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, эксплуатируемых при экстремальных температурах и в труднодоступных (или совсем недоступных) местах: в космосе, под водой, в высокогорных районах .

В данный момент разработчики завершают процедуру международного патентования изобретения, а само устройство уже получило признание зарубежных экспертов. В частности, в обзоре международного агентства маркетинговых исследований Research and Markets НИТУ «МИСиС» назван одним из ключевых игроков на мировом рынке бета-вольтаических аккумуляторов.Университет входит в число таких компаний, как City Labs, BetaBatt, Qynergy Corp и Widetronix.

В обзоре указано, что разработка ученых НИТУ «МИСиС» — батарея на основе бета-гальванических элементов (БВЭ) — имеет большой потенциал, поскольку спрос на надежные аккумуляторы с длительным сроком службы растет во всех отраслях. С учетом уникальных характеристик — малых размеров и безопасности — разработка ученых НИТУ «МИСиС» сможет занять значительную долю рынка энергоснабжения.

Источник: https://ru.misis.ru/university/news/science/2020-08/6898/

ИСТОЧНИК Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

.