Optoelektryczna bateria jądrowa - Optoelectric nuclear battery

Optoelectric baterii jądrowego (również radiophotovoltaic urządzenie , radioluminescent baterii jądrowy lub radioizotop fotowoltaiczny generatora ) jest rodzajem akumulatora jądrowego , w którym energia nuklearna przekształca światło , który jest następnie wykorzystywany do generowania energii elektrycznej . Odbywa się to poprzez pozwolenie promieniowaniu jonizującemu emitowanemu przez radioaktywne izotopy na materiał luminescencyjny ( scyntylator lub luminofor ), który z kolei emituje fotony wytwarzające energię elektryczną po uderzeniu w ogniwo fotowoltaiczne .

Technologia została opracowana przez naukowców z Instytutu Kurczatowa w Moskwie .

Opis

Emiterem beta , takie jak technet-99 lub strontu-90 jest zawieszony w gazie lub cieczy zawierających luminescencyjny cząsteczek gazowych ekscymerowego typu, stanowiącym „osocze” pył. Pozwala to na prawie bezstratną emisję elektronów beta z emitujących cząsteczek pyłu. Elektrony pobudzają następnie gazy, których linia ekscymerowa jest wybrana do konwersji radioaktywności w otaczającą warstwę fotowoltaiczną , tak że można zrealizować lekki, niskociśnieniowy, wysokowydajny akumulator . Te nuklidy są stosunkowo niedrogimi odpadami promieniotwórczymi z reaktorów jądrowych . Średnica cząstek pyłu jest tak mała (kilka mikrometrów), że elektrony z rozpadu beta opuszczają cząsteczki pyłu prawie bez strat. Otaczająca słabo zjonizowana plazma składa się z gazów lub mieszanin gazów (takich jak krypton , argon i ksenon ) z liniami ekscymerowymi, tak że znaczna ilość energii elektronów beta jest przekształcana w to światło. Otaczające ściany zawierają warstwy fotowoltaiczne z szerokimi zakazanymi strefami , takimi jak diament , które przekształcają energię optyczną generowaną przez promieniowanie w energię elektryczną.

Niemiecki patent zawiera opis optoelektrycznej baterii jądrowej, która składałaby się z ekscymeru argonu, ksenonu lub kryptonu (lub mieszaniny dwóch lub trzech z nich) w zbiorniku ciśnieniowym z wewnętrzną lustrzaną powierzchnią, drobno zmielonego radioizotopu oraz przerywane mieszadło ultradźwiękowe , oświetlające fotokomórkę pasmem wzbronionym dostrojonym do ekscymeru . Kiedy nuklidy emitujące beta (np. Krypton-85 lub argon-39 ) emitują cząstki beta, wzbudzają własne elektrony w wąskim paśmie ekscymerowym przy minimalnych stratach cieplnych , dzięki czemu promieniowanie to jest przekształcane w fotowoltaice o dużej przerwie energetycznej. warstwa (np. w diamentie pn) bardzo wydajnie w energię elektryczną. Mocy elektrycznej w stosunku do masy, w porównaniu z istniejącymi baterii radionuklidów może być następnie zwiększona przez współczynnik 10 do 50 lub więcej. Jeśli zbiornik ciśnieniowy jest wykonany z włókna węglowego / żywicy epoksydowej , mówi się, że stosunek mocy do masy jest porównywalny z silnikiem oddychającym powietrzem ze zbiornikami paliwa. Zaletą tej konstrukcji jest to, że precyzyjne zespoły elektrod nie są potrzebne, a większość cząstek beta ucieka z drobno rozdrobnionego materiału sypkiego, aby zwiększyć moc netto akumulatora.

Niedogodności

• Wysoka cena radionuklidów.
• Wysokociśnieniowe (do 10 MPa lub 100 barów) ciężkie naczynie przechowawcze.
• Awaria zabezpieczenia uwolniłaby strumienie silnie rozdrobnionych radioizotopów pod wysokim ciśnieniem, tworząc skuteczną brudną bombę .

Nieodłączne ryzyko awarii prawdopodobnie ograniczy to urządzenie do zastosowań kosmicznych, w których źródło subtelnie rozdrobnionego radioizotopu jest usuwane z bezpiecznego medium transportowego i umieszczane w gazie o wysokim ciśnieniu po opuszczeniu orbity okołoziemskiej.

Jako projekt zrób to sam

Prostą baterię jądrową betafotowoltaiczną można zbudować z łatwo dostępnych fiolek z trytem (szklanych probówek wypełnionych trytem, ​​pokrytych radioluminescencyjnym luminoforem ) i ogniw słonecznych . Jeden projekt obejmujący 14 fiolek trytu 22,5x3 mm wytwarzał 1,23 mikrowata przy maksymalnym punkcie mocy 1,6 wolta. Inny projekt łączył baterię z kondensatorem, aby zasilać kieszonkowy kalkulator przez maksymalnie jedną minutę na raz.

Zobacz też

• Bateria jądrowa
• Urządzenie Betavoltaic
• Generator termoelektryczny radioizotopowy
• Generator piezoelektryczny radioizotopowy
• Lista typów baterii

Bibliografia