Nucleaire vaten en vooruitzichten voor hun gebruik

Onlangs zijn er vaak nieuwsberichten verschenen dat Russische specialisten van Rosatom-instituten de productie van nucleaire batterijen onder de knie hebben. Een deel van de informatie over het vrijkomen van elementen op basis van de technologie van radioactief verval van nikkel-63. Anderen - over technologie gebaseerd op de vervallenergie van tritium. Er zijn ook dergelijke prototypes:

Prototypes op de tentoonstelling in 2017 Spanning 2 V. De arbeidsduur is 50 jaar. Nikkel-63 heeft een halfwaardetijd van 100 jaar. Die. theoretisch kan de batterij meer dan 50 jaar meegaan.

De energie voor deze elementen is afkomstig van het bèta-verval van de radioactieve isotoop nikkel-63. Het is niet-doordringende straling van elektronen. Je kunt je ervoor verbergen met een stuk papier. Daarom is een radioactieve bron in een dunne metalen behuizing niet gevaarlijk. Elektronen worden opgevangen door koolstof of silicium.

Als we het hebben over de kenmerken en structuur van zo'n element, dan is hier het diagram:

Bij 1 gram van de stof komt 3,3 W * uur elektriciteit vrij. De kosten van het artikel zijn $ 4000. Lees hier meer over hoe de Ni-63-isotoop wordt verkregen: https://wiolowan.livejournal.com/23640.html

Het ontwerp van een nucleaire batterij op Ni-63:

Er zijn ook nieuwsartikelen dat Rosatom onderzoek en ontwikkeling doet op het gebied van technologieën voor nucleaire batterijen op basis van tritium (H-3 is een zware isotoop van waterstof). Tritium heeft ook bètastraling. Maar de halfwaardetijd is slechts 12,5 jaar. Daarom kan een tritium-nucleaire batterij slechts 10-12 jaar meegaan. Verder daalt haar spanning dramatisch.

In de VS zijn er ook ontwikkelingen van nucleaire batterijen die zijn gemaakt met behulp van tritiumtechnologie:

De NanoTritium-nucleaire batterij van CityLabs is gemaakt in 2018. Spanning: 0,75 V. Vermogen 75 nW. Geproduceerd in een pakket van LCC68 en LCC 44 microchips. De kosten zijn $ 1200.

Het scala aan toepassingen voor dergelijke batterijen is breed: micro-elektronica, implantaten, sensoren, enz. En het lijkt alsof het opdoemt het vooruitzicht van de nabije toekomst, wanneer dergelijke of veel krachtigere elementen zullen worden geïnstalleerd in telefoons of andere apparaten. En ze hoeven gedurende 10 jaar niet te worden opgeladen.

Deze ideeën voor batterijen met een lange levensduur waren 50 of meer jaar geleden in de hoofden van ingenieurs:

Hier is een voorbeeld van een door plutonium-238 gevoede pacemakerbatterij uit 1974 (het radioactieve element is verwijderd op de tweede foto):

Er zit heel weinig plutonium in het apparaat - slechts 0,2 gram. Maar zijn werk is genoeg voor tientallen jaren. Het gebruik van plutonium is momenteel verboden om het ontstaan ​​van kernwapens te voorkomen.

Hoogstwaarschijnlijk zullen wereldorganisaties zoals het IAEA (International Atomic Energy Agency) dit toestaan ontwikkelen voor de retailconsumptiemarkt alleen elektrische bronnen met laag vermogen met radio-isotopen aan bèta-verval. En het meest toegankelijke element is tritium. Dit gas wordt zelfs verkocht in sleutelhangers, die minstens 10 jaar constant branden:

De sleutelhanger is gevuld met lichtgevend gas waaraan tritium is toegevoegd. Beta-verval laat het gas gloeien. Er zijn verschillende kleuropties. Alternatief koppeling op AliExpress

Een paar foto's:

Betta-straling dringt niet door glas. De straling blijft binnen. Zo werkt de achtergrondverlichting lang.

Als we in het algemeen kijken naar de vooruitzichten voor het gebruik van nucleaire batterijen, dan zullen ze vanwege hun lage vermogen en nog steeds hoge kosten alleen gebruikt in een zeer gespecialiseerd gebied in cardiologie (pacemakers), micro-elektronica (sensoren, geheugenvoeding en andere chips) of dure apparaten. Dergelijke elektronica zal natuurlijk ook in de ruimtevaart worden gebruikt.

Wat betreft het gebruik van technologie in consumentenelektronica (telefoons, tablets, ultrabooks), totdat nucleaire batterijen in prijs dalen tot het prijsniveau van een processorchip, zal het gebruik ervan beperkt zijn. Het heeft geen zin om het te gebruiken om op te laden (microwatt-vermogen en minder). Maar als schijnwerper van iets belangrijks - een interessant idee.

Natuurlijk zou ik in het dagelijks leven graag draagbare nucleaire batterijen willen hebben, zoals de filmheld Tony Stark uit de film "Iron Man" (maar dan op een plank of in een auto). Overigens een interessant futuristisch scenario. Als er zulke radio-isotopenbatterijen zijn met een elektrisch vermogen van minimaal 1000 W * h, dan kunnen ze worden gebruikt om de batterijen van elektrische voertuigen 's nachts (of tijdens het parkeren) op te laden. En de auto's zouden volledig autonoom worden.

Maar op cellen die bèta-verval gebruiken, zijn zulke krachtige batterijen fysiek onmogelijk. Welnu, krachtigere reactoren zullen gewoon niet door gewone burgers mogen worden gebruikt. Hoewel er zulke reactoren zijn. En daar is een objectieve reden voor. Ik zal erover praten in het volgende artikel.

***

Abonneren aan het kanaal, voeg het toe aan je browserbladwijzers (Ctrl + D). Er staat nog veel interessante informatie te wachten.