28 тысяч лет без подзарядки: как устроена батарейка на ядерном топливе и насколько она безопасна? Российская ядерная батарейка в отличие от традиционных источников питания получает электрическую энергию в результате естественного распада радиоактивных изотопов. Атомная термоэлектрическая станция (АТСТ) малой мощности "Елена-М", разработанная в Национальном исследовательском центре "Курчатовский институт", и РИА Новости. Такие батареи могут стоить $100 за кВт·ч, что вдвое дешевле самых простых литий-ионных версий.
Атомные батарейки и зарядка по Wi-Fi: будущее рынка сохранения энергии
Китайский стартап Betavolt представил ядерную батарейку BV100, которая может генерировать электроэнергию в течение 50 лет без необходимости зарядки и обслуживания. «Ядерная батарейка» впервые разработана в России, передает РИА «Новости». Уникальность атомной батарейки еще и в размере. В сравнении с литий-ионными аккумуляторами, батарейка на основе никеля-63 в 30 раз компактнее.
В России создана атомная батарейка: может работать до ста лет
| «Это совершенно безопасно» — в Китае создали ядерную батарейку размером меньше монеты | Образец "ядерной батарейки" состоял из двухсот алмазных преобразователей, чередуемых слоями фольги из никеля-63 и стабильного никеля. |
| «Ядерные батарейки» для космической техники | В батарейке МИФИ несколько иной принцип действия — изотоп в вакуумной камере нагревается до 1500 градусов Цельсия и начинает светиться. |
Создана самая маленькая ядерная батарея — с ней смартфоны будут работать 50 лет без подзарядки
Учёные Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» представили компактную атомную батарейку, которая в десять раз мощнее и вдвое дешевле существующих аналогов. Новая батарейка преобразует энергию радиоактивного распада в электрическую и может использоваться для питания микроэлектронной аппаратуры. Применение такой батареи возможно лишь в специальных микроэлектронных устройствах, в том числе в приборах, работающих в критических условиях — в космосе, под водой или в горах, отмечают исследователи. Например, в качестве аварийного источника питания небольших датчиков.
Ещё одна проблема - нанесение никеля-63 на подложку из кремния. Нужно обеспечить слой примерно в 15 нанометров, иначе распад будет поглощаться внутри самого материала. А неэффективно тратить столь дорогой изотоп, конечно, нельзя. Реакция порой идёт совершенно непредсказуемо и зависит от мелочей вплоть до тряпки, которой протирали стол. Иван показывает на экране чёрно-белые пирамидки.
Проверять правильность нанесения приходится с помощью атомно-силового микроскопа, который позволяет контролировать работу с точностью почти до атома. Мощность - 60 микроватт. Для сравнения: чтобы обеспечить энергией обычную лампочку, понадобится примерно десять миллионов таких устройств. Атомная электростанция в сердце У обывателя сразу возникает вопрос: а можно ли на основе этой технологии сделать батарейку для телефона или ноутбука и навсегда забыть фразу "у меня гаджет разрядился"? Но должен сразу предупредить: по размеру батарейка будет несопоставима с мобильником. Пока считают, что основное назначение атомной батарейки - питание кардиостимуляторов. Кому-то покажется страшноватой идея разместить внутри организма миниатюрный аналог атомной электростанции. Но учёные уверяют: устройство абсолютно безопасно.
Использование атомной батарейки позволит не менять источник энергии кардиостимулятора раз в 3-4 года, как это делается сейчас, всё-таки операция - штука не самая приятная. Вдобавок такой кардиостимулятор не раздражает металлоискатель. Ещё эту батарейку можно использовать в космических аппаратах - сейчас там стоят источники энергии, которые работают не больше двух десятков лет. И тогда "Вояджер" или "Пионер" нового поколения сможет улететь ещё дальше - туда, куда человечество никогда не добиралось. Для чего нужны изотопы 235U и 238U уран-235 и уран-238 - основное топливо для атомных электростанций, ядерное оружие.
Мини-атомная электростанция Представьте себе BV100 как крошечную электростанцию. В основе этой электростанции лежит никель-63, особый тип никеля. Этот радиоактивный элемент распадается, то есть с течением времени он изменяется естественным образом. В процессе распада выделяется энергия.
Вместо того чтобы пустить эту энергию на ветер, BV100 использует ее в своих интересах. Конструкция устройства позволяет улавливать энергию, выделяемую при распаде никеля-63, и накапливать ее для питания различных устройств. Между слоями никеля-63 в батарею встроены листы монокристаллического алмазного полупроводника толщиной всего десять микрон.
Разработанная в Китае ядерная батарея сможет увеличить время работы смартфонов до 50 лет В Китае создали ядерную батарею для смартфонов О разработанной в Китае ядерной батарее твердят со всех щелей — например, о ней рассказали авторы Yahoo News. Ее создала основанная в Пекине компания Betavolt, представители которой уверяют, что аккумулятор уже прошел этап предварительного тестирования и в скором времени станет доступен для использования в смартфонах и другой электронике. Конструкция ядерной батареи BV100 Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров. Настолько крошечная деталь способна обеспечить мощность в 100 микроватт и напряжение в 3 вольта. На сегодняшний день это не особо впечатляющие показатели, но в 2025 году компания обещает выпустить батарею мощностью в 1 ватт, и это уже звучит более внушительно. Примерный внешний вид ядерного аккумулятора Betavolt Это интересно: В 2023 году в Японии открыли крупнейший в мире термоядерный реактор Как работают ядерные батареи В качестве источника энергии внутри аккумулятора используется изотоп никель-63. В отличие от ядерного реактора, который производит энергию за счет деления ядерных частиц, радионуклидная батарея Betavolt работает по другому принципу.
Будучи внутри корпуса крошечного размера, изотопы никеля-63 постепенно распадаются. В результате этого процесса выделяется тепло, которое впоследствии и преобразуется в электричество. Ядерные батареи на основе никеля-63 уже существуют, но имеют большой размер Ядерные батареи не являются новым изобретением.
Ученые НИЯУ МИФИ создали прототип ядерной батарейки
В ходе радиоактивного распада энергия выделяется несколькими путями. Самый очевидный — тепло: делящийся материал может разогреваться сам, а может разогревать окружающие его субстанции за счет торможения в них продуктов распада. Последние представлены альфа- ядро гелия, два протона и два нейтрона или бета-частицами высокоэнергетический электрон или позитрон. Кроме того в результате распада могут излучаться гамма-частицы высокоэнергетический фотон и свободные нейтроны.
Для выработки электричества чаще всего используется тепло. Наиболее эффективный способ — испарить воду, которая, расширяясь будет крутить турбину. Теоретически при этом можно перевести до 30-40 процентов тепла в электричество.
Но для компактной «батарейки» такой метод не подойдет, нужны способы прямой конвертации — без промежуточного носителя. В них делящийся материал нагревает термопару, которая генерирует электрический ток между двумя разнородными проводниками с отличающейся температурой эффект Зеебека.
Но получить источник энергии, который будет работать без подзарядки десятки лет, пытаются во многих лабораториях мира. Недавно учёные химического факультета МГУ им. Ломоносова совместно с РХТУ им. Менделеева создали батарейку, работающую на энергии, которая выделяется при бета-распаде изотопа никеля.
Делаем электричество из изотопов Вспоминаем школьный курс химии и физики. Слово "изотоп" означает, что мы имеем дело с химическим элементом, который занимает ту же клеточку в таблице Менделеева, но имеет другую массу ядра. Разницу в массе обеспечивают "лишние" или "недостающие" нейтроны. Например, кроме обычного водорода с одним протоном 1H существует его более тяжёлый изотоп - дейтерий 2H , у которого в ядре протон и нейтрон. Есть ещё и тритий с одним протоном и двумя нейтронами 3H. Если химических элементов в таблице Менделеева больше сотни, то изотопов - свыше трёх тысяч.
Большинство из них нестабильны: одни распадаются миллиарды лет, другие - за доли секунды. При распаде выделяется энергия, которую можно использовать себе во благо. Самый очевидный пример - атомные электростанции, в которых тепло от распада урана-237 превращается в электроэнергию. Такой источник энергии не обязательно должен быть громадным, как АЭС. Например, на космических аппаратах "Пионер" и "Вояджер" установлены вполне компактные энергетические установки, работающие на изотопе плутония. Благодаря им эти аппараты смогли покинуть пределы Солнечной системы и продолжают свой путь во Вселенной.
Другой вариант использования энергии распада изотопа - новая технология под названием бетавольтаика. Как она работает?
Разницу в массе обеспечивают "лишние" или "недостающие" нейтроны. Например, кроме обычного водорода с одним протоном 1H существует его более тяжёлый изотоп - дейтерий 2H , у которого в ядре протон и нейтрон. Есть ещё и тритий с одним протоном и двумя нейтронами 3H. Если химических элементов в таблице Менделеева больше сотни, то изотопов - свыше трёх тысяч. Большинство из них нестабильны: одни распадаются миллиарды лет, другие - за доли секунды. При распаде выделяется энергия, которую можно использовать себе во благо.
Самый очевидный пример - атомные электростанции, в которых тепло от распада урана-237 превращается в электроэнергию. Такой источник энергии не обязательно должен быть громадным, как АЭС. Например, на космических аппаратах "Пионер" и "Вояджер" установлены вполне компактные энергетические установки, работающие на изотопе плутония. Благодаря им эти аппараты смогли покинуть пределы Солнечной системы и продолжают свой путь во Вселенной. Другой вариант использования энергии распада изотопа - новая технология под названием бетавольтаика. Как она работает? В результате бета-распада ядро изотопа выбрасывает электрон и антинейтрино либо - реже - позитрон и нейтрино излучение попадает в полупроводник, который преобразует его в электрический ток. Аналогичным образом устроена солнечная батарея, только здесь вместо фотонов от Солнца улавливается электрон от изотопа.
Почему бетавольтаика так перспективна? Она даёт энергию долго - десятилетиями. Не требует обслуживания. Да, у такой батарейки низкая мощность, но зато высокая энергоёмкость.
Этот прорыв ставит его «далеко впереди» всех других европейских и американских академических и коммерческих учреждений, отмечается в публикации.
При этом инженеры уверяют, что устройство безопасно для людей: в нем используется никель и алмазные полупроводники, уточняет «Газета. Компания планирует начать массовое производство батареи в этом году, а через год планирует представить еще более мощную версию. Отмечается, что по мере совершенствования разработки мы вскоре можем увидеть батареи для смартфонов, которые не требуют подзарядки.
Ядерная батарейка: в России создали источник питания, работающий 50 лет
Устройство размерами 15х15х5 миллиметров меньше рублевой монеты способно в течение 50 лет выдавать напряжение три вольта — вдвое больше, чем стандартная пальчиковая батарейка. Ядерная батарейка работает на изотопе никель-63. Компания планирует наладить выпуск батарейки и ее модификаций для массового использования в смартфонах и даже медицинских устройствах.
Для производства идеи данных атомных батареек будет использоваться радиоизотоп Никель-63. Сам изотоп добывают в ядерном реакторе из Никеля-62 - природного изотопа. Батареи в основу которых ляжет данное вещество будут производить низкое B-излучение, поглощение которого будет происходить уже внутри источника питания и не будет нести вред живым существам. Принцип работы заключается бета-вольтаическом элементе, который схож с фото-электрическим эффектом.
Этот прорыв ставит его «далеко впереди» всех других европейских и американских академических и коммерческих учреждений, отмечается в публикации. При этом инженеры уверяют, что устройство безопасно для людей: в нем используется никель и алмазные полупроводники, уточняет «Газета. Компания планирует начать массовое производство батареи в этом году, а через год планирует представить еще более мощную версию. Отмечается, что по мере совершенствования разработки мы вскоре можем увидеть батареи для смартфонов, которые не требуют подзарядки.
Изделие способно работать до двадцати лет. Причём батарейка может быть применена в нескольких функциональных режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах и в труднодоступных или недоступных местах, например, в космосе, под водой или в высокогорных районах.
Почему ядерные батарейки так и не стали популярны? История почти забытой технологии
«Ядерная батарейка» впервые разработана в России, передает РИА «Новости». Срок службы такой батарейки составляет не менее 50 лет, стоимость – около 4000 долларов. Российские ученые НИТУ «МИСиС» разработали атомную батарейку с рекордным сроком службы. Смотрите видео онлайн «Атомная батарейка. 80 лет без подзарядки» на канале «Росатом» в хорошем качестве и бесплатно, опубликованное 17 июля 2023 года в 15:04, длительностью 00. Ученые НИЯУ МИФИ вплотную подошли к созданию ядерной батарейки принципиально нового типа. «Сердце ядерной батарейки — вакуумная капсула с радиоактивным изотопом. Благодаря энергии ядерного распада она нагревается до 1500°C и начинает светиться.
Батарейка для Севморпути будет работать на плутонии-238
| В Китае создали способную работать 50 лет батарейку | Новости мира | Известия | 25.01.2024 | Ученые НИТУ «МИСиС» представили инновационный автономный источник питания — компактную атомную батарейку, которая может работать до 20 лет. |
| Без зарядки 50 лет: в Китае разработали ядерную батарею | В 2016 году учёные уже сообщали о разработке прототипа ядерной батарейки на основе никеля-63. |
| Ядрена батарейка | С учётом улучшенных характеристик российская атомная батарейка сможет занять существенную долю этого рынка, уверены исследователи. |
| Атомная батарейка в современном мире | Новая российская атомная батарейка стала в десять раз мощнее и вдвое дешевле аналогов. |
В России создана атомная батарейка, которая способна работать 20 лет
- Мини-атомная электростанция
- Российские ученые оценили созданную в Китае ядерную батарейку - Онлайн-журнал «Энергия+»
- Почему ядерные батарейки так и не стали популярны? История почти забытой технологии
- В МИФИ создали прототип плутониевой батарейки
- Ядерное питание: российские учёные создали атомную батарейку повышенной мощности — РТ на русском
- Рекомендуем
В НИЯУ МИФИ создали прототип ядерной батарейки
Первые батареи такого типа появятся в продаже в конце этого года. Инвестором разработчиков выступил стартап-инкубатор Volkswagen Future Mobility. Для будущего. Selectel Разработка представляет собой специальный корпус из синтетических алмазов, внутрь которого помещен радиоактивный сердечник. В процессе неупругого рассеивания бета-излучение изотопов преобразуется в электрический ток. В качестве топлива используются переработанные ядерные отходы углерода-14. Этот изотоп применяется для радиоизотопного датирования и диагностики некоторых заболеваний желудочно-кишечного тракта. Он также накапливается в графитовых деталях ядерных реакторов, которые поглощают излучение ядерных топливных стержней. Хранить такие отходы опасно, дорого и трудно. Батареи на углероде-14 решают сразу две проблемы — недолговечность обычных элементов питания и переработки радиоактивных отходов.
Поэтому требовались регулярные запуски, с которыми то и дело не ладилось. На смену БЭС-5 пришли ядерные установки «Топаз», которые были мощнее предшественников более чем в два раза. Однако новые системы получили лишь два спутника, и один из них был уничтожен. Фото: kerbalspaceprogram. Однако какого-то значительного шага вперед с точки зрения эффективности сделано не было. Новые «атомные батарейки» устанавливали в автоматическую межпланетную станцию АМС «Улисс», изучавшую Солнце и Юпитер; в спускаемый зонд «Галилео» для исследования атмосферы Юпитера; в станцию «Кассини-Гюйгенс», которая исследовала Сатурн, его кольца и спутники; в АМС «Новые горизонты», выполняющую программу исследования объектов Солнечной системы. АМС «Улиcс». Китай также предпринял попытки использовать технологию — в АМС «Чанъэ-3» и вездеходе «Юйту», прибывшем на Луну тем же «рейсом». Точно не известно, были это источники питания или обогреватели, так как данные разнятся. Что дальше? В рамках него планируется разработать систему, которая позволит активнее путешествовать по Солнечной системе. Правда, это уже не «атомные батарейки», а стационарная система на обогащенном уране. Рендер реактора Kilopower с рассеивающим тепло «зонтом». В 2019 году сообщалось о выделении средств — может, в 2024-м появится демонстрационная модель. Плутоний как топливный элемент Что касается «атомных батареек», то самые эффективные их образцы пока можно найти лишь в научной фантастике. В последнее время плутоний, уран и другие элементы таблицы Менделеева в качестве источников питания практически не рассматриваются. Там он займется поисками признаков древней жизни, будет изучать грунт и искать лед. А вот дальнейшее применение технологии под вопросом — в том числе из-за недостатка плутония, которого было много благодаря холодной войне. Сейчас производить нужный элемент дорого, так как подходит не все сырье и объемы мизерные — сотни граммов в год. Однако не только цена и технологические сложности стали преградой для развития этого источника энергии.
Устройство может безопасно, автономно и без подзарядки давать электроэнергию десятки лет», — сообщает «Росатом». Созданная установка преобразовывает энергию полураспада в электричество. Как отмечают авторы опубликованного видеоролика, плутоний излучает 87 лет, а, например, америций-241 — 432 года.
Стоит один аккумулятор свыше 1000 долларов США. Эта технологии позволила значительно уменьшить токи утечки, а, следовательно, и потребление энергии. Первоначально high-k диэлектрики планировалось масштабно применять в интегральных схемах, начиная с 2007 года. То есть одновременно с коммерческой реализацией 45-нм техпроцесса. Действительно, по факту первыми центральными процессорами, оснащенными этой технологией, стали решения поколения Penryn. Что дает использование high-k диэлектриков? Уменьшение токов утечек минимум в 100 раз. Дело в том, что диоксид кремния SiO2 , традиционно использовавшийся в качестве диэлектрика для создания затвора транзистора на протяжении нескольких десятков лет, просто-напросто исчерпал весь свой потенциал. Так, уже при проектировании 65-нм специалистам из Intel удалось создать слой диэлектрика из диоксида кремния толщиной 1,2 нм. Это пять атомных слоев! Данное достижение очень важно для рынка микроэлектроники, ибо с каждым новым поколением интегральных схем разработчики и Intel в частности все ближе приближаются к физическим возможностям полупроводниковых материалов. Именно таким технологиям мы и обязаны появлению современных центральных процессоров. Следующим шагом эволюции кремниевых чипов стала интеграция трехмерных транзисторов. Использование high-k диэлектрика.
Сергей Леготин
- В НИЯУ МИФИ создали прототип ядерной батарейки | Официальный сайт НИЯУ МИФИ
- Правила комментирования
- Российские ученые создали атомную батарейку, которая может работать 20 лет — Нож
- 80 лет без подзарядки: в России создали атомную батарею
Ученые НИЯУ МИФИ создали прототип ядерной батарейки
В таких генераторах применяются достаточно мощные излучатели с большими потоками альфа- и бета-частиц высоких энергий стронций-90, америций-241 и даже плутоний-238 , позволяющие получать сотни ватт. Тритий же считается мягким излучателем, его слабосильные бета-частицы на это неспособны. Зато изотоп отлично подходит для создания батарей другого типа — тех, что называют бета-вольтаическими, или просто атомными. Работают они почти так же, как фотоэлементы солнечных панелей, только полупроводниковый генератор тока в атомных батареях бомбардируется не фотонами, а бета-излучением. Попадание достаточно энергичной 1—100 тыс. На границе полупроводников с электронной N— и дырочной P— проводимостью возникают разница потенциалов и ток. Мощность его невелика, не более сотен микроватт, зато источник получается исключительно миниатюрным, долговечным и надежным. Ориентировочная стоимость: от 200—300 тыс. Роскосмос Источник Атомная батарейка состоит всего из двух ключевых компонентов: источника бета-излучения и полупроводникового преобразователя. На роль первого из них тритий подходит почти идеально.
Но именно из-за долгого полураспада никель имеет очень низкую радиоактивность. Тритий тоже довольно мягкий излучатель, но по остальным параметрам он почти оптимален и позволяет рассчитывать на средний срок службы батареи в 20-25 лет». Тонкие слои излучателя чередуются со слоями полупроводников, чтобы улавливать как можно больше бета-частиц, превращая их энергию в ток. Чтобы разместить этот летучий изотоп в устройстве, ученые поступают так же, как и при его нейтрализации на АЭС, — переводят в твердую форму гидрида, связывая металлическим сорбентом. Такая связь легко обратима и при сильном нагревании позволяет получить свободный тритий, а при охлаждении — связать его снова. Впрочем, в обычной жизни нужные температуры встречаются редко, и в пределах сотни градусов в любую сторону от нуля изотоп остается надежно связанным в металле.
В её основе лежит бета-распад никеля-63. В этой системе увеличен токовый сигнал, поскольку регенерация вторичных электронов происходит внутри наноструктурированных плёнок никеля. В процессе окисления этих плёнок на металлическом ядре образуется оксидная оболочка, что увеличивает эффективность источника питания. Кроме того, никель-63 испускает мягкое бета-излучение, поэтому для него легко создать физическую защиту.
В настоящий момент разработчики завершают процедуру международного патентования изобретения, а само устройство уже признано зарубежными экспертами.
Как минимум лет 50 точно Китайский стартап Betavolt представил, как он заявляет, первую в мире миниатюрную ядерную батарейку. Создатели разработки утверждают, что такая батарейка абсолютно безопасна, совершенно не имеет внешнего излучения, а после периода распада изотоп никеля превращается в стабильный и нерадиоактивный изотоп меди, не представляющий угрозы для окружающей среды. Мощность ядерной батарейки Betavolt на данном этапе составляет 100 микроватт, а напряжение — 3 Вольта.
Сделано в России
| В МИФИ создали прототип плутониевой батарейки | Принцип атомной батарейки в том, что радиоактивный изотоп, распадаясь, излучает тепло и разогревает капсулу, в которой он находится, до полутора тысяч градусов. |
| Ученые создали атомную батарейку. Она может работать 20 лет | Учитывая, что батарейка которая указана в новости будет в продаже только в конце этого года, скорее у вас была другая батарейка, и может не ядерная, хз. |
| Американский стартап показал «вечную» ядерную батарейку — Будущее на | Компания Betavolt утверждает, что созданный ею 3-вольтовый прототип атомной батарейки меньше монеты будет работать 50 лет. |
| "Ядерная" батарейка. В России придумали элемент питания, работающий тысячи | Но учёные уверяют: когда атомная батарейка выйдет на массовое производство, её стоимость существенно снизится и она станет доступна многим потребителям. |
| Гамулятор • Новый вариант атомной батарейки или "РИТЭГ второго поколения" (с) | Принцип атомной батарейки в том, что радиоактивный изотоп, распадаясь, излучает тепло и разогревает капсулу, в которой он находится, до полутора тысяч градусов. |
Российские учёные создали атомную батарейку повышенной мощности
- Рекомендуем
- Как работают ядерные батареи
- Ядерная батарейка: в России создали источник питания, работающий 50 лет — DRIVE2
- Навигация по записям
- Ученые создали атомную батарейку. Она может работать 20 лет
- ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:
Российские ученые создали атомную батарейку, которая может работать 20 лет
Конструкция ядерной батареи BV100. Ядерный аккумулятор BV100 очень маленький — его габариты составляют 15x15x5 миллиметров. Российские учёные из НИТУ "МИСиС" создали атомную батарейку, способную прослужить до 50 лет. Такие батареи могут стоить $100 за кВт·ч, что вдвое дешевле самых простых литий-ионных версий. Первую опытную партию ядерных батареек для космоса и авиации изготовил «Росатом». В 2016 году учёные уже сообщали о разработке прототипа ядерной батарейки на основе никеля-63.