X
  • Ваш регион:
    Москва
  • Главные новости
  • Политика
  • Общество
  • Экономика
  • В мире
  • Спорт
  • Происшествия
  • Культура
  • Наука
  • Технологии
  • Авто
  • Крипто новости
  • Категории X
  • Главная
  • О нас
  • Реклама
  • Возможности
  • Проекты
  • Рейтинг Новостей
  • Контакты
  • Библиотека для слепых

    Курс валют на 19.10.2018

    Российские физики уплотнили энергию ядерной батарейки в десять раз

    РИА Фактор Новости | 20.04.2018

    Физики оптимизировали толщину слоев ядерной батарейки, использующей для производства электрической энергии бета-распад изотопа никеля-63. В одном грамме построенной ими батарейки запасено около 3300 милливатт-час, это лучший результат среди никелевых ядерных батареек и он в десять раз превосходит плотность энергии, запасаемой в обычных химических элементах. Статья опубликована в журнале Diamond and Related Materials.


    Обычные батарейки, которые используют для питания часов, карманных фонариков, игрушек и других сравнительно небольших автономных электрических приборов, получают электрическую энергию с помощью химических реакций. В ходе этих реакций, которые называют окислительно-восстановительными, электроны «перетекают» через электролит с одного электрода на другой, и на электродах возникает разность потенциалов. Если соединить концы батарейки проводом, электроны постараются перераспределиться так, чтобы разность потенциалов исчезла — по проводу потечет ток. Химические батарейки, которые также называют гальваническими элементами, обладают высокой эффективностью (отношением мощности создаваемого тока к массе), но сравнительно быстро разряжаются, и это заметно ограничивает их автономную работу. Конечно, при определенной конструкции химических элементов их можно перезаряжать (тогда их называют аккумуляторами), однако даже в этом случае батарейку нужно как-то соединить с зарядным устройством, что иногда не очень удобно — например, если она обеспечивает питание кардиостимулятора. Очевидно, что остановить его работу, чтобы заменить элемент питания, невозможно.

    К счастью, электрическую энергию можно получать не только в химических реакциях. Около шестидесяти лет назад, в 1953 году, Пол Раппапорт заметил, что для получения электроэнергии можно использовать бета-распад радиоактивных элементов. В ходе этого распада ядра элементов испускают бета-частицы (электроны или позитроны), которые могут ионизировать вещество электродов и создать на них разность напряжений. Основанные на этом принципе элементы назвали бета-вольтическими. Главным преимуществом таких элементов перед гальваническими выступает их долговечность — период полураспада некоторых радиоактивных изотопов может составлять десятки лет, следовательно, мощность элемента будет оставаться постоянной в течение всего этого периода. К сожалению, эффективность бета-вольтических генераторов сильно уступает химическим. Тем не менее, радиоактивные генераторы все-таки использовали в 70-х годах для питания кардиостимулятров, однако впоследствии их вытеснили литий-ионные аккумуляторы, дешевизна изготовления которых перевесила долговечность бета-вольтических элементов.

    Читайте также

    Полет российско-американской миссии к Венере займет полгода


    Группа ученых из МФТИ, ФГБНУ ТИСНУМ и МИСиС под руководством Владимира Бланка придумала способ почти на порядок повысить эффективность такой ядерной батарейки. В построенном ими элементе бета-частицы испускались радиоактивным изотопом никеля-63, а в качестве поглотителя выступали алмазные барьеры Шоттки. Эффективность батарейки составила примерно десять микроватт на сантиметр кубический, а суммарная мощность достигла одного микроватта — такой мощности достаточно, чтобы питать кардиостимулятор. В то же время, период полураспада никеля-63 составляет около ста лет. Следовательно, в одном грамме батарейки запасено около 3300 милливатт-час, что в десять раз превышает энергию обычной химической батарейки.

    Построенная исследователями ядерная батарейка состоит из двухсот ячеек, в которых радиоактивные пластинки никеля-63 чередуется с алмазными барьерами, подложками и электрическими контактами. Эффективность работы отдельной ячейки определяется толщиной никелевой фольги и алмазного слоя, который поглощает частицы и ионизируется. В самом деле, если толщина никелевой пластинки слишком велика, бета-частицы не успевают ее покинуть; с другой стороны, сильно уменьшать толщину тоже не выгодно, поскольку вместе с ней уменьшается число производимых частиц. Похожие аргументы указывают на то, слишком большая или слишком маленькая толщина алмазного барьера тоже не выгодны. Поэтому ученые численно смоделировали каждый из слоев и нашли их оптимальную параметры: оказалось, что эффективнее всего никелевая пластинка работает при толщине около двух микрометров, а алмазный барьер — при толщине около 10 микрометров.

    Затем ученые изготовили диэлектрические слои нужной толщины, разрезая лазером, полируя и отжигая алмазные кристаллы, и приклеили к ним никелевую фольгу, подложку и электрические контакты. Каждая ячейка генерировала ток силой всего несколько наноампер, поэтому физики соединили их параллельно. В результате батарея создавала напряжение порядка одного вольта, а сила производимого тока держалось на уровне одного микроампера. Наибольшая электрическая мощность W ≈ 0,93 микроватт достигалась при напряжении V ≈ 0,93 вольт, силе тока I ≈ 1,02 микроампера и нагрузке на батарею Ω ~ 70 килоом на кубический сантиметр. Такая мощность отвечает плотности энергии около 3300 милливатт-час на грамм, что в десять раз превышает плотность созданных ранее ядерных батареек на основе никеля-63 и во столько же раз превосходит обычные химические батарейки.


    Заметим, что бета-вольтические батарейки не следует путать с радиоизотопными термоэлектрическими генераторами (сокращенно РИТЭГ), которые тоже иногда называют радиоактивными батареями. В этих генераторах энергия радиоактивных распадов используется для нагревания различных точек батареи и создания перепада температур, который потом конвертируется в электрический ток с помощью термоэлектрических элементов. В результате эффективность РИТЭГов составляет всего несколько процентов. Тем не менее, из-за своей долговечности радиоизотопные генераторы широко используются для питания космических аппаратов — например, зонда New Horizons или марсохода Curiosity. Ранее РИТЭГи также устанавливали на радиомаяках и метеостанциях, расположенных в труднодоступных областях, однако сейчас эту практику приостановили из-за риска утечки и радиационного загрязнения.

    В 2016 году ученые из МФТИ, МИСиС и НПО «Луч» уже сообщали о разработке прототипа ядерной батарейки на основе бета-распада никеля-63. Также бета-вольтические генераторы, которые используют алмазы для поглощения частиц, образующихся в ходе распада углерода-14, разрабатывают физики из университета Бристоля.


    Оставить Комментарий

    Опубликовать комментарий

    Следущее в категории Наука


    Наука 09.10.2018

    26

    0

    Глава NASA заявил о желании сотрудничать с Роск...

    "Все это требует от нас международного партнерства. И мы бы хотели, чтобы Роскосмос был во все это вовлечен", — сказал Брайденстайн.

    Наука 09.10.2018

    19

    0

    Ракету с кораблем "Союз МС-10" установили на ст...

    Ракету с кораблем выкатили из монтажно-испытательного корпуса рано утром. Примерно через два часа железнодорожный состав доставил её к ст...

    Наука 07.10.2018

    34

    0

    В Италии открыли завод, выкачивающий углекислый...

    Швейцарская компания Climeworks открыла третий завод, который выкачивает углекислый газ из атмосферы Земли. Он призван уменьшить негативн...

    Наука 07.10.2018

    32

    0

    SpaceX обозначила срок первой пилотируемой мисс...

    Полет с участием космонавтов назначен на июнь 2019 года, а в августе аналогичную миссию осуществит Boeing.

    Наука 07.10.2018

    31

    0

    Космический аппарат «Voyager 2» приближается к ...

    В конце августа детекторы «Voyager 2» начали фиксировать 5-процентное увеличение энергии космических лучей, «атакующих» зонд..

    Наука 05.10.2018

    36

    0

    Российский космонавт и астронавты NASA вернулис...

    Космонавт «Роскосмоса» Олег Артемьев и астронавты NASA Эндрю Фойстел (командир миссии) и Ричард Арнольд были участниками миссии МКС-55/56...

    Наука 05.10.2018

    36

    0

    В Марокко найдено древнейшее костяное орудие пр...

    Примитивный нож был создан из ребра быка, а его возраст составляет около 90 тысяч лет.

    Наука 05.10.2018

    39

    0

    Лауреатов Нобелевской премии по химии объявили ...

    Нобелевский комитет отметил премией в области химии трех исследователей Фрэнсис Арнольд, Джорджа Смита и Грегори Уинтера за разработку ме...

    Наука 03.10.2018

    43

    0

    Рогозин рассказал о расследовании причин появле...

    Также эксперты подтвердили, что дыра появилась преднамеренно, в результате рабочей является именно эта версия. Как и когда это произошло,...

    Наука 03.10.2018

    52

    0

    Найдена новая карликовая планета на окраинах Со...

    Астрономы открыли еще одну карликовую планету в Солнечной системе, пытаясь найти загадочную "планету икс".

    Наука 03.10.2018

    34

    0

    Нобелевскую премию получили ученые за открытия ...

    Отмечается, что их открытия произвели революции в лазерной физике и сегодня "чрезвычайно маленькие объекты и невероятно быстрые процессы ...

    Наука 30.09.2018

    38

    0

    Ученый рассказал, чем смогут заняться российски...

    На базе могут проводиться исследования Луны, например, можно искать запасы воды, в которой могут оставаться следы простых органических ве...


    Также по теме


    Авто 20.04.2018

    19

    0

    В России сошел с конвейера 700-тысячный Ford Focus

    700-тысячным экземпляром Ford Focus стал седан в комплектации «Titanium», окрашенный в фирменный фордовский синий цвет. Под капотом авт...

    Авто 20.04.2018

    24

    0

    Suzuki скоро выведет на рынок России обновленны...

    В России с ноября 2018 года стартуют продажи обновленной версии кроссовера Suzuki Vitara. В данной модификации машины изменен дизайн реше...

    Политика 20.04.2018

    37

    0

    Главы МИД стран ЕС намерены утвердить план новы...

    Сообщается, что санкции могут выражаться в ограничении въезда руководителей российских разведывательных структур и их ближайших соратнико...

    Крипто новости 20.04.2018

    36

    0

    В России сохраняется популярность зарплаты в кр...

    Опросы показывают, что криптовалюта, несмотря на медвежий рынок, остается жизнеспособным вариантом вознаграждения для предприятий в отрас...

    Авто 20.04.2018

    37

    0

    BMW отзывает автомобили в России

    BMW приняла решение отправить в ремонт в России сразу 168 своих автомобилей. Под сервисную акцию попали модели: 5-Series, M5 и X5.

    Политика 20.04.2018

    30

    0

    Лондон отказывается выдавать визы российским ди...

    "Мы не можем заполнить эти вакансии, поскольку Великобритания отказывается выдавать дипломатам визы для приезда в Соединенное Королевство...

    Главные 20.04.2018

    34

    0

    Правительство России будет регулировать криптов...

    Власти планируют контролировать блокчейн-индустрию при поддержке межправительственной организации по борьбе с отмыванием преступных доходов.

    Авто 20.04.2018

    36

    0

    Volkswagen может вложить в российские проекты е...

    Как сообщил генеральный директор «Фольксваген Груп Рус» Маркус Озегович, компания уже вложила 1,85 миллиарда евро.

    Авто 20.04.2018

    37

    0

    Mercedes-Benz привезет в Россию электрический к...

    Серийная сборка новинки стартует на производственной площадке в Бремене.

    Экономика 20.04.2018

    52

    0

    Средние цены на бензин в РФ в первую неделю окт...

    Средние потребительские цены на бензин в России в период с 1 по 7 октября выросли на 4 копейки и составили 43,28 рубля за один литр, сооб...

    Экономика 20.04.2018

    55

    0

    Внешний долг России с начала года снизился на 9,8%

    Международные резервы страны на 5 октября 2018 года составили $459,2 млрд, отметили также в ЦБ.

    Политика 20.04.2018

    43

    0

    Россия определится с позицией по Совету Европы ...

    "Россия окончательно определится с решением о дальнейшем участии в Совете Европы до января", — сказала спикер.

    Москва, Россия

    1 °C Пятница

    19.10.2018

    Слабый снег

    Суббота 0 °C 0 °C

    Воскресенье -1 °C -1 °C

    Понедельник -4 °C -4 °C

    <

    Декабрь 2016

    >

    Ваш Фактор

    Узнавайте о новостях первыми!

    Комментируйте нас

    Последние комментарии


    Антон

    17:11 10.12.2016

    Звезда таких культовых фильмов обустроил холостяцкую берлогу

    Если деньги есть конечно можно такую берлогу обустроить, даже целых две...



    Ира

    17:09 10.12.2016


    Ольга

    17:09 10.12.2016

    Двое бегунов в Китае умерли во время полумарафона

    У профессиональных спортсменов нет здоровья


    Игорь

    17:05 10.12.2016

    Сотрудники московского аэропорта «Внуково» решили заморозить пассажиров

    Да уж, экономят буквально на всем чем можно, детей жалко, мерзнут.


    Никита

    17:04 10.12.2016

    С 11 декабря в Москве автобус № 59 изменит маршрут

    Согласен с вами Анатолий, автобусы из-за погоды забиты людьми так что лишний не помешает))


    Дмитрий

    17:02 10.12.2016

    Звезда таких культовых фильмов обустроил холостяцкую берлогу

    Писать больше не о чем что ли, как он собирался все это сам делать или рассчитывал на спартанскую обстановку?


    Абай

    17:02 10.12.2016

    Бывший казахстанский банкир Мухтар Аблязов освобождён

    У нас в Казахстане его тоже ждут и встретят как самого лучшего человека.



    Стас

    16:58 10.12.2016

    Сотрудники московского аэропорта «Внуково» решили заморозить пассажиров

    Не удивительно, снега навалило столько, что можно только радоваться, что полеты вообще не отменили


    Макс

    16:58 10.12.2016

    Бывший казахстанский банкир Мухтар Аблязов освобождён

    Ага уже ждут полковник с губернатором.


    Елена

    16:56 10.12.2016

    Бывший казахстанский банкир Мухтар Аблязов освобождён

    Скоро в тюрьме будет свое государство миллиардеров.

    Смотреть Больше