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 22.08.2018

    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

    Рогозин уточнил сроки старта российской лунной программы


    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 03.08.2018

    43

    0

    Испытательные полеты космического корабля Starl...

    Первый непилотируемый полет космического корабля CST-100 Starliner состоится не ранее конца нынешнего или начала будущего года, а пилотир...

    Наука 31.07.2018

    45

    0

    Геологи нашли гигантские разрывы в мантии под Т...

    Столкновение Индии и Евразии привело к тому, что мантия под будущим полуостровом Индостан разорвалась на четыре отдельных сегмента. К так...

    Наука 31.07.2018

    62

    0

    Российский космонавт на МКС заснял «серебристые...

    Российский космонавт, находящийся сейчас на МКС, сумел его заснять на камеру. Ролик с тем, как выглядят «серебристые облака», он выложил ...

    Наука 31.07.2018

    47

    0

    Астрономы впервые нашли радиоактивную молекулу ...

    Ученые впервые зафиксировали следы существования радиоактивных молекул в космосе, наблюдая за одной из самых необычных звезд в Млечном Пу...

    Наука 31.07.2018

    54

    0

    Марс подобрался на минимальное расстояние к Земле

    Марс подобрался на минимальное расстояние к Земле, но в это "окно" туда был отправлен лишь модуль InSight, а на 2020-е ведущие агентства ...

    Наука 31.07.2018

    41

    0

    Девять претендентов на полет к МКС из ОАЭ прохо...

    Девять претендентов из ОАЭ прибыли в Россию и проходят отбор перед полетом на Международную космическую станцию, сообщает во вторник Роск...

    Наука 30.07.2018

    48

    0

    В Японии запускают эксперименты по лечению Парк...

    Вначале группа ученых под руководством профессора Дзюна Такахаси создаст нервные клетки из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток...

    Наука 30.07.2018

    40

    0

    Ученые впервые ускорили атомы свинца на Большом...

    Ранее сообщалось, что большой адронный коллайдер заработал после «зимней спячки». Ученые вывели большой адронный коллайдер из так называе...

    Наука 30.07.2018

    44

    0

    Астрономы предупредили о магнитной буре в августе

    Магнитная буря первого уровня G1 по пятибалльной шкале накроет Землю 20 августа, следует из данных лаборатории рентгеновской астрономии С...

    Наука 30.07.2018

    43

    0

    Уничтожение полярных шапок не превратит Марс в ...

    Главная мечта Элона Маска обречена на провал — Марс нельзя превратить в аналог Земли, сделав атмосферу более густой и теплой, растопив ег...

    Наука 30.07.2018

    66

    0

    В обитаемый отсек японского модуля МКС попала вода

    "Из-за проблем с внутренней системой терморегулирования модуля происходит утечка чистой воды. Астронавты вынуждены бороться с подтопление...

    Наука 26.07.2018

    51

    0

    Немецкие студенты разогнали капсулу Hyperloop д...

    Команда студентов Мюнхенского технического университета разогнала капсулу сверхскоростной вакуумной транспортной системы Hyperloop ("Гипе...


    Также по теме


    Главные 20.04.2018

    25

    0

    Huobi Group запустит криптовалютную биржу в Рос...

    Крупный провайдер финансовых решений для блокчейн-активов Huobi Group начал сотрудничество с партнерами для запуска криптовалютных бирж в...

    Главные 20.04.2018

    28

    0

    На Украине запретили более 40 российских препар...

    В ведомстве заявили, что основной причиной запрета стал ввоз препаратов с нарушением требований законодательства Украины. Аптеки, получив...

    Главные 20.04.2018

    45

    0

    В США назвали "ненормальным" поведение российск...

    США считают поведение запущенного Россией в октябре прошлого года спутника-инспектора "ненормальным" для той категории аппаратов, к котор...

    Главные 20.04.2018

    41

    0

    Верховный суд рассмотрит 4 сентября жалобу на в...

    Верховный суд Греции (Ареопаг) рассмотрит 4 сентября жалобу на решение суда первой инстанции экстрадировать россиянина Александра Винника...

    Авто 20.04.2018

    45

    0

    Ravon привезет в Россию перелицованный Chevrole...

    Компактный кроссовер Chevrolet Tracker снова может появиться в России, но уже под другим именем и Узбекской сборки. Компания Ravon пообещ...

    Экономика 20.04.2018

    76

    0

    ВВП России во втором квартале вырос на 1,8% год...

    ВВП России в физическом выражении во втором квартале 2018 года увеличился на 1,8% относительно соответствующего периода 2017 года. Такая ...

    Главные 20.04.2018

    52

    0

    Лукашенко обвинил Россию в "варварском отношени...

    По словам Лукашенко, он хочет сохранить этот завод, который производит сельскохозяйственную технику.

    Авто 20.04.2018

    41

    0

    В России назвали автопроизводителей, заработавш...

    Больше всего за шесть месяцев этого года на продажах своих автомобилей в России смогла заработать корейская Kia. С января по май компания...

    Спорт 20.04.2018

    36

    0

    Российские журналисты пережили нападение фанато...

    Группа сотрудников СМИ была атакована агрессивно настроенными фанатами ПАОКа, которых, по словам греческой стороны, спровоцировал неприли...

    Политика 20.04.2018

    63

    0

    Россия попросила Грецию разъяснить ситуацию с в...

    Ранее несколько священников РПЦ заявили о том, что им отказали в получении греческой визы без объяснения причин. Сами они считают, что эт...

    Главные 20.04.2018

    47

    0

    Сенаторы США решили признать Россию спонсором т...

    Стало известно содержание законопроекта о новых санкциях против России, внесенного в конгресс США. Там, в частности, говорится о необходи...

    Главные 20.04.2018

    51

    0

    В Кремле назвали новые санкции США против Росси...

    "И подобные рестрикции, собственно как и те, которые были приняты американской стороной заранее, в нашем понимании и по нашему убеждению ...

    Москва, Россия

    1 °C Среда

    22.08.2018

    Слабый снег

    Четверг 0 °C 0 °C

    Пятница -1 °C -1 °C

    Суббота -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