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 22.05.2018

    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

    В США рассказали, когда упадут два российских спутника-разведчика


    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 19.05.2018

    23

    0

    NASA проводит испытания новой техники бурения д...

    Специалисты Национального управления США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) проводят испытания новой технолог...

    Наука 19.05.2018

    23

    0

    Китай запустит спутник на "темную сторону" Луны...

    "Цюэцяо", как отметили официальные представители агентства, будет запущен в полночь в воскресенье, если этому не будет препятствовать пог...

    Наука 19.05.2018

    21

    0

    В РКК "Энергия" назвали дату запуска беспилотно...

    "Старт транспортного корабля "Союз МС" на ракете-носителе "Союз-2.1а" запланирован на август 2019 года", — отмечается в сообщении.

    Наука 15.05.2018

    22

    0

    Астрономы нашли самую прожорливую черную дыру в...

    Австралийские астрофизики нашли в созвездии Южной Рыбы рекордно прожорливую сверхмассивную черную дыру J2157-3602, которая сможет съесть ...

    Наука 15.05.2018

    23

    0

    Астрономы нашли новые следы активных гейзеров н...

    Анализ данных, собранных зондом "Галилео" в 1997 году, помог планетологам найти очередное доказательство того, что на Европе, спутнике Юп...

    Наука 15.05.2018

    21

    0

    Китай установил мировой рекорд по имитации преб...

    Студенты Пекинского университета авиации и космонавтики завершили 370-дневный эксперимент по имитации жизни людей на Луне, поставив миров...

    Наука 13.05.2018

    24

    0

    В Татарстане в мае откроется российский центр р...

    Центр компетенций по робототехнике, где, в частности, будут разрабатывать модели беспилотных автомобилей, электромобилей и роботов, откро...

    Наука 13.05.2018

    24

    0

    На дне Марианской впадины нашли пластиковый пакет

    По их словам, за более чем четверть века работы в самых глубоководных местах было найдено более 3 тыс. единиц мусора, что говорит о масшт...

    Наука 13.05.2018

    25

    0

    Рекордную высоту волны зарегистрировали в Новой...

    Специалисты предполагают, что во время недавнего шторма 8 мая волны были еще выше — около 25 м, но документально зарегистрировать данные ...

    Наука 09.05.2018

    29

    0

    Ученые доказали существование солнечных волн Ро...

    Научное издание Nature Astronomy сообщило, что ученые из Германии доказали существование солнечных волн Россби, которые обычно образуются...

    Наука 09.05.2018

    36

    0

    Ученые обнаружили земное ядро в экзопланете сис...

    Ученые, работающие на базе лаборатории Cool Worlds при Университете Колумбии, давно изучают объекты в системе TRAPPIST-1. Исследования по...

    Наука 09.05.2018

    31

    0

    Китай запустил спутник дистанционного зондирования

    Китай запустил в среду спутник дистанционного зондирования Gaofen-5 с аппаратурой гиперспектральной визуализации, который стал частью кит...


    Также по теме


    Главные 20.04.2018

    20

    0

    Британские фанаты пообещали устроить "третью ми...

    Несколько радикально настроенных английских группировок собираются вместе отправиться на мундиаль, чтобы показать русским "настоящий ад",...

    Главные 20.04.2018

    14

    0

    Российская ПВО на базе Хмеймим сбила неизвестны...

    "Двадцать первого мая с наступлением тёмного времени суток средствами контроля воздушного пространства российской авиабазы Хмеймим на уда...

    Спорт 20.04.2018

    19

    0

    Отель в Копенгагене опроверг сообщения о продаж...

    Ранее финское издание Iltalehti сообщило, что счет за пребывание в гостинице составил €355 тыс. евро и главной статьей расходов стали кре...

    Спорт 20.04.2018

    20

    0

    Сборная России по футболу прибыла в Австрию на ...

    Соперниками россиян на групповом этапе чемпионата мира станут сборные Саудовской Аравии, Египта и Уругвая.

    Авто 20.04.2018

    23

    0

    Nissan на 14% увеличила российские продажи в ап...

    Объём реализованных автомобилей на российском рынке составил 5 620 штук, что становится на 14% больше, чем в апреле 2017 года.

    Авто 20.04.2018

    19

    0

    В России начались продажи бюджетного китайского...

    При этом только сейчас модель Hawtai Laville добралась до дилеров в России. Пока автомобиль предлагается в нескольких городах, но до конц...

    Культура 20.04.2018

    25

    0

    Телеканал "Россия 24" покажет снятую с эфира пр...

    Телеканал "Россия 24" 19 мая покажет авторскую передачу Никиты Михалкова "Бесогон ТВ" "Синдром Гарри Поттера", которую в начале мая сняли...

    Экономика 20.04.2018

    21

    0

    Американский бизнесмен объяснил доверие к эконо...

    Роджерс отметил, что не видит инвестиционных рисков в этом. Бизнесмен объяснил свои действия тем, что цены на нефть сравнялись с показате...

    Политика 20.04.2018

    19

    0

    Посол Сирии надеется пригласить российских дете...

    "Надеюсь, что скоро настанет время, когда Сирия сможет пригласить на отдых на Средиземном море российских детей. "Артек" — прекрасный лаг...

    Политика 20.04.2018

    19

    0

    Глава МИД Германии отметил прогресс в отношения...

    "Все хотят наладить диалог. Однако диалог ради диалога – это только полдела. Я хочу результатов", — заявил Маас.

    Политика 20.04.2018

    21

    0

    Команда Навального учредила новую партию

    Первый учредительный съезд партии основателя Фонда борьбы с коррупцией (ФБК) Алексея Навального прошел в субботу в Москве. На нем члены п...

    Технологии 20.04.2018

    24

    0

    В России планируется запустить бесплатный Wi-Fi

    Новый проект носит название World Wi-Fi, в основу которого вложена система sharing economy. Раздача интернета будет осуществляться посред...

    Москва, Россия

    1 °C Вторник

    22.05.2018

    Слабый снег

    Среда 0 °C 0 °C

    Четверг -1 °C -1 °C

    Пятница -4 °C -4 °C

    <

    Декабрь 2016

    >

    Ваш Фактор

    Узнавайте о новостях первыми!

    Комментируйте нас

    Популярные видео

    Смотреть Больше

    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