Fél évszázada próbálkoznak béta-voltaikus akkumulátorok – új generációs áramforrás – kifejlesztésével, de még senki sem érte el az ipari termelést. Az akkumulátor töltete, a nikkel-63 izotóp a természetben nem fordul elő: csak mesterségesen lehet előállítani.
Egyes országokban, például az Egyesült Államokban, olyan technológiákkal álltak elő, amelyek lehetővé teszik nikkel előállítását, de csak alacsony dúsítású nikkelt - a 63. izotóp tartalma körülbelül 20%. Nem lehet vele hatékony nukleáris akkumulátort készíteni. A Rosatom vállalatai több mint 80%-os dúsítást értek el.
Az orosz nukleáris akkumulátor az Állami Vegyipari Kombinát, számos más ipari vállalat és a Tudományos Akadémia közös projektje. „Az együttműködés keretében több feladat is van, ezek közül a legfontosabb a rendszerintegráció” műszaki osztály GCC Dmitrij Druz. „Jelenleg számos fejlesztési munka folyik a 63. izotópban nagy dúsítású nikkel előállításának technológiáján, és számos munka folyik az akkumulátor prototípusának létrehozásán.”
Az atomelem működési elve a béta-voltaikus hatáson alapul: a nikkel radioaktív izotópjának béta-sugárzását félvezető segítségével alakítják át elektromos energia. A fotoelektromos hatás analógja, azzal a különbséggel, hogy a félvezető kristályrácsában az elektron-lyuk párok kialakulása béta részecskék (gyors elektronok), nem pedig fotonok hatására történik.
„Alapvetően a nikkel-63 izotóp alapú akkumulátor négy részből áll: a béta-sugárzás félvezető átalakítójából, amely egy ultravékony rétegű, erősen dúsított nikkel-63 izotóppal, akkumulátorkontaktorokból és egy miniatűr zárt házból áll” – mondja Dmitrij Druz. .
FORRÁS SPECIFIKÁCIÓK
100 µW/cm
SPECIFIKUS TELJESÍTMÉNY
16,6,2 mm
MÉRETEK
>50 év
ÉLETTARTAM
20 %
Az MCC 2016 végén – 2017 elején kívánja megkapni az első atomelem mintát. Formáját és méretét tekintve a források mikrowatt-osztályú akkumulátorokhoz, különösen neuro- és pacemakerekhez vannak igazítva. A jövőben a termék jellemzői és jellemzői az alkalmazástól és a vásárlói igényektől függenek. „Ezek lehetnek a szokásos formák - „táblagépek”, vagy miniatűr ujjelemek, vagy mikrominiatűr alakok” – sorolja Dmitrij Druz. 
A technológia áttörést jelent – nem is egy lépéssel, hanem több lépéssel megelőzi a ma ismert nyugati analógokat. A projekt megvalósításához alapvető és alkalmazott tudományos problémák megoldása, valamint jelentkezés szükséges ipari technológiák„Rosatom”, amely ismét megkerülte a nyugatiakat. Mindez pedig összességében – ahogy azt várjuk – lehetővé teszi, hogy a jövő év elejére egyedi terméket hozzunk létre. Petr Gavrilov, az MCC vezérigazgatója
Az újdonság iránti érdeklődés nyomán megjelentek a sajtóban publikációk más szervezetek fejlesztéseiről.
Így a MISiS, a TISNUM, a MIPT és az NPO Luch tudósaiból álló csapat létrehozta a nikkel-63 izotóp ionizáló sugárzására szolgáló új energiaátalakító prototípusát. De ez nem nukleáris akkumulátor, hanem atomgenerátor. A kutatócsoport vezetője, a MISiS Félvezetők és Dielektrikumok Anyagtudományi Tanszékének vezetője, Jurij Parkhomenko professzor így nyilatkozott: „Egy alapvetően más feladattal álltunk szemben - egy sugárzás által stimulált mechanoelektromos váltakozó feszültségű generátor kifejlesztésével. a nikkel-63 izotóp ionizáló sugárzása."
Ennek az akkumulátornak a szíve a konzol, egy vékony piezokristályos lítium-niobát lemez, amelynek bidomén szerkezete van. A nikkel-63 izotópban a béta-bomlás során felszabaduló energia a piezokristályos konzol mechanikai rezgésének energiájává alakul, amely viszont az elektródákon váltakozó feszültséggé alakul.
Mind a béta-voltaikus, mind a mikroelektromechanikai források (a MISiS és a partnerek fejlesztésével analóg módon) több mint 10 éve jelentek meg, de mindegyikből hiányzik az a hatékonyság és teljesítmény, amelyet a nagymértékben dúsított nikkel-63 nyújtani tud. Ahogy Dmitrij Druz megjegyzi, már a K+F jelenlegi szakaszában egyértelmű, hogy a GCC akkumulátor minden akkumulátormintát felülmúl a nikkel-63 béta bomlási energiáját felhasználva. „Forrásunknak számos előnye van mind a hatékonyság és a teljesítmény, mind a méret és az igénytelenség tekintetében. A legszélsőségesebb körülmények között is használható” – hangsúlyozta Dmitrij Druz.
Hamarosan valósággá válik egy nukleáris akkumulátor a Rosatom márkanév alatt, és minden okkal feltételezhető, hogy ez a termék nemcsak a hazai, hanem a világpiacot is forradalmasítja.
Potenciális fogyasztók
Az orvosi pacemakerek plutónium-238-at használnak energiaforrásként, és körülbelül 10 évig működnek. A pacemakerek cseréje bonyolult művelet, nukleáris akkumulátorral 50 évig nem lesz szükség deimplantációra. A nukleáris iparban az atomelemek hőmérséklet- és sugárzásfigyelő érzékelőkbe helyezhetők. A nukleáris akkumulátorok az autonóm hálózatok nélkülözhetetlen elemeivé válnak. navigációs berendezések, telemetriai rendszerek és számos paraméter online monitorozása. A hosszan lejátszódó forrásokat dübörgéssel fogadják majd a különféle víz alatti rendszerek alkotói, az északi hódítók, a hadiipar.
Termelés
A nikkel-63 tiszta energiaforrás: a lágy béta-sugárzást nem kíséri káros gamma-sugárzás. A felezési idő 100 év. Izotóp előállításához a dúsítás két szakasza szükséges: először a nikkel-62 centrifugáiban, majd a dúsítás és az izolálás után a nikkel-63 esetében.
Minden házba?
Ki ne szeretné, ha az okostelefonok, számítógépek vagy táblagépek 50 évig újratöltés nélkül működnének? Biztonsági szempontból ennek nincs akadálya: a nikkel-63 béta sugárzását az akkumulátor háza nyeli el. Félő azonban, hogy lesz, aki szét akarja szedni az akkumulátort. És akkor negatív következményei lehetnek. Van egy másik akadály is a fogyasztók nukleáris akkumulátorokhoz és generátorokhoz való hozzáférésében – az ár. Az 1 g nikkel-63 előállításának összetett technológiája miatt ez több százezer rubelbe kerül. Annak ellenére, hogy az akkumulátornak jóval kevesebb, mint egy grammra van szüksége, drága. Ha azonban a terméket tudásintenzív, high-tech iparágakban tesztelik, a kereslet nőni fog, majd a ipari termelés nikkel-63, és a költség sokkal alacsonyabb lesz. Fontos kérdés: hogyan kell ártalmatlanítani a kompakt atomenergia-forrásokat? „Az optimális, ha átadjuk őket feldolgozásra, hogy kinyerjük a nem bomló izotópot” – mondta Dmitrij Druz, az MCC műszaki osztályának helyettes vezetője.
A tápegység az orvostudományban is használható
A Rosatom a IX Atomexpo-2017 fórumon bemutatta az egyik legújabb fejlesztést - a nikkel-63 radioaktív izotóp alapú nukleáris akkumulátort. Az egyedülálló tápegység orvosi és űrkutatási alkalmazásokban használható, így több millió dollárt takaríthat meg a berendezések költségein. Ugyanakkor a kiállítási modell miniatűr méretű - csak 1 köbcentiméter, élettartama pedig legalább 50 év.
« Egyszerű szavakkal, ez egy nukleáris akkumulátor, tudományos értelemben pedig béta sugárzás forrása, amely egy béta-voltár elemből és egy gyémánt alapú félvezető átalakítóból áll. A nikkel-63 nem létezik a természetben, a természetes nikkel-62 izotóp neutronokkal történő besugárzásával nyerik atomreaktorban, további radiokémiai feldolgozással és gázcentrifugákban történő elválasztással” – mondta a Tudományos Kutatóintézet NPO laboratóriumának helyettes vezetője. Luch egy interjúban az MK-val, a "Rosatom" vállalati tudományos részlegével, Alexander Pavkinnal. Megjegyezte, hogy a nikkel-63 tulajdonságai miatt az akkumulátor nagyon kényelmes, kompakt és ami a legfontosabb: biztonságos akkumulátor, 1 mikrowatt teljesítménysűrűséggel és 2 voltos feszültséggel. A szakember azzal magyarázta egy ilyen áramforrás biztonságát, hogy a nikkel-63 „puha” béta-kibocsátónak számít, mivel esetében nincs sem neutron-, sem gamma-sugárzás, a béta-sugárzás elektronjait pedig teljesen elnyeli a konverter és teljesen ártalmatlan az emberre.
Ugyanakkor az akkumulátor teljesítménye az igények alapján növelhető vagy csökkenthető: minél nagyobbak a méretek, annál nagyobb a teljesítmény. Pavkin szerint 1 mikrowatt teljesítmény elegendő ahhoz, hogy egy akkumulátort pacemakerben vagy neurostimulátorban használjunk. A szakember azt is hozzátette, hogy a gyógyászat mellett az űrhajózásban is használhatók ilyen áramforrások, illetve nehezen megközelíthető helyeken és extrém körülmények között akkumulátor is használható.
Még mindig nehéz kiszámítani egy ilyen csodaakkumulátor költségét: minden attól függ, hogy az ügyfél milyen teljesítményigényeket támaszt. De mindenesetre egy ilyen elem használata nagyon gyorsan megtéríti a vételárát. „Összehasonlításképpen: 1 millió dollárba kerül 1 kg vezetéket az űrbe juttatni, ha vezeték nélküli áramforrásra cseréljük, az előny nyilvánvaló” – hangsúlyozta a Roszatom képviselője.
A fejlesztést a podolszki székhelyű Luch Kutatóintézet és a Szuperkemény és Új Szén Anyagok Technológiai Intézete (TISNUM, Troitsk) közösen végezte. Jelenleg az akkumulátor prototípusa, de a Rosatom már készül a készülék tömeggyártásba bocsátására. Mint Alekszandr Pavkin megjegyezte, számos cég és potenciális befektető, aki a kiállításon megismerkedett a mintával, érdeklődött a fejlesztés iránt. A Rosatom a hazai és a külföldi piacra kíván belépni találmányával. Az állami vállalat képviselői megjegyzik, hogy az innovatív tulajdonságok miatt az új termék ára nagyon versenyképes lesz, és lehetővé teszi, hogy nemcsak Oroszországban, hanem Nyugaton is népszerűvé váljon.
A tudósok és szakértők szerint a nikkel-63 alapú tápegységek használata számos területen megteremti a technológiai áttörés előfeltételeit. Az iparban az épületek, csővezetékek állapotának felügyeletére szolgáló szenzorokban használhatók az ilyen elemek, hasznosak lesznek az elektromos berendezések működésének biztosítására, így az Északi-sarkvidék fejlesztésére irányuló projektekre, az űrtechnológia és a robotika működésének biztosítására. Új források sorozatgyártása jön létre új sor mikroelektronikai eszközök, különösen autonóm mikroprocesszor digitális eszközök beépített tápegységgel. Ugyanakkor Oroszország újító a nagymértékben dúsított nikkel-63 gyártásában: más országban nem használják.
A Nickel-63 nagyon kényelmes alap a miniatűr, de ugyanakkor biztonságos és karbantartást nem igénylő, legalább 50 éves élettartamú és nagy teljesítménysűrűségű béta-voltaikus tápegységekhez. Különféle területeken használhatók, beleértve a kozmonautikát és az orvostudományt, valamint különféle extrém körülmények között és nehezen elérhető területeken.
EBBEN A TÉMÁBAN
A projekt résztvevője, Alekszandr Pavkin, a Luch-laboratórium helyettes vezetője szerint a nikkel-63 alapú kompakt áramforrás modellje egy kezdeményezésre végzett, befejezett kutatómunka eredménye. „Ebben az esetben egy mikrowatt nagyságrendű forrásteljesítményt kaptunk – ez már elegendő például egy pacemaker működésének biztosításához” – hangsúlyozta.
Meg kell jegyezni, hogy a nikkel-63 nem létezik a természetben. Mesterségesen nyerik a természetes nikkel-62 izotóp neutronokkal történő besugárzásával egy atomreaktorban. Ezt követően a kapott anyagot radiokémiai feldolgozásnak és gázcentrifugákban történő szétválasztásnak vetik alá.
A bemutatott forrás munkája nikkelen alapul, 20%-os dúsítási szinttel a nikkel-63 esetében, mondta Alexander Pavkin. Ha azonban dúsabb nikkelt használunk – tette hozzá – növelhetjük a teljesítményt, és egyben csökkenthetjük a készülék méretét. "A nikkel-63 az úgynevezett "puha" béta-sugárzó. Ebben az esetben nincs neutron- vagy gamma-sugárzás. A béta-sugárzás elektronjait pedig teljesen elnyeli a konverter, így mondjuk ha egy forrást használnak egy pacemakert, még a bőr felszínét sem érik el” – mondta a luchi laboratórium helyettes vezetője.
Emlékezzünk vissza, hogy korábban a Roszatom nagyszabású projektet indított Oroszország déli részén. Szélerőművek építéséről beszélünk Adygeában és Krasznodar terület. A finanszírozás teljes összege a következő 10 évre meghaladja a 63 milliárd rubelt.
Az első, 150 megawatt teljesítményű adygeai szélerőmű megépítéséről tavaly született megállapodás a Szocsiban rendezett Nemzetközi Befektetési Fórumon. A projekt megvalósítása mintegy harmadával csökkenti a köztársaság energiarendszerének hiányát.
A szélpark vagy szélerőmű szélturbinák sorozata, amelyeket egy vagy több helyen szerelnek össze, és egyesítenek egymással egyetlen hálózat. A nagy szélerőművek 100 vagy több szélturbinából is állhatnak, amelyek lehetővé teszik a leggyengébb szél energiájának – másodpercenkénti 4 métertől – költséghatékony felhasználását.
Végül a Roszatom feltűnt akkumulátoros rétenünk, az Atomexpo-2017 fórumon. nukleáris akkumulátor legalább 50 éves élettartammal. Kihasználva ezt a jeles alkalmat, tekintsük át a békés atom felhasználásának lehetőségeit mobil eszközök.
Atom (nukleáris) akkumulátor- ez még mindig akkumulátor, nem akkumulátor, hiszen definíció szerint egyszeri elektromos áramforrás, újratöltési lehetőség nélkül. Ennek ellenére a közvélemény fantáziáját aktívan izgatja az atomelemek mobileszközökben való felhasználásának lehetősége. De először a dolgok.
Pontosan mit mutatott be a Roszatom a fórumon? vezérigazgató Szövetségi Állami Egységes Vállalat "NII NPO Luch", Pavel Zaitsev kijelentette, hogy a bemutatott forrás, amely a Ni63 izotópon működik, 1mkW 2V feszültséggel 50 évig képes leadni. Pavel Zaitsev őszintén beszél szerény áram-feszültség jellemzőkről, a hosszú élettartamra összpontosítva. Valószínűleg kizárólag személyes szerénységből jelezte a NII NPO Luch Szövetségi Állami Egységes Vállalat vezérigazgatója. Műszaki adatok csak a hatalom, nem az általánosan elfogadott kapacitás. De nem adjuk kölcsön nagyon fontosés csak számolja ki a kapacitást:
C = 0,000001 W * 50 év * 365 nap * 24 óra / 2 V = 219 mA
Kiderült, hogy egy kis univerzális akkumulátor méretű nukleáris akkumulátor kapacitása pont olyan, mint a bluetooth fejhallgató lítium-polimer (Li-Pol) akkumulátora! Pavel Zaicev azt javasolja, hogy nukleáris akkumulátorát a kardiológiában használják, ami komoly kétségeket vet fel, tekintve, hogy ilyen hatalmas méretben van. Talán ez a nukleáris akkumulátor egyfajta prototípusnak tekinthető az elektromos áram izotópokból történő előállításához, de a Rosatomnak ezerszer kell csökkentenie az akkumulátort, hogy megfeleljen a modern pacemakereknek.
Egyáltalán nem elégedett az árral nukleáris akkumulátor- az állam igazgatója egységes vállalkozás bejelentette a nikkel izotóp árát dollárban (!) 4000USD/gramm. Ez azt jelenti, hogy a fő alkatrészt Oroszországon kívül vásárolják meg? És hány gramm kell egy akkumulátor elkészítéséhez? Ugyanakkor megjegyezték, hogy gyémánt elemekre is szükség lesz (az sem világos, hogy mennyi?), De amelyek költsége (már rubelben) darabonként 10 000 és 100 000 rubel között mozog. Mi lesz összköltsége ilyen akkumulátor? Az oroszországi szívritmus-szabályozók a szerint vannak telepítve kötelező egészségbiztosítási kötvény sürgősségi esetekben vagy kvóta esetén ingyenes. Ha a kvóta nem elegendő, és a külföldi gyártású pacemakerek esetében a betegeknek maguknak kell fizetniük. Az MHI költségvetésének terhére nukleáris akkumulátorokat telepítenek, vagy az időseknek külön kell beszerezniük? Ha a Roszatom vezetése emlékezne arra, hogy az orosz nyugdíjasok a „nappal maradni és éjszaka kitartani” módban élnek, akkor valószínűleg rájönnének arra az abszurd disszonanciára, amely a tér élettartama és a költségek között van. Ez arra utal, hogy a tisztelt Pavel Zaicev aktívan használja fel a K+F-re elkülönített forrásokat, anélkül, hogy a végfelhasználókra gondolna. Hasonló értékelést adnak a felhasználók a Rosatom "találmányáról". közösségi hálózatok:
Nem valószínű, hogy bárhol is használják. Több mint biztos vagyok benne, hogy a költségvetést, mint mindig, most is elsajátították, egy részét a bemutatóra költötték, magát a terméket pedig soha senki nem fogja látni :)
A bejelentett élettartam (50 év), ahogy sejtettük, csak a fele a Ni 63 felezési idejének (100 év). Ugyanezt a logikát alkalmazzák a Bristoli Egyetem tudósai egy koncepcióvideóban. A Rosatom akkumulátorral ellentétben a Bristol atom akkumulátor C 14 izotópot használ, és 5730 évig bírja! A Bristoli Egyetem elfelejtett 2-vel osztani, de 2865 év túl hosszú egy pacemaker számára. A bristoli koncepció egyedisége abban rejlik, hogy a nukleáris hulladékok problémáját azok feldolgozásával oldják meg nukleáris akkumulátorok.
Ha figyelmesen meghallgatja és lefordítja ennek a videónak a szövegét, sokkal több érdekes információt találhat. Először a C 14 izotóp eredetét ismertetjük részletesen.
Anglia sokat tett 1940 óta atomreaktorok tudományos, katonai és polgári célokra. Mindezek a reaktorok uránt használnak tüzelőanyagként, és a reaktor belsejében grafittömbök vannak. Ezeket a grafitblokkokat a maghasadási folyamatban használják, lehetővé téve az állandó hőforrást előállító láncreakció szabályozását. Ezt a hőt használják fel a víz gőzzé alakítására, amely aztán a turbinákat elektromos áram előállítására. Az atomerőművek nukleáris hulladékot termelnek, amelyet biztonságosan kell ártalmatlanítani. Csak meg kell várnunk, amíg ez a hulladék megszűnik radioaktív lenni. Sajnos ehhez több ezer és millió év kell. Sok pénz kell ahhoz is, hogy a biztonságot ennyi éven át kordában tartsuk. Mióta grafitreaktorokat használunk, Anglia 95 000 tonna sugárzást tartalmazó grafittömböt hozott létre. Ez a grafit csak a szén egyik formája, egy egyszerű és stabil elem, de ha ezeket a blokkokat erősen radioaktív helyre helyezzük, akkor a szén egy része 14-es szénné alakul. A 14-es szén visszaalakulhat normál szénné 12, ha többletenergiája elfogy. De ez nagyon hosszú folyamat, mert a 14 szén felezési ideje 5730 év.
A Bristoli Egyetem Cabot Intézetének tudósai a közelmúltban kimutatták, hogy a 14-es szén tömbökben koncentrálódik a kívülről érkező sugárzás hatására, ami azt jelenti, hogy a sugárzás nagy része melegítéssel eltávolítható – a sugárzás nagy része gáz formájában távozik. , amit aztán össze lehet gyűjteni A megmaradt grafittömbök még radioaktívak , de nem annyira, ami azt jelenti, hogy könnyebb és olcsóbb lesz az ártalmatlanításuk.A radioaktív szén 14 gáz formájában, alacsony nyomáson átalakítható és a magas hőmérséklet gyémánttá – ez a szén egy másik formája.A radioaktív szénből előállított mesterséges gyémántok béta-sugárzást bocsátanak ki, amely elektromos áramot hozhat létre.Ez a gyémánt akkumulátor nukleáris energiáját adja.A biztonság kedvéért használatunkhoz nem radioaktív gyémánt réteggel van bevonva, ami teljesen elnyeli az összes sugárzást és majdnem 100%-ban elektromossággá alakítja.Nincs mozgó alkatrész, nincs karbantartás, a gyémánt csak áramot termel. Mivel a gyémánt a világ legkeményebb anyaga, egyetlen más anyag sem tud ilyen védelmet nyújtani a radioaktív szén számára 14 . Ezért nagyon kis mennyiségű sugárzás észlelhető kívülről. De ez körülbelül akkora sugárzás, mint egy banán, tehát teljesen biztonságos. Mint mondtuk, a 14-es szénnek csak a fele bomlik le 5730 évente, ami azt jelenti, hogy gyémánt akkumulátorunk elképesztő élettartammal rendelkezik – 50%-kal csak 7746-ban fog lemerülni. Ezeket a gyémánt elemeket ott lehet legjobban használni, ahol a hagyományos elemeket nem lehet cserélni. Például műholdakban űrkutatáshoz vagy beültetett eszközökhöz, például pacemakerekhez.
Kérünk mindenkit, hogy javaslatait küldje el a #gyémánt akkumulátor címre. Ennek fejlesztése új technológia sok problémát megoldana, például: nukleáris hulladék, tiszta elektromosság és hosszabb akkumulátor-élettartam. Ezzel az energiatermelés "gyémántkorába" jutunk el.
A bristoli tudósok nagyon szép koncepciója 2016-ban és egy nagyon szerény doboz Rosatom talán (?) egyszer véglegesíthető gyémánterőművekké, de nem atomelemekké a mobileszközökhöz. Nehéz lesz rávenni az embereket, hogy Fukusimával a zsebükben mászkáljanak, még akkor is, ha elkezdenek ezért külön fizetni.
Az atom békés célú felhasználása korunk egyik vitatott kérdése, tekintve, hogy az energia a gazdaság legmonopolizáltabb ágazata, amikor a villamos energia KW árának több mint 90%-át adók és illetékek teszik ki. A békés atom hatékonysága megkérdőjelezhető, hiszen a feltételesen olcsó atomenergia ára nem tartalmazza az ember okozta következmények költségeit. Ezért néhány ország, köztük Németország és Japán, úgy döntött, hogy teljesen felhagy az atom energiaszektorban való használatával. Valójában a megújuló energiaforrások fejlesztésével nemcsak az atomenergiáról lehet teljesen lemondani, hanem egy csúcstechnológiás ipart is létrehozhat több millió magasan képzett munkahelyet.
Összegezve, nagy valószínűséggel van egy újabb "szuperakkumulátoros" techno-bolondunk, és nem a gyémántkorszak áttörő "találmánya". Vagyis egy békés atomot mikroenergiában használni olyan, mint egy disznót borotválni – sok a visítás, de kevés a gyapjú!