De o jumătate de secol încearcă să dezvolte baterii beta-voltaice - o sursă de energie de nouă generație, dar nimeni nu a ajuns încă la producția industrială. Umplerea bateriei, izotopul nichel-63, nu apare în natură: poate fi produsă numai artificial.
În unele țări, precum Statele Unite, au venit cu tehnologii care fac posibilă obținerea de nichel, dar numai de nichel slab îmbogățit - cu un conținut al izotopului 63 de aproximativ 20%. Nu poți face o baterie nucleară eficientă cu ea. Întreprinderile Rosatom au realizat o îmbogățire de peste 80%.
Bateria nucleară rusă este un proiect comun al Combinatului Chimic de Stat, al unui număr de alte întreprinderi industriale și al Academiei de Științe. „În cadrul cooperării, există mai multe sarcini, principala este integrarea sistemului”, a spus adjunctul șefului Departamentul Tehnic GCC Dmitri Druz. „Acum se desfășoară o serie de lucrări de dezvoltare a tehnologiei de obținere a nichelului cu o îmbogățire ridicată în izotopul 63 și se efectuează o serie de lucrări pentru a crea un prototip de baterie.”
Principiul de funcționare al unei baterii nucleare se bazează pe efectul beta-voltaic: radiația beta a unui izotop radioactiv de nichel este convertită cu ajutorul unui semiconductor în energie electrica. Un analog al efectului fotoelectric, cu diferența că formarea perechilor electron-gaură în rețeaua cristalină a unui semiconductor are loc sub influența particulelor beta (electroni rapizi), și nu a fotonilor.
„Practic, o baterie bazată pe izotopul de nichel-63 constă din patru părți: un convertor semiconductor de radiație beta depus pe ea cu un strat ultrasubțire de izotop de nichel-63 foarte îmbogățit, contactori de baterie și o carcasă ermetică în miniatură”, spune Dmitry Druz. .
SPECIFICAȚII SURSA
100 µW/cm
PUTEREA SPECIFICA
16,6,2 mm
DIMENSIUNI
>50 de ani
DURATA DE VIAȚĂ
20 %
MCC intenționează să primească primul eșantion de baterie nucleară la sfârșitul anului 2016 - începutul lui 2017. În ceea ce privește forma și dimensiunile, sursele sunt adaptate pentru bateriile de clasa microwați, în special pentru stimulatoare neuro și stimulatoare cardiace. În viitor, caracteristicile și caracteristicile produsului vor depinde de aplicație și de cerințele clientului. „Aceștia pot fi factorii de formă obișnuiți - „tablete ”sau baterii degete în miniatură sau factori de formă microminiaturali”, enumeră Dmitry Druz. 
Tehnologia este revoluționară - înaintea tuturor analogilor occidentali cunoscuți astăzi, nici măcar cu un pas, ci cu mai mulți pași. Pentru implementarea proiectului, este necesar să se rezolve probleme științifice fundamentale și aplicate, precum și să se aplice tehnologii industriale„Rosatom”, care le-a ocolit din nou pe cele vestice. Și toate acestea în ansamblu, așa cum ne așteptăm, ne vor permite să creăm un produs unic până la începutul anului viitor. Petr Gavrilov, director general al MCC
În urma interesului față de noutate, în presă au apărut publicații despre evoluțiile altor organizații.
Astfel, o echipă de oameni de știință de la MISiS, TISNUM, MIPT și NPO Luch a creat un prototip al unui nou convertor de energie pentru radiația ionizantă a izotopului nichel-63. Dar aceasta nu este o baterie nucleară, ci un generator nuclear. Șeful echipei de cercetare, șeful Departamentului de Știința Materialelor de Semiconductori și Dielectrici al MISiS, profesorul Yuri Parkhomenko comentează: „Ne-am confruntat cu o sarcină fundamental diferită - dezvoltarea unui generator mecanoelectric de tensiune alternativă stimulat de radiații care funcționează datorită energiei. de radiații ionizante ale izotopului de nichel-63.”
Inima acestei baterii este cantilever, o placă subțire de niobat de litiu piezocristalin cu o structură bidomain. Energia eliberată în izotopul de nichel-63 în timpul dezintegrarii beta este convertită în energia vibrațiilor mecanice ale consolei piezocristaline, care, la rândul său, este transformată într-o tensiune alternativă pe electrozi.
Atât sursele beta-voltaice, cât și cele microelectromecanice (analoage dezvoltării MISiS și partenerilor) au apărut cu mai bine de 10 ani în urmă, dar tuturor le lipsește eficiența și puterea pe care nichelul-63 foarte îmbogățit le poate oferi. După cum notează Dmitry Druz, deja în stadiul actual de cercetare și dezvoltare, este clar că bateria GCC va depăși toate probele de baterie folosind energia dezintegrarii nichel-63 beta. „Sursa noastră are multiple avantaje atât în ceea ce privește eficiența și puterea, cât și în ceea ce privește dimensiunea și nepretenția. Poate fi folosit în cele mai extreme condiții”, a subliniat Dmitri Druz.
O baterie nucleară sub marca Rosatom va deveni în curând o realitate și există toate motivele să credem că acest produs va revoluționa nu numai piața internă, ci și cea mondială.
Consumatorii potențiali
Stimulatoarele medicale folosesc plutoniul-238 ca sursă de energie și durează aproximativ 10 ani. Înlocuirea stimulatoarelor cardiace este o operație complicată; cu o baterie nucleară, deimplantarea nu va fi necesară timp de 50 de ani. În industria nucleară, bateriile nucleare pot fi instalate în senzori de monitorizare a temperaturii și radiațiilor. Bateriile nucleare vor deveni o componentă indispensabilă a rețelelor autonome. echipamente de navigație, sisteme de telemetrie și monitorizare online a unei game largi de parametri. Cu explozie, sursele de lungă durată vor fi acceptate de creatorii diferitelor sisteme subacvatice, cuceritorii Nordului, industria militară.
Productie
Nichelul-63 este o sursă curată de energie: radiația beta moale nu este însoțită de radiații gamma dăunătoare. Timpul de înjumătățire este de 100 de ani. Pentru a produce un izotop sunt necesare două etape de îmbogățire: mai întâi, în centrifuge pentru nichel-62, apoi, după îmbogățire și izolare, pentru nichel-63.
În fiecare casă?
Cine dintre noi nu vrea ca smartphone-urile, computerele sau tabletele să funcționeze 50 de ani fără reîncărcare? Din punct de vedere al siguranței, nu există obstacole: radiația beta de nichel-63 este absorbită de carcasa bateriei. Totuși, există teama că vor fi cei care vor să demonteze bateria. Și apoi pot exista consecințe negative. Există o altă barieră în calea accesului consumatorilor la bateriile și generatoarele nucleare - prețul. Datorită tehnologiei complexe pentru obținerea a 1 g de nichel-63, costă sute de mii de ruble. Chiar dacă bateria are nevoie de mult mai puțin de un gram, este scumpă. Cu toate acestea, atunci când produsul este testat în industrii de înaltă tehnologie, cu cunoștințe intensive, cererea va crește, iar apoi productie industriala nichel-63, iar costul va fi mult mai mic. Întrebare importantă: cum să aruncați sursele compacte de energie nucleară? „Este optim să le predăm pentru procesare pentru a extrage izotopul nedegradat”, a spus Dmitri Druz, șef adjunct al departamentului tehnic MCC.
Sursa de alimentare poate fi folosită și în medicină
Rosatom a prezentat la forumul IX Atomexpo-2017 una dintre cele mai recente evoluții - o baterie nucleară bazată pe izotopul radioactiv nichel-63. Sursa de alimentare unică poate fi utilizată în aplicații medicale și spațiale, economisind milioane de dolari în costurile echipamentelor. În același timp, modelul de expoziție are o dimensiune miniaturală - doar 1 centimetru cub, iar durata de viață a acestuia este de cel puțin 50 de ani.
« Cu cuvinte simple, aceasta este o baterie nucleară și, în termeni științifici, este o sursă de radiație beta, care constă dintr-un element beta-voltar și un convertor semiconductor pe bază de diamant. Nichelul-63 nu există în natură, se obține prin iradierea izotopului natural de nichel-62 cu neutroni într-un reactor nuclear cu prelucrare radiochimică ulterioară și separare în centrifuge cu gaz ”, a spus șeful adjunct al laboratorului Institutului de Cercetare Științifică NPO. Luch într-un interviu cu MK, divizia științifică a întreprinderilor "Rosatom" Alexander Pavkin. El a remarcat că proprietățile nichelului-63 fac din bateria o baterie foarte convenabilă, compactă și, cel mai important, sigură, cu o densitate de putere de 1 microwatt și o tensiune de 2 volți. Specialistul a explicat siguranța unei astfel de surse de energie prin faptul că nichelul-63 este considerat un emițător beta „moale”, deoarece în cazul său nu există nici neutroni, nici radiații gamma, iar electronii radiațiilor beta sunt absorbiți complet de convertor și sunt complet inofensiv pentru oameni.
Totodata, puterea bateriei poate fi crescuta sau micsorata in functie de necesitati: cu cat dimensiunile sunt mai mari, cu atat puterea este mai mare. Potrivit lui Pavkin, o putere de 1 microwatt este suficientă pentru a utiliza o baterie într-un stimulator cardiac sau neurostimulator. Specialistul a mai adăugat că, pe lângă medicină, astfel de surse de energie pot fi folosite în astronautică, precum și o baterie în zone greu accesibile și în condiții extreme.
Este încă dificil de calculat costul unei astfel de baterii miraculoase: totul depinde de cerințele clientului pentru puterea sa. Dar, în orice caz, utilizarea unui astfel de element va rambursa prețul de achiziție foarte repede. „Pentru comparație: este nevoie de 1 milion de dolari pentru a trimite 1 kg de fire în spațiu, dacă le înlocuim cu o sursă de alimentare fără fir, beneficiul este evident”, a subliniat reprezentantul Rosatom.
Dezvoltarea a fost realizată în comun de Institutul de Cercetare „Luch”, cu sediul în Podolsk, împreună cu Institutul Tehnologic de Materiale Superhard și Noi de Carbon (TISNUM, Troitsk). În prezent, bateria este un prototip, dar Rosatom se pregătește deja să lanseze dispozitivul în producție de masă. După cum a menționat Alexander Pavkin, multe companii și potențiali investitori care s-au familiarizat cu eșantionul la expoziție și-au arătat interesul pentru dezvoltare. Rosatom plănuiește să intre pe piețele interne și externe cu invenția sa. Reprezentanții corporației de stat notează că, datorită proprietăților inovatoare, prețul noutății va fi foarte competitiv și îi va permite să câștige popularitate nu numai în Rusia, ci și în Occident.
Potrivit oamenilor de știință și experților, utilizarea surselor de alimentare pe bază de nichel-63 va crea premisele pentru un progres tehnologic în multe domenii. În industrie, astfel de elemente pot fi utilizate în senzori pentru monitorizarea stării clădirilor, conductelor, ele vor fi utile pentru asigurarea funcționării echipamentelor electrice, inclusiv a proiectelor de dezvoltare a Arcticii, pentru asigurarea funcționării tehnologiei spațiale și a roboticii. Producția în serie de noi surse va crea linie nouă dispozitive în microelectronică, în special, microprocesor autonom dispozitive digitale cu sursa de alimentare incorporata. În același timp, Rusia este un inovator în producția de nichel-63 foarte îmbogățit: nu este utilizat în nicio altă țară.
Nichel-63 este o bază foarte convenabilă pentru surse de alimentare beta-voltaice în miniatură, dar în același timp sigure și fără întreținere, cu o durată de viață de cel puțin 50 de ani și densitate mare de putere. Ele pot fi utilizate în diverse domenii, inclusiv cosmonautică și medicină, precum și în diverse condiții extreme și zone greu accesibile.
PE ACEASTĂ TEMĂ
Potrivit participantului la proiect, Alexander Pavkin, șef adjunct al laboratorului Luch, modelul unei surse de alimentare compacte pe bază de nichel-63 este rezultatul unei cercetări finalizate efectuate pe bază de inițiativă. „În acest caz, am primit o sursă de putere de ordinul unui microwatt – este deja suficientă pentru a asigura, de exemplu, funcționarea unui stimulator cardiac”, a subliniat el.
Trebuie remarcat faptul că nichelul-63 nu există în natură. Se obține artificial prin iradierea izotopului natural de nichel-62 cu neutroni într-un reactor nuclear. Ulterior, materialul rezultat este supus prelucrării radiochimice și separării în centrifuge cu gaz.
Lucrarea sursei prezentate se bazează pe nichel cu un nivel de îmbogățire de 20% pentru nichel-63, a spus Alexander Pavkin. Totuși, dacă folosești un nichel mai îmbogățit, a adăugat el, poți crește puterea și, în același timp, poți reduce dimensiunea dispozitivului. „Nichel-63 este așa-numitul emițător beta „moale”. În acest caz, nu există neutroni sau radiații gamma. Iar electronii radiațiilor beta sunt absorbiți complet de convertor, deci, să zicem, dacă o sursă este folosită pentru a opera o stimulator cardiac, nu vor ajunge nici la suprafața pielii”, a spus șeful adjunct al laboratorului Luch.
Să ne amintim că anterior Rosatom a lansat un proiect de amploare în sudul Rusiei. Vorbim despre construcția de parcuri eoliene în Adygea și Teritoriul Krasnodar. Valoarea totală a finanțării pentru următorii 10 ani depășește 63 de miliarde de ruble.
Un acord privind construirea primului parc eolian din Adygeya cu o capacitate de 150 de megawați a fost încheiat anul trecut la Forumul Internațional de Investiții de la Soci. Implementarea proiectului va reduce deficitul sistemului energetic al republicii cu aproximativ o treime.
Un parc eolian sau un parc eolian este o serie de turbine eoliene asamblate într-una sau mai multe locații și combinate în o singură rețea. Parcurile eoliene mari pot consta din 100 sau mai multe turbine eoliene, care permit utilizarea energiei chiar și de la cele mai slabe vânturi - de la 4 metri pe secundă într-un mod rentabil.
În cele din urmă, Rosatom a apărut în poiana noastră a bateriei, prezentând la forumul Atomexpo-2017 baterie nucleară cu o durată de viață de cel puțin 50 de ani. Profitând de această ocazie semnificativă, să luăm în considerare perspectivele de utilizare a atomului pașnic pentru dispozitive mobile.
Baterie atomică (nucleară).- aceasta este încă o baterie, nu o baterie, deoarece prin definiție este o sursă unică de curent electric, fără posibilitatea de reîncărcare. În ciuda acestui fapt, imaginația publică este încântată activ de perspectiva utilizării bateriilor atomice în dispozitivele mobile. Dar mai întâi lucrurile.
Ce anume a prezentat Rosatom la forum? CEOÎntreprinderea Unitară Federală de Stat „NII NPO Luch”, Pavel Zaitsev a declarat că sursa prezentată, care funcționează pe izotopul Ni63, este capabilă să furnizeze 1mkW cu o tensiune de 2V timp de 50 de ani. Pavel Zaitsev vorbește sincer despre caracteristicile curent-tensiune modeste, concentrându-se pe o durată lungă de viață. Probabil, numai din modestie personală, directorul general al Întreprinderii Unitare Federale de Stat „NII NPO Luch” a indicat în specificatii tehnice numai putere, nu capacitatea general acceptată. Dar nu o vom împrumuta mare importanțăși doar calculează capacitatea:
C = 0,000001W * 50 ani * 365 zile * 24 ore / 2V = 219mA
Se dovedește că capacitatea unei baterii nucleare, de dimensiunea unei baterii universale mici, este la fel ca o baterie litiu-polimer (Li-Pol) pentru căști bluetooth! Pavel Zaitsev sugerează utilizarea bateriei sale nucleare în cardiologie, ceea ce este foarte îndoielnic având în vedere o dimensiune atât de mare. Poate că această baterie nucleară poate fi considerată un fel de prototip pentru generarea de electricitate din izotopi, dar Rosatom va trebui să reducă bateria de mii de ori pentru a se potrivi cu stimulatoarele cardiace moderne.
Deloc multumit de pret baterie nucleară- director de stat întreprindere unitară a anunțat prețul izotopului de nichel în dolari (!) 4000USD/gram. Înseamnă asta că componenta principală va fi achiziționată în afara Rusiei? Și câte grame sunt necesare pentru a face o baterie? În același timp, sa remarcat că vor fi necesare și elemente de diamant (nu este clar cât de mult?), Dar costul cărora (deja în ruble) variază de la 10.000 la 100.000 de ruble bucata. Ce va fi cost total o astfel de baterie? Stimulatoarele cardiace din Rusia sunt instalate conform polita de asigurare medicala obligatorie gratuit în situații de urgență sau dacă există cotă. Dacă cota este insuficientă și pentru stimulatoarele cardiace de fabricație străină, pacienții trebuie să plătească singuri. Se vor instala bateriile nucleare pe cheltuiala bugetului MHI sau persoanele în vârstă vor trebui să le achiziționeze separat? Dacă conducerea lui Rosatom și-ar aminti că pensionarii ruși trăiesc în modul „stau ziua și rezistă noaptea”, atunci probabil că și-ar da seama de acea disonanță absurdă dintre durata de viață a spațiului și cost. Acest lucru sugerează că respectatul Pavel Zaitsev folosește în mod activ fondurile alocate pentru cercetare și dezvoltare, fără să se gândească deloc la utilizatorii finali. O evaluare similară a „invenției” Rosatom este dată de utilizatori retele sociale:
Este puțin probabil să fie folosit oriunde. Sunt mai mult decât sigur că bugetul, ca întotdeauna, a fost stăpânit, o parte din el a fost cheltuită pentru prezentare și nimeni nu va vedea niciodată produsul în sine :)
Durata de viață declarată (50 de ani), după cum am ghicit, este doar jumătate din timpul de înjumătățire al Ni 63 (100 de ani). Aceeași logică este folosită de oamenii de știință de la Universitatea din Bristol într-un videoclip conceptual. Spre deosebire de bateria Rosatom, bateria atomică Bristol folosește izotopul C 14 și poate dura 5730 de ani! Universitatea din Bristol a uitat să împartă la 2, dar 2865 de ani este prea lung pentru un stimulator cardiac. Unicitatea conceptului Bristol constă în faptul că problema deșeurilor nucleare este rezolvată prin prelucrarea lor în baterii nucleare.
Dacă ascultați și traduceți cu atenție textul acestui videoclip, veți găsi informații mult mai interesante. În primul rând, originea izotopului C14 este descrisă în detaliu.
Anglia a făcut multe din 1940 reactoare nucleare scopuri științifice, militare și civile. Toate aceste reactoare folosesc uraniu drept combustibil, iar în interiorul reactorului este realizat din blocuri de grafit. Aceste blocuri de grafit sunt folosite în procesul de fisiune nucleară, permițând controlul unei reacții în lanț care produce o sursă constantă de căldură. Această căldură este apoi folosită pentru a transforma apa în abur, care apoi transformă turbinele pentru a produce electricitate. Centralele nucleare produc deșeuri nucleare care trebuie eliminate în siguranță. Trebuie doar să așteptăm ca aceste deșeuri să înceteze să mai fie radioactive. Din păcate, acest lucru durează mii și milioane de ani. Este nevoie, de asemenea, de mulți bani pentru a menține securitatea sub control pentru acești mulți ani. De când folosim reactoare de grafit, Anglia a creat 95.000 de tone de blocuri de grafit care conțin radiații. Acest grafit este doar una dintre formele de carbon, un element simplu și stabil, dar dacă puneți aceste blocuri într-un loc extrem de radioactiv, atunci o parte din carbon se transformă în carbon 14. Carbonul 14 se poate transforma din nou în carbon 12 obișnuit când energia sa suplimentară dispare. Dar acesta este un proces foarte lung, deoarece timpul de înjumătățire al carbonului 14 este de 5730 de ani.
Recent, oamenii de știință de la Institutul Cabot de la Universitatea din Bristol au demonstrat că carbonul 14 este concentrat în blocuri prin radiația din exterior, ceea ce înseamnă că este posibil să se elimine cea mai mare parte a radiațiilor prin încălzirea lor - cea mai mare parte a radiației iese sub formă de gaz, care pot fi apoi colectate.Blocuri de grafit rămase sunt încă radioactive, dar nu la fel de mult, ceea ce înseamnă că va fi mai ușor și mai ieftin să le eliminați.Carbonul radioactiv 14 sub formă de gaz, poate fi transformat la presiuni scăzute și temperaturi ridicate în diamant - aceasta este o altă formă de carbon. Diamantele artificiale, fabricate din carbon radioactiv, emit un flux de radiații beta care poate crea un curent electric. Acest lucru ne oferă energia nucleară a unei baterii cu diamant. Pentru a fi în siguranță pentru utilizarea noastră, este acoperit cu un strat de diamant non-radioactiv, care absoarbe complet toate radiațiile și le transformă în electricitate cu aproape 100%. Nu există piese în mișcare, nici întreținere, diamantul doar produce electricitate. Deoarece diamantul este cea mai dura substanță din lume, nicio altă substanță nu poate oferi o astfel de protecție pentru carbonul radioactiv 14 . Prin urmare, o cantitate foarte mică de radiații poate fi detectată în exterior. Dar aceasta este aproximativ aceeași cantitate de radiație ca o banană, deci este complet sigură. După cum am spus, doar jumătate din carbonul 14 se descompune la fiecare 5730 de ani, ceea ce înseamnă că bateria noastră cu diamant are o viață uimitoare - se va descărca cu 50% abia în 7746. Aceste baterii cu diamant vor fi utilizate cel mai bine acolo unde bateriile convenționale nu pot fi schimbate. De exemplu, în sateliți pentru explorarea spațiului sau pentru dispozitive implantate, cum ar fi stimulatoarele cardiace.
Cerem tuturor să trimită sugestiile lor către #diamondbattery. Dezvoltarea acestui lucru tehnologie nouă ar rezolva multe probleme, de exemplu: deșeuri nucleare, electricitate curată și durată de viață mai lungă a bateriei. Acest lucru ne va duce la „epoca diamantului” a producției de energie.
Un concept foarte frumos al oamenilor de știință de la Bristol în 2016 și o cutie foarte modestă de Rosatom ar putea (?) să fie finalizată într-o zi la centralele cu diamant, dar nu la baterii nucleare pentru dispozitive mobile. Va fi dificil să-i convingi pe oameni să se plimbe cu Fukushima în buzunar, chiar dacă încep să plătească în plus pentru asta.
Utilizarea atomului în scopuri pașnice este una dintre problemele controversate ale timpului nostru, în condițiile în care energia este cel mai monopolizat sector al economiei, când peste 90% din prețul în KW al energiei electrice este reprezentat de impozite și taxe. Eficacitatea atomului pașnic este îndoielnică, deoarece prețul energiei nucleare ieftine condiționat nu include costul consecințelor provocate de om. Prin urmare, unele țări, printre care Germania și Japonia, au decis să renunțe complet la utilizarea atomului în sectorul energetic. Într-adevăr, prin dezvoltarea surselor de energie regenerabilă, nu numai că se poate abandona complet energia nucleară, ci și se poate crea o industrie de înaltă tehnologie, cu milioane de locuri de muncă înalt calificate.
Rezumând, cel mai probabil avem un alt techno-prost „Superacumulator”, și nu o „invenție” inovatoare a erei diamantului. Cu alte cuvinte, folosirea unui atom pașnic în micro-energie este ca și cum ai bărbierit un porc - există mult țipăit, dar puțină lână!