Atom batareyasi

Atom batareyasi.

Atom batareyasi yoki radioizotop generatori — bu elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun radioaktiv izotoplarni faollahtirish natijsida ajraluvchi energiyani elektr energiyasiga aylanirish hisobiga ishlaydigan qurulma. . Yadro reaktorlari singari, ular yadro energiyasidan elektr energiyasini ishlab chiqaradilar, ammo ular zanjirli reaktsiyadan foydalanmasliklari bilan farq qiladi. ular texnik jihatdan elektrokimyoviy emas va ularni zaryadlash yoki qayta zaryadlash mumkin emas. Ular juda qimmat, lekin juda uzoq umr va yuqori energiya zichligiga ega, shuning uchun ular odatda uzoq vaqt davomida toʻxtovsiz ishlashi kerak boʻlgan kosmik apparatlar, yurak stimulyatori, suv osti tizimlari va avtomatlashtirilgan ilmiy stansiyalar uchun quvvat manbalari sifatida ishlatiladi.

100 yildan ortiq xizmat qilish muddatiga ega kelajak akkumulyatorini yaratish texnologiyasi radioaktiv manbaning chiqariladigan energiyasini elektr energiyasiga aylantirish gʻoyasiga asoslangan.

Radioaktiv izotop elektronlar oqimini chiqaradi va ular elektr energiyasini hosil qiladi. Beta — nurlanish manbasini yaratuvchi izotop elektronining paydo boʻlishi tufayli foto-o‘zgartirgichning analogini yaratish lozim, lekin bu uchun quyosh kerak emas. Hozir butun dunyo olimlari radioizotoplar energiyasi hisobiga ishlay oladigan quvvat manbalarini yaratish ustida ishlamoqda. Yadro batareyalarining eksperimental namunalari Rossiya, Shveysariya va AQShda mavjud.

Olimlar ishlanmalarining afzalligi shundaki, ularning texnologiyasi asosida yaratilgan mahsulot ekologik toza, arzon va uzoq xizmat muddatiga ega boʻladi. Bu afzalliklar, birinchi navbatda, yangi akkumulyatorda radioaktiv manba sifatida uglerod-14 dan foydalanish hisobiga taʼminlanadi. Ushbu elementning yarim umri 5700 yil va, masalan, Ni-63 dan farqli oʻlaroq, uglerod-14 toksik emas va arzon narxga ega.

Radioaktiv batareyaning afzalliklari va kamchiliklari

Tarixdan maʼlumki, radiatsiya bilan bogʻliq hamma narsa qoʻrquv bilan qabul qilinadi. Uglerod-14 radiatsiyasi yetarlicha zaif va xavf tugʻdirmaydi. Atom modeli „choʻntak reaktori“ emas va insoniyatga xavf tugʻdirmaydi. Barcha mavjud atom batareyalari optimallashtirilmagan. Bu ularning barchasida beta-manbaning ortiqcha miqdori borligini anglatadi. Agar manba juda qalin boʻlsa, reaktsiya paytida hosil boʻlgan elektronlar undan ajralib chiqa olmaydi. Fan tilida bu jarayon oʻz-oʻzidan soʻrilish deb ataladi. Agar batareyalar juda nozik manbadan tayyorlangan boʻlsa, vaqt birligidagi beta parchalanish soni kamayadi. Xuddi shu muammolar o‘zgartirgichni ishlab chiqarishda ham kuzatiladi. Batareyaning eng qimmat qismi radioaktiv izotopdir. radioaktiv element uchun „radioaktiv qatlam“ sifatida printsipial jihatdan yangi struktura ishlatiladi — g‘ovakli kremniy karbid geterostrukturasi. Samara universiteti olimlari tomonidan patentlangan texnologiya anʼanaviy texnologiyadan butunlay farq qiladi: „endotaksiya usuli“ yordamida tayyor kremniy radioaktiv qatlamda karbid plyonkasi quriladi

Kremniy karbid strukturasining afzalligi uning nurlanishga chidamliligidir. Izotop chiqarilganda, u deyarli oʻzgarmaydi, bu esa Samara universiteti olimlari texnologiyasi boʻyicha ishlab chiqarilgan batareya uzoq vaqt davomida cheksiz (inson hayoti standartlari boʻyicha) ishlaydi, deb aytishga imkon beradi. „Abadiy“ akkumulyatorlar murakkab mexanizmlarni yaratishda keng qoʻllanishi mumkin, chunki kremniy — karbid 350℃ darajagacha boʻlgan haroratga bardosh bera oladi. Kremniy radioaktiv qatlamda nano va mezoporlarni yasash, so‘ngra ularning beqaror xususiyatlarini barqarorga aylantirish hamda silikon fazani silikon karbid fazasiga oʻtkaziladi. Bundan tashqari, u yarim oʻtkazgich materialidir. U kimyoviy jihatdan ancha barqaror, 350℃ darajagacha boʻlgan haroratda ishlashga qodir. Silikon harorat sensorlari maksimal 200℃ gacha ishlaydi. Silikon karbid 150℃ daraja yuqori haroratlarda ishlaydi. Bu kremniydan 10 baravar koʻproq passiv nurlanish, yaʼni, kremniy karbidida radiatsiya darajasi 10 baravar yuqori boʻladi.

Qoʻllanilish sohasi

Barcha yadro batareyalarining afzalligi shundaki, ular −100 … + 100 ℃ oraligʻida katta harorat oʻzgarishlarida samarali ishlashi mumkin. Bunday barqarorlik ularni qoʻllash doirasini kengaytirish imkonini beradi. Jumladan, hatto eng yaxshi batareyalar ham normal ishlay olmaydigan joylarda bemalol ishlay oladi. Avvalo, yangi batareyalar tibbiyot muassasalariga foydalanaladi. Birinchi namunalar tibbiy yurak stimulyatori bilan ishlashga moslashtiriladi. Yangi batareyalar uzoq muddatli quvvat manbaiga aylanadi, shu bilan birga qurilmaning hajmi umuman oʻzgarmaydi. Bunday yurak stimulyatori uzoq vaqt ishlay oladi va batareyani almashtirishni talab qilmaydi. Yangi energiya manbasining ikkinchi isteʼmolchisi kosmik sanoat boʻladi. Batareyalar kosmik kemalarda ishlatiladi.

Tarixi.

Yadro akkumulyatori texnologiyasini 1913- yilda Genri Mozili birinchi marta zaryadlangan zarrachalar nurlanishi natijasida hosil boʻladigan tokni koʻrsatganida boshlangan. Ushbu soha 1950 va 1960- yillar davomida kosmik ehtiyojlar uchun uzoq umr quvvat manbalarini talab qiladigan ilovalar uchun chuqur tadqiqot eʼtiborini tortdi. 1950-yillarning boshlarida RCAning dastlabki tadqiqot va ishlanmalaridan boshlab, yadroviy manbalardan elektr energiyasini olish uchun koʻplab turlar va usullar ishlab chiqilgan. Ilmiy tamoyillardan yaxshi maʼlum, ammo zamonaviy nano-miqyosli texnologiya va yangi keng diapazonli yarimoʻtkazgichlar yangi qurilmalar va qiziqarli material xususiyatlarini ilgari mavjud boʻlmagan holda yaratdi.

Yadro akkumulyatorlarini energiya konvertatsiya qilish texnologiyasi boʻyicha ikkita asosiy guruhga boʻlish mumkin: termal konvertorlar va issiqlik boʻlmagan konvertorlar . Issiqlik turlari yadroviy parchalanish natijasida hosil boʻlgan issiqlikning bir qismini elektr energiyasiga aylantiradi. Eng koʻzga koʻringan misol — tez-tez kosmik kemalarda ishlatiladigan radioizotop termoelektr generatori (RTG). Termal boʻlmagan konvertorlar energiyani issiqlikka parchalanishidan oldin toʻgʻridan-toʻgʻri chiqadigan nurlanishdan chiqaradi.

Atom batareyalari odatda 0,1-5% samaradorlikka ega. Yuqori samarali betavoltaik qurilmalar 6-8% samaradorlikka erishishi mumkin.

Radioizotopli termoelektr generatori

Radioizotopli termoelektr generatori (RTG, RITEG), baʼzan radioizotop quvvat tizimi (RPS) deb ataladi, tegishli radioaktiv moddaning parchalanishi natijasida ajralib chiqadigan issiqlikni elektr energiyasiga aylantirish uchun bir qator termojuftlardan foydalanadigan yadro batareyasining bir turi. Seebek effekti. Ushbu turdagi generatorda harakatlanuvchi qismlar yoʻq. Ular quyosh energiyasiga muhtoj emasligi sababli, RTGlar uzoq vaqt davomida uzoq va ogʻir muhitlar uchun idealdir va ularning harakatlanuvchi qismlari yoʻqligi sababli qismlarning eskirishi yoki notoʻgʻri ishlashi xavfi yoʻq.

RTGlar odatda yonilgʻi xujayralari, batareyalar yoki generatorlar iqtisodiy jihatdan taʼminlash uchun juda uzoq vaqt va quyosh batareyalari amaliy boʻlmagan joylarda bir necha yuz vatt (yoki undan kam) quvvat talab qiladigan texnik xizmat koʻrsatilmagan vaziyatlar uchun eng maqbul quvvat manbai hisoblanadi. RTGlar sunʼiy yoʻldoshlarda, kosmik zondlarda va Sovet Ittifoqi tomonidan Arktika doirasida qurilgan bir qator mayoqlar kabi ekipajsiz masofaviy ob’ektlarda quvvat manbalari sifatida ishlatilgan.

RTG dan xavfsiz foydalanish uchun radioizotoplar qurilmaning ishlash muddati tugaganidan keyin uzoq vaqt davomida saqlanishi kerak.

Radionuklid generatori.

Radionuklid generatori — bu uzoq umr koʻradigan asosiy radionuklidning parchalanishi natijasida qisqa muddatli radioaktiv moddaning mahalliy taʼminotini taʼminlaydigan qurilma. Ular odatda yadro tibbiyotida radiofarmatsiyani taʼminlash uchun ishlatiladi.[1] [2][3]

Generatordan foydalanish qisqa muddatli radionuklidlarni dastlabki ishlab chiqarish joyidan (odatda yadroviy reaktor) alohida foydalanuvchilarga tarqatish muammosidan qochadi; tranzitda parchalanish tufayli faoliyatning yoʻqolishi juda kam taʼminlanishiga yoki ancha kattaroq boshlangʻich miqdorlarni joʻnatish zarurligiga olib kelishi mumkin .[4] Radionuklidlarni joyida ishlab chiqarish uchun generatorlarga alternativa siklotrondir, garchi bir xil radionuklidni ikkala usul bilan ham taʼminlash mumkinligi kam uchraydi. Kattaroq markazlarda siklotronlarga ega boʻlish mumkin, ammo ular generatorlarga qaraganda ancha qimmat va murakkab. Baʼzi hollarda generator uchun asosiy radionuklidni ishlab chiqarish uchun siklotron ishlatiladi.[5]