ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Радиоизотопные генераторы электрического тока из "Изотопы Свойства, получение, применение Том 2" В упомянутых системах потребности не превышают 100 Вт. Когда требуются мощности энерговыделения около 1000 Вт и выше, предлагаются источники тока с ядерным реактором на основе (см., например, [10, 11]). Как перечисленные выше, так и другие существующие сегодня источники имеют ряд недостатков, в частности, низкий коэффициент полезного действия (КПД). Поэтому проблема совершенствования существующих и создания новых типов источников электрической энергии на основе долгоживущих радиоизотопных материалов не потеряла своей актуальности. Решение этих проблем возможно на основе использования новейших результатов фундаментальных исследований. [c.259] Атомные батареи. Радиоизотопные источники электрической энергии начали активно разрабатываться в сороковых годах 20-го столетия. Первоначально создавались милли- и микроваттные источники, в которых использовались различные виды взаимодействия излучения с веществом. [c.260] Среди известных в настоящее время атомных батарей различают прямые или одноступенчатые, когда непосредственно собираются а- или /3-частицы, испускаемые при радиоактивном распаде (батареи с непосредственным сбором заряда) двухступенчатые, когда собираются отрицательные или положительные заряды, возникающие в результате взаимодействия первичного излучения с веществом (батареи с р-п-переходом, с контактной разностью потенциалов, со вторичной электронной эмиссией) и трёхступенчатые, когда электрическая энергия получается в результате двукратного преобразования (фотоэлектрические батареи). [c.260] Источники такого типа разрабатываются и в настоящее время, используются они для питания сеточных цепей различного рода радиотехнической аппаратуры, приборов инфракрасного видения, эталонов напряжения, для зарядки дозиметров и других целей, т. е. в тех случаях, когда требуется высокая стабильность параметров при низком потреблении энергии. [c.260] Имеется информация об атомной батарее на основе Кг . При активности 800 мкКюри напряжение холостого хода составляло величину около 9 кВ [14]. [c.262] Работы в СССР по созданию атомных батарей прямого сбора относятся к середине 50-х годов прошлого столетия [15-17]. В этих работах наблюдается тенденция использования изотопов с более мягким спектром излучения, например Рт , поскольку использование даже в малых количествах требовало применения тяжёлой радиационной защиты от тормозного излучения. [c.262] Атомные батареи с цилиндрической геометрией эмиттера имели размеры длина — 48 мм, высота — 154 мм при размерах эмиттера /3-частиц длина — 40 мм, высота — 100 мм. В атомных батареях с плоской геометрией электродов-эмиттеров использовался набор пластин размером 35 х 110 х X 3 мм и на обе стороны напылялся радиоактивный препарат на основе В табл. 17.1.1 приведены основные характеристики атомных батарей на Рт [6]. [c.262] Предполагается, что эффективность преобразования кинетической энергии положительно заряженных фрагментов деления в электричество может достигать 80%, а потенциал анода — нескольких миллионов вольт. [c.263] Использование Рт при создании батарей такого типа не только позволило увеличить их срок службы без деградации выходных электрических параметров, но и увеличить выходную электрическую мощность и КПД. Так, в США были разработаны и освоены в промышленном производстве атомные батареи с использованием Рт и кремниевыми преобразователями с товарным знаком Ве1асе11 [21]. Величина электрической мощности в зависимости от модификации батарей составляла от 43 до 400 мкВт при выходном напряжении от 1,35 до 3,2 В с КПД около 1,5%. [c.264] Основные характеристики ряда созданных опытных образцов атомных батарей с р-п-переходом с использованием Рт приведены в табл. 17.1.2. [c.264] В работе [22] предложен новый радиоизотопный источник тока, основанный на вторичной электронной эмиссии, вызванной прохождением а-частиц через тонкие многослойные плёнки. Этот источник тока содержит расположенный в герметичном вакуумном корпусе слой радиоактивного изотопа, по обеим сторонам от которого помещены многослойные, последовательно чередующиеся, электрически изолированные плёночные эмиттеры из двух различных металлов, коэффициенты вторичной эмиссии которых отличаются. Согласно оценкам, проведённым в [22], КПД такого источника тока может достигать 1%, а плотность снимаемого тока — 7 A/ ш . Авторы работы [23] обосновывают возможность создания лазера на углекислом газе с использованием атомной батареи на со вторичной эмиссией электронов [24. [c.266] Радиоизотопные электрогенераторы с тепловым циклом. Кинетическую энергию заряженных частиц и гамма-квантов, сопровождающих радиоактивный распад, можно с высокой эффективностью (близкой к 100%) преобразовать в теплоту при торможении их в радиоактивном веществе и оболочке капсулы, в которой это вещество заключено. Капсулу с радиоизотопом принято называть радионуклидным источником тепла (РИТ). Используя разность температур между поверхностью капсулы РИТ и окружающей средой, теплоту, выделяющуюся при радиоактивном распаде изотопа, можно преобразовать в электрическую энергию как с использованием динамических методов (циклы Ренкина, Брайтона, Стирлинга), так и статическими методами (термоэлектрический, термоэмиссионный, термофотоэлектрический). [c.266] Поступающая на катод тепловая энергия ( 1 расходуется, в основном, на преодоление работы выхода электронов из металла. Но, кроме того, имеются потери энергии вследствие лучеиспускания, конвекции и теплопроводности. [c.267] Надо отметить, что создание термоэмиссионных генераторов сопряжено с серьёзными техническими трудностями, связанными с подбором материалов, стойких по отношению к высоким температурам. [c.268] Развитие исследований по созданию термоэмиссионных источников энергии с использованием радиоизотопов началось в США в начале 60-х годов XX века. Первоначально расчётом было обосновано создание установок с КПД на уровне 28-30% и удельной электрической мощностью 5-10 Вт/см . Однако многолетние экспериментальные исследования, выполненные как в СССР, так и за рубежом, не подтвердили расчётных данных из-за проявившихся принципиальных технологических трудностей, преодоление которых требовало больших финансовых затрат. По-видимому, вследствие этого, основное внимание в последующие годы было уделено разработке и созданию термоэмиссионных ядерных установок (ЯЭУ) реакторного типа. В СССР эти работы успешно были завершены созданием космической термоэмиссионной ЯЭУ Топаз [26]. [c.268] В общем случае термоэлектрический генератор представляет собой радиоизотопный источник тепла, на поверхности которого расположены элементы термоэлектрического преобразователя и конструктивные связи, остальная поверхность окружена изоляцией. Элементы преобразователя соединяются с конструктивными узлами генератора, которые рассеивают тепло в окружающее пространство. Выходное напряжение в подобных источниках пропорционально температурному перепаду и числу последовательно соединённых пар термоэлементов. Для лучших полупроводниковых материалов термо-ЭДС существенно выше, чем для металлов, и равна примерно 1 мВ/град. Термоэлектрический материал р- и п-ветвей характеризуется тремя величинами коэффициентом термо-ЭДС (а), удельной электропроводностью (сг) и коэффициентом теплопроводности (Л). Основным параметром, определяющим эффективность полупроводникового термоэлектрического материала, является его добротность Z = а сг/Л. [c.268] В СССР также было налажено серийное производство РИТЭГ на Sr °, которые нашли применение в качестве источников электроснабжения автономных радиометеорологических станций (АРМС), систем навигационного оборудования (СНО), классных маяков, а также радиомаяков, позволивших обеспечить круглогодичную навигацию по Северному Морскому пути [29. В табл. 17.1.3 представлены характеристики серийных РИТЭГ, нашедших практическое применение. [c.269] Несмотря на несомненно большой экономический эффект, полученный от внедрения РИТЭГ на Sr в народное хозяйство, в настоящее время их выпуск прекращён, а все РИТЭГ, оставшиеся в эксплуатации, демонтируются в связи с окончанием их срока службы и из-за потенциальной опасности загрязнения окружающей среды в случае хищения. [c.269] Вернуться к основной статье