30k
8 лет назад · 3 фото · 6446 просмотров · 59 комментариев
Российские физики создали мощные и долговечные ядерные батарейки (3 фото)
Метки: #достижения #наука #ядерная физика
Энергия выделяется за счёт распада радиоактивного изотопа.
Физики из Московского физико-технического института (МФТИ), Технологического института сверхтвёрдых и новых углеродных материалов(ТИСНУМ) и Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» разработали новый источник питания. Электроэнергия в нём производится за счёт бета-распада никеля-63.
Плотность запасённой энергии составляет 3300 милливатт-часов на грамм, что является лучшим результатом среди подобных устройств и в десять раз превосходит показатели традиционных батареек. Кроме того, важным преимуществом такого источника энергии является его срок службы (десятки лет). Это позволит использовать его там, где подзарядка неуместна или невозможна, например, для питания кардиостимуляторов и космических аппаратов.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Diamond and Related Materials группой во главе с Владимиром Бланком, директором ТИСНУМ и заведующим кафедрой «Физика и химия наноструктур» МФТИ.
Традиционные батарейки или, говоря по-научному, гальванические элементы используют энергию химических реакций. Они дёшевы и компактны, но имеют серьёзный недостаток: быстро «садятся». Наверное, каждый владелец смартфона, ноутбука или другого мобильного устройства попадал из-за этого в неудобные ситуации.
Впрочем, это ещё цветочки по сравнению с проблемами людей, пользующихся кардиостимуляторами. Режим «подзарядись или умри» вряд ли кому-то покажется комфортным.
Плотность запасённой энергии составляет 3300 милливатт-часов на грамм, что является лучшим результатом среди подобных устройств и в десять раз превосходит показатели традиционных батареек. Кроме того, важным преимуществом такого источника энергии является его срок службы (десятки лет). Это позволит использовать его там, где подзарядка неуместна или невозможна, например, для питания кардиостимуляторов и космических аппаратов.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Diamond and Related Materials группой во главе с Владимиром Бланком, директором ТИСНУМ и заведующим кафедрой «Физика и химия наноструктур» МФТИ.
Традиционные батарейки или, говоря по-научному, гальванические элементы используют энергию химических реакций. Они дёшевы и компактны, но имеют серьёзный недостаток: быстро «садятся». Наверное, каждый владелец смартфона, ноутбука или другого мобильного устройства попадал из-за этого в неудобные ситуации.
Впрочем, это ещё цветочки по сравнению с проблемами людей, пользующихся кардиостимуляторами. Режим «подзарядись или умри» вряд ли кому-то покажется комфортным.
Наконец, человечество отправляет зонды в глубины космоса, а на просторах Вселенной розетки точно не отыщешь. Вблизи Земли эта проблема решается использованием солнечных батарей, но с межпланетными аппаратами всё обстоит гораздо сложнее. Поэтому, например, марсоход «Кьюриосити» имеет источник питания, в котором тепло ядерного распада преобразуется в электричество (так называемый РИТЭГ). Однако такие устройства громоздки, и в кардиостимулятор их впихнуть не получится.
Между тем ещё в 1953 году был изобретён так называемый бета-вольтический элемент. Электроны, образующиеся при бета-распаде радиоактивного изотопа, поступают в полупроводник с особой структурой, превращают его атомы в ионы, и в цепи возникает электрический ток. В 1970-е годы эту технологию довели до промышленного применения и стали использовать в кардиостимуляторах, но они выходили чрезмерно дорогими и к тому же маломощными.
Группа Бланка поставила себе задачу разработать эффективные и дешёвые бета-вольтические элементы. В созданных физиками устройствах электроны выделялись радиоактивным никелем-63 и попадали в алмазные преобразователи, основанные на эффекте, известном как барьер Шоттки. Полная электрическая мощность батарейки составила около одного микроватта, а удельная мощность достигла десяти микроватт на кубический сантиметр. Этого достаточно, чтобы питать современный кардиостимулятор. Период полураспада никеля-63 составляет около ста лет. Таким образом, в одном грамме батарейки запасено около 3300 милливатт-часов, что в десять раз больше, чем в химических батарейках.
Образец «ядерной батарейки» состоял из двухсот алмазных преобразователей, чередуемых слоями фольги из никеля-63 и стабильного никеля. Отдельной проблемой было рассчитать оптимальную толщину слоёв радиоактивного металла. Если она слишком велика, электроны будут поглощаться, не достигнув преобразователя. А если она мала, то и частиц будет выделяться слишком мало. Все предыдущие модели бета-вольтических элементов были плохо оптимизированы по этому параметру.
Между тем ещё в 1953 году был изобретён так называемый бета-вольтический элемент. Электроны, образующиеся при бета-распаде радиоактивного изотопа, поступают в полупроводник с особой структурой, превращают его атомы в ионы, и в цепи возникает электрический ток. В 1970-е годы эту технологию довели до промышленного применения и стали использовать в кардиостимуляторах, но они выходили чрезмерно дорогими и к тому же маломощными.
Группа Бланка поставила себе задачу разработать эффективные и дешёвые бета-вольтические элементы. В созданных физиками устройствах электроны выделялись радиоактивным никелем-63 и попадали в алмазные преобразователи, основанные на эффекте, известном как барьер Шоттки. Полная электрическая мощность батарейки составила около одного микроватта, а удельная мощность достигла десяти микроватт на кубический сантиметр. Этого достаточно, чтобы питать современный кардиостимулятор. Период полураспада никеля-63 составляет около ста лет. Таким образом, в одном грамме батарейки запасено около 3300 милливатт-часов, что в десять раз больше, чем в химических батарейках.
Образец «ядерной батарейки» состоял из двухсот алмазных преобразователей, чередуемых слоями фольги из никеля-63 и стабильного никеля. Отдельной проблемой было рассчитать оптимальную толщину слоёв радиоактивного металла. Если она слишком велика, электроны будут поглощаться, не достигнув преобразователя. А если она мала, то и частиц будет выделяться слишком мало. Все предыдущие модели бета-вольтических элементов были плохо оптимизированы по этому параметру.
Расчёты показали, что для максимальной эффективности толщина одного слоя никеля-63 должна составлять около двух микрометров, а алмазного преобразователя — около 10 микрометров.
Самой сложной задачей было изготовление большого количества алмазных преобразователей со сложной внутренней структурой толщиной всего в несколько десятков микрометров (как полиэтиленовый пакет из супермаркета). Традиционные методы уменьшения толщины алмаза для этого не годились.
Учёные МФТИ и ТИСНУМ разработали специальную технологию с применением ионной имплантации, осаждения из газовой фазы, высокотемпературного отжига, электрохимического травления и других методов с интересными названиями. Важно, что созданная специалистами методика позволяет получить алмазный слой нужной толщины и структуры сравнительно дёшево.
Правда, разработку не удастся сразу же внедрить, потому что в России нет промышленного производства никеля-63. Но к середине 2020-х годов планируется создать такую отрасль промышленности. А пока у авторов есть время для дальнейшего совершенствования своего детища.
«Мы уже достигли выдающегося результата, который может быть применён в медицине и космической технике, но не собираемся останавливаться на этом», — говорит Бланк.
Самой сложной задачей было изготовление большого количества алмазных преобразователей со сложной внутренней структурой толщиной всего в несколько десятков микрометров (как полиэтиленовый пакет из супермаркета). Традиционные методы уменьшения толщины алмаза для этого не годились.
Учёные МФТИ и ТИСНУМ разработали специальную технологию с применением ионной имплантации, осаждения из газовой фазы, высокотемпературного отжига, электрохимического травления и других методов с интересными названиями. Важно, что созданная специалистами методика позволяет получить алмазный слой нужной толщины и структуры сравнительно дёшево.
Правда, разработку не удастся сразу же внедрить, потому что в России нет промышленного производства никеля-63. Но к середине 2020-х годов планируется создать такую отрасль промышленности. А пока у авторов есть время для дальнейшего совершенствования своего детища.
«Мы уже достигли выдающегося результата, который может быть применён в медицине и космической технике, но не собираемся останавливаться на этом», — говорит Бланк.
Метки: #достижения #наука #ядерная физика
Не дадут поставить на поток такое производство батареек
Где-то в параллельной вселенной:
Один "не бедный безработный" решил что ему надоело каждый день заряжать свой скромный iPhone 5 Black Diamond
И он под него заказал батарейку питающую за счет бета распада никеля 63
Но через некоторое время в свет вышел "Falcon SuperNova iPhone 6"
но блин батарейка из старого iPhone 5 Black Diamond еще не села,
и наш "не бедный безработный" обратился к производителю "Falcon SuperNova iPhone 6" чтобы батарейку из старого iPhone 5 Black Diamond переставили в новый "Falcon SuperNova iPhone 6"
Так появился стандарт для размера батарейки для всех телефонов, а те телефоны в которые не возможно установить батарейку питающую за счет бета распада никеля 63, потихоньку пропали с рынка, так как цены на батарейку со временем упали, но ни кто не стал ее подгонять под каждый телефон отдельно, а покупатели смекнули что лучше купить одну батарейку которая будет 10 лет работать без подзарядки, и удобнее менять телефон под батарейку, а не заряжать каждый день те телефоны куда 10летняя батарейка не вставляется...
Самого-то главного мы и не узнали : сравнительно дешево, - это сколько?В сравнении с чем? С гелевым ак?
Вангую что побочка в виде нестоямбы будет обеспечена.
А если по серьёзному, то всё что-то придумывают, разрабатывают, а реально когда это можно будет купить и использовать то? Очередной п.и.з.дё.жь из сраного Сколково.
..лять да придумайте хоть что нибудь уже, что нужно всем на этой планете и тогда я поверю в нашу науку.
представляю стоимость...
че там маскодрочеры молчат? яблочники - ау?! не слышу воплей об их гениальности и давно изобретенных батареях на атомном распаде... Ладно-ладно, эпл робота изобрели, теперь сможет вместо китайцев айфончики клепать сотнями в час. Это спасет человечество!!!
Думаю пора начать коллекционировать статьи про изобретение супер батареек, лекарства от рака и лекарства от ВИЧ. Можно собирать внушительную коллекцию очень долго.
Зато потом у тебя будет неплохая подборка фантастики.
думается, что стоимость сего продукта будет весьма заоблочной.
а потому, не факт, что все резко захотят ее приобрести.
вопрос целесообразности.
10 микроватт на 1 куб. см(((( чтобы запитать современный смарт понадобится устройство размером с авто аккум и ценой как автомобиль(((
Только у таких элементов вроде как ток низковат, и юзать вечно айфончеки не получится
Вспомнился анекдот местных, живущих в Чернобыле и обслуживающих АЭС.
Те, кто живут в 30-ти км зоне отчуждения, имеют право на приставку "фон" к своей фамилии.
Тех, кто живут в 20-ти км зоне, называют Ваша светлость.
Тех, кто живут в 10-ти км зоне, называют Ваше сиятельство.
Так и с батарейкой.
Те, кто приносит её 1 год -"фон"
Те, кто 2-Ваша светлость.
Те, кто 3-Ваше сиятельство.
Человечество отправляет зонды в глубины космоса... Автор так скромненько написал. Без уточнений, кто именно отправляет... Впрочем понятно. Тот, кого нельзя называть, если речь про какие-либо достижения. Если повод обгадить-то можно называть...
Отправляли. В 80х. С тех пор тишина.
Главное, батарейки в кармане не носить.
Ну почему же. Свинцовые трусы вполне могут спасти. Главное, чтобы не спадали. Иначе пальцев на ногах лишиться можно. :)
а какой у нее радиоактивный фон будет?
Никакого. Бета распад низкоэнергетический и излучение будет полностью экранироваться корпусом батарейки. Никаких дополнительных методов защиты не требуется.
Короче достаточно любую АЭС сверху накрыть металлическим корпусов из металла для этой батарейки, и никакие аварии и радиация нам не страшны... А идиоты в Чернобыле 20 лет саркофаг делали и кучу денег вбухали всем миром... Жаль, что не додумались таким металлом для корпуса просто накрыть...
Скудоумие просто поражает.
Сана почитай школьный курс физики, есть альфа, бета и гама излучения, от альфа излучения можно защититься листком бумаги, от бета тонким листом металла или оконным стеклом, а вот от гамма уже требуется серьёзная защита.
Почитай про альфа-, бета- и гамма-излучения. Их отличия.
ага ага, ФИКСИКИ-ТЕХНИЧЕСКИЙ институт