Optoelektryczna bateria jądrowa

Optoelektryczna bateria jądrowa ^{[ potrzebne źródło ]} (również urządzenie radiofotowoltaiczne , radioluminescencyjna bateria jądrowa lub radioizotopowy generator fotowoltaiczny ) to rodzaj baterii jądrowej , w której energia jądrowa jest przekształcana w światło , które jest następnie wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej . Osiąga się to poprzez pozwolenie, aby promieniowanie jonizujące emitowane przez radioaktywne izotopy uderzyło w luminescencyjny materiał ( scyntylator lub luminofor ), który z kolei emituje fotony , które wytwarzają energię elektryczną po uderzeniu w ogniwo fotowoltaiczne .

Technologia została opracowana przez naukowców z Instytutu Kurczatowa w Moskwie . ^{[ potrzebne źródło ]}

Opis

Emiter beta , taki jak technet-99 lub stront-90, jest zawieszony w gazie lub cieczy zawierającej luminescencyjne cząsteczki gazu typu ekscymerowego , tworzące „plazmę pyłową”. Pozwala to na prawie bezstratną emisję elektronów beta z emitujących cząstek pyłu. Elektrony następnie wzbudzają gazy, których linia ekscymerowa jest wybierana do konwersji radioaktywności na otaczającą fotowoltaikę można było zrealizować teoretyczną lekką, niskociśnieniową baterię o wysokiej wydajności. (W praktyce istniejące konstrukcje są ciężkie i wymagają wysokiego ciśnienia). Nuklidy te są stosunkowo tanimi odpadami promieniotwórczymi z reaktorów jądrowych . Średnica cząstek pyłu jest tak mała (kilka mikrometrów), że elektrony z rozpadu beta opuszczają cząsteczki pyłu prawie bez strat. Otaczająca słabo zjonizowana plazma składa się z gazów lub mieszanin gazów (takich jak krypton , argon i ksenon ) z liniami ekscymerowymi, tak że znaczna ilość energii elektronów beta jest przekształcana w to światło. Otaczające ściany zawierają warstwy fotowoltaiczne z szerokimi strefami zabronionymi , takimi jak diament , które przekształcają energię optyczną generowaną z promieniowania w energię elektryczną. ^{[ potrzebne źródło ]}

Niemiecki patent zawiera opis optoelektrycznej baterii jądrowej, która składałaby się z ekscymeru argonu, ksenonu lub kryptonu (lub mieszaniny dwóch lub trzech z nich) w zbiorniku ciśnieniowym z wewnętrzną lustrzaną powierzchnią, drobno zmielonym radioizotopem i przerywane mieszadło ultradźwiękowe , oświetlające fotokomórkę z pasmem wzbronionym dostrojonym do ekscymeru . Kiedy nuklidy emitujące promieniowanie beta (np. krypton-85 lub argon-39 ) emitują cząstki beta, wzbudzają własne elektrony w wąskim paśmie ekscymerowym przy minimalnej temperaturze strat, tak że promieniowanie to jest bardzo wydajnie przekształcane w warstwie fotowoltaicznej o dużym paśmie wzbronionym (np. w diamencie pn) w energię elektryczną. Moc elektryczną na wagę, w porównaniu z istniejącymi bateriami radionuklidowymi, można następnie zwiększyć o czynnik 10 do 50 lub więcej. Jeśli zbiornik ciśnieniowy jest wykonany z włókna węglowego / żywicy epoksydowej , stosunek mocy do masy mówi się, że jest porównywalny z oddychającym powietrzem silnikiem ze zbiornikami paliwa. Zaletą tego projektu jest to, że nie są potrzebne precyzyjne zespoły elektrod, a większość cząstek beta ucieka z drobno rozdrobnionego materiału sypkiego, przyczyniając się do mocy netto akumulatora.

Niedogodności

Wysoka cena radionuklidów.
Wysokociśnieniowy (do 10 MPa lub 100 barów) ciężki zbiornik zabezpieczający.
Awaria zabezpieczenia uwolniłaby wysokociśnieniowe strumienie drobno rozdrobnionych radioizotopów, tworząc skuteczną brudną bombę .

Nieodłączne ryzyko awarii prawdopodobnie ograniczy to urządzenie do zastosowań kosmicznych, w których drobno rozdrobnione źródło radioizotopów jest usuwane z bezpiecznego medium transportowego i umieszczane w gazie pod wysokim ciśnieniem dopiero po opuszczeniu przez urządzenie orbity okołoziemskiej. ^{[ potrzebne źródło ]}

Jako projekt DIY

Prostą betafotowoltaiczną baterię jądrową można zbudować z łatwo dostępnych fiolek trytu (szklane rurki wypełnione trytem pokryte radioluminescencyjnym luminoforem ) i ogniw słonecznych . Jeden projekt obejmujący 14 fiolek trytu o wymiarach 22,5 x 3 mm wytworzył 1,23 mikrowata przy maksymalnym napięciu 1,6 wolta. Inny projekt łączył baterię z kondensatorem, aby zasilać kalkulator kieszonkowy przez maksymalnie jedną minutę na raz.

Zobacz też

Polymers, Phosphors, and Voltaics for Radioisotope Microbateries , Kenneth E. Bower (redaktor), et al.
Patent US 7,482,533 Bateria z rdzeniem jądrowym