Atom batareyasi

Атом батареяси.

Атом батареяси ёки радиоизотоп генератори — бу электр энергиясини ишлаб чиқариш учун радиоактив изотопларни фаоллаҳтириш натижсида ажралувчи энергияни электр энергиясига айланириш ҳисобига ишлайдиган қурулма. . Ядро реакторлари сингари, улар ядро энергиясидан электр энергиясини ишлаб чиқарадилар, аммо улар занжирли реакциядан фойдаланмасликлари билан фарқ қилади. улар техник жиҳатдан электрокимёвий эмас ва уларни зарядлаш ёки қайта зарядлаш мумкин эмас. Улар жуда қиммат, лекин жуда узоқ умр ва юқори энергия зичлигига эга, шунинг учун улар одатда узоқ вақт давомида тўхтовсиз ишлаши керак бўлган космик аппаратлар, юрак стимулятори, сув ости тизимлари ва автоматлаштирилган илмий стансиялар учун қувват манбалари сифатида ишлатилади.

100 йилдан ортиқ хизмат қилиш муддатига эга келажак аккумуляторини яратиш технологияси радиоактив манбанинг чиқариладиган энергиясини электр энергиясига айлантириш ғоясига асосланган.

Радиоактив изотоп электронлар оқимини чиқаради ва улар электр энергиясини ҳосил қилади. Бета — нурланиш манбасини яратувчи изотоп электронининг пайдо бўлиши туфайли фото-ўзгартиргичнинг аналогини яратиш лозим, лекин бу учун қуёш керак эмас. Ҳозир бутун дунё олимлари радиоизотоплар энергияси ҳисобига ишлай оладиган қувват манбаларини яратиш устида ишламоқда. Ядро батареяларининг экспериментал намуналари Россия, Швейсария ва АҚШда мавжуд.

Олимлар ишланмаларининг афзаллиги шундаки, уларнинг технологияси асосида яратилган маҳсулот экологик тоза, арзон ва узоқ хизмат муддатига эга бўлади. Бу афзалликлар, биринчи навбатда, янги аккумуляторда радиоактив манба сифатида углерод-14 дан фойдаланиш ҳисобига таъминланади. Ушбу элементнинг ярим умри 5700 йил ва, масалан, Ни-63 дан фарқли ўлароқ, углерод-14 токсик эмас ва арзон нархга эга.

Радиоактив батареянинг афзалликлари ва камчиликлари

Тарихдан маълумки, радиация билан боғлиқ ҳамма нарса қўрқув билан қабул қилинади. Углерод-14 радиацияси етарлича заиф ва хавф туғдирмайди. Атом модели „чўнтак реактори“ эмас ва инсониятга хавф туғдирмайди. Барча мавжуд атом батареялари оптималлаштирилмаган. Бу уларнинг барчасида бета-манбанинг ортиқча миқдори борлигини англатади. Агар манба жуда қалин бўлса, реакция пайтида ҳосил бўлган электронлар ундан ажралиб чиқа олмайди. Фан тилида бу жараён ўз-ўзидан сўрилиш деб аталади. Агар батареялар жуда нозик манбадан тайёрланган бўлса, вақт бирлигидаги бета парчаланиш сони камаяди. Худди шу муаммолар ўзгартиргични ишлаб чиқаришда ҳам кузатилади. Батареянинг энг қиммат қисми радиоактив изотопдир. радиоактив элемент учун „радиоактив қатлам“ сифатида принципиал жиҳатдан янги структура ишлатилади — ғовакли кремний карбид гетероструктураси. Самара университети олимлари томонидан патентланган технология анъанавий технологиядан бутунлай фарқ қилади: „эндотаксия усули“ ёрдамида тайёр кремний радиоактив қатламда карбид плёнкаси қурилади

Кремний карбид структурасининг афзаллиги унинг нурланишга чидамлилигидир. Изотоп чиқарилганда, у деярли ўзгармайди, бу эса Самара университети олимлари технологияси бўйича ишлаб чиқарилган батарея узоқ вақт давомида чексиз (инсон ҳаёти стандартлари бўйича) ишлайди, деб айтишга имкон беради. „Абадий“ аккумуляторлар мураккаб механизмларни яратишда кенг қўлланиши мумкин, чунки кремний — карбид 350℃ даражагача бўлган ҳароратга бардош бера олади. Кремний радиоактив қатламда нано ва мезопорларни ясаш, сўнгра уларнинг беқарор хусусиятларини барқарорга айлантириш ҳамда силикон фазани силикон карбид фазасига ўтказилади. Бундан ташқари, у ярим ўтказгич материалидир. У кимёвий жиҳатдан анча барқарор, 350℃ даражагача бўлган ҳароратда ишлашга қодир. Силикон ҳарорат сенсорлари максимал 200℃ гача ишлайди. Силикон карбид 150℃ даража юқори ҳароратларда ишлайди. Бу кремнийдан 10 баравар кўпроқ пассив нурланиш, яъни, кремний карбидида радиация даражаси 10 баравар юқори бўлади.

Қўлланилиш соҳаси

Барча ядро батареяларининг афзаллиги шундаки, улар −100 … + 100 ℃ оралиғида катта ҳарорат ўзгаришларида самарали ишлаши мумкин. Бундай барқарорлик уларни қўллаш доирасини кенгайтириш имконини беради. Жумладан, ҳатто энг яхши батареялар ҳам нормал ишлай олмайдиган жойларда бемалол ишлай олади. Аввало, янги батареялар тиббиёт муассасаларига фойдаланалади. Биринчи намуналар тиббий юрак стимулятори билан ишлашга мослаштирилади. Янги батареялар узоқ муддатли қувват манбаига айланади, шу билан бирга қурилманинг ҳажми умуман ўзгармайди. Бундай юрак стимулятори узоқ вақт ишлай олади ва батареяни алмаштиришни талаб қилмайди. Янги энергия манбасининг иккинчи истеъмолчиси космик саноат бўлади. Батареялар космик кемаларда ишлатилади.

Тарихи.

Ядро аккумулятори технологиясини 1913- йилда Генри Мозили биринчи марта зарядланган заррачалар нурланиши натижасида ҳосил бўладиган токни кўрсатганида бошланган. Ушбу соҳа 1950 ва 1960- йиллар давомида космик эҳтиёжлар учун узоқ умр қувват манбаларини талаб қиладиган иловалар учун чуқур тадқиқот эътиборини тортди. 1950-йилларнинг бошларида РCАнинг дастлабки тадқиқот ва ишланмаларидан бошлаб, ядровий манбалардан электр энергиясини олиш учун кўплаб турлар ва усуллар ишлаб чиқилган. Илмий тамойиллардан яхши маълум, аммо замонавий нано-миқёсли технология ва янги кенг диапазонли яримўтказгичлар янги қурилмалар ва қизиқарли материал хусусиятларини илгари мавжуд бўлмаган ҳолда яратди.

Ядро аккумуляторларини энергия конвертация қилиш технологияси бўйича иккита асосий гуруҳга бўлиш мумкин: термал конверторлар ва иссиқлик бўлмаган конверторлар . Иссиқлик турлари ядровий парчаланиш натижасида ҳосил бўлган иссиқликнинг бир қисмини электр энергиясига айлантиради. Энг кўзга кўринган мисол — тез-тез космик кемаларда ишлатиладиган радиоизотоп термоэлектр генератори (РТГ). Термал бўлмаган конверторлар энергияни иссиқликка парчаланишидан олдин тўғридан-тўғри чиқадиган нурланишдан чиқаради.

Атом батареялари одатда 0,1-5% самарадорликка эга. Юқори самарали бетаволтаик қурилмалар 6-8% самарадорликка эришиши мумкин.

Радиоизотопли термоэлектр генератори

Радиоизотопли термоэлектр генератори (РТГ, РИТЕГ), баъзан радиоизотоп қувват тизими (РПС) деб аталади, тегишли радиоактив модданинг парчаланиши натижасида ажралиб чиқадиган иссиқликни электр энергиясига айлантириш учун бир қатор терможуфтлардан фойдаланадиган ядро батареясининг бир тури. Сеэбек эффекти. Ушбу турдаги генераторда ҳаракатланувчи қисмлар йўқ. Улар қуёш энергиясига муҳтож эмаслиги сабабли, РТГлар узоқ вақт давомида узоқ ва оғир муҳитлар учун идеалдир ва уларнинг ҳаракатланувчи қисмлари йўқлиги сабабли қисмларнинг эскириши ёки нотўғри ишлаши хавфи йўқ.

РТГлар одатда ёнилғи хужайралари, батареялар ёки генераторлар иқтисодий жиҳатдан таъминлаш учун жуда узоқ вақт ва қуёш батареялари амалий бўлмаган жойларда бир неча юз ватт (ёки ундан кам) қувват талаб қиладиган техник хизмат кўрсатилмаган вазиятлар учун энг мақбул қувват манбаи ҳисобланади. РТГлар сунъий йўлдошларда, космик зондларда ва Совет Иттифоқи томонидан Арктика доирасида қурилган бир қатор маёқлар каби экипажсиз масофавий об’эктларда қувват манбалари сифатида ишлатилган.

РТГ дан хавфсиз фойдаланиш учун радиоизотоплар қурилманинг ишлаш муддати тугаганидан кейин узоқ вақт давомида сақланиши керак.

Радионуклид генератори.

Радионуклид генератори — бу узоқ умр кўрадиган асосий радионуклиднинг парчаланиши натижасида қисқа муддатли радиоактив модданинг маҳаллий таъминотини таъминлайдиган қурилма. Улар одатда ядро тиббиётида радиофармацияни таъминлаш учун ишлатилади.[1] [2][3]

Генератордан фойдаланиш қисқа муддатли радионуклидларни дастлабки ишлаб чиқариш жойидан (одатда ядровий реактор) алоҳида фойдаланувчиларга тарқатиш муаммосидан қочади; транзитда парчаланиш туфайли фаолиятнинг йўқолиши жуда кам таъминланишига ёки анча каттароқ бошланғич миқдорларни жўнатиш зарурлигига олиб келиши мумкин .[4] Радионуклидларни жойида ишлаб чиқариш учун генераторларга алтернатива сиклотрондир, гарчи бир хил радионуклидни иккала усул билан ҳам таъминлаш мумкинлиги кам учрайди. Каттароқ марказларда сиклотронларга эга бўлиш мумкин, аммо улар генераторларга қараганда анча қиммат ва мураккаб. Баъзи ҳолларда генератор учун асосий радионуклидни ишлаб чиқариш учун сиклотрон ишлатилади.[5]