Věda v současnosti postupuje a vyvíjí se. Jaderná baterie již byla vynalezena. Takový zdroj energie může vydržet až 50, a někdy až 100 let. Vše záleží na velikosti a použité radioaktivní látce.
Rosatom jako první oznámil výrobu jaderné baterie. V roce 2017 společnost představila prototyp na výstavě.
Výzkumníkům se podařilo optimalizovat vrstvy jaderné baterie, která využívá beta rozpad izotopu niklu-63 k výrobě elektřiny.
1 gram této látky obsahuje 3300 miliwatthodin.
Jak funguje atomová baterie
Atomová baterie, známá také jako radioizotopový generátor tepla (RIHG), je zdroj energie, který využívá proces rozpadu radioaktivních izotopů k výrobě tepla a jeho následné přeměně na elektrickou energii.
Princip fungování atomové baterie je založen na radioaktivním rozpadu, při kterém se jádra atomů rozpadají a uvolňují částice a energii. Jedním z nejběžnějších materiálů používaných v atomových bateriích je plutonium-238, které má dlouhý poločas rozpadu. Plutonium-238 se rozpadá na uran-234 a emituje alfa částice. Tyto částice obsahují vysokou energii, která se při interakci s okolím přeměňuje na teplo.
Generování tepla je klíčovým krokem v provozu atomové baterie. Teplo se přenáší přes tepelný výměník do termoelektrického měniče. Tento měnič obsahuje materiály schopné generovat elektrický proud při teplotním rozdílu. Teplo z radioaktivního rozpadu plutonia-238 se tak přenáší na jednu stranu termoelektrického měniče, čímž vzniká teplotní rozdíl mezi jeho oběma stranami. Tento teplotní rozdíl umožňuje generování elektrické energie pomocí Seebeckova termoelektrického jevu.
Elektrická energie generovaná termoelektrickým měničem se používá k napájení elektrických zařízení. Hlavní výhodou atomových baterií je, že poskytují stabilní a dlouhotrvající zdroj energie, který po mnoho let nevyžaduje výměnu ani dobíjení. Vzhledem k použití radioaktivních materiálů však atomové baterie nesou určitá rizika a vyžadují zvláštní bezpečnostní opatření během používání a manipulace.
Jsou jaderné baterie nebezpečné?
Vývojáři tvrdí, že tyto baterie jsou pro běžné lidi zcela bezpečné. Je to díky dobře navrženému pouzdru.
Je známo, že beta záření je pro tělo škodlivé. V nově vytvořené jaderné baterii je však měkké a bude absorbováno v energetickém článku.
V současné době odborníci identifikují několik odvětví, ve kterých se plánuje použití ruské jaderné baterie A123:
- Lék.
- Vesmírný průmysl.
- Průmysl.
- Doprava.
Kromě těchto oblastí lze nové dlouhodobé zdroje energie využít i v jiných.
Výhody jaderné baterie
Je zdůrazněna řada pozitivních vlastností:
- Trvanlivost. Mohou vydržet až 100 000 let.
- Schopnost odolávat kritickým teplotám.
- Díky malým rozměrům jsou přenosné a lze je použít v kompaktních zařízeních.
Nevýhody jaderné baterie
- Složitost výroby.
- Existuje riziko ozáření, zejména pokud je kryt poškozený.
- Drahé. Jedna jaderná baterie může stát 500 000 až 4 500 000 rublů.
- Dostupné omezenému okruhu lidí.
- Malý výběr.
Výzkum a vývoj jaderných baterií se nevěnují jen velké společnosti, ale i běžní studenti. Například student v Tomsku vyvinul vlastní jadernou baterii, která může fungovat přibližně 12 let bez dobíjení. Vynález je založen na rozpadu tritia. Vlastnosti této baterie se v průběhu času nemění.
Jaderná baterie pro chytré telefony
Od roku 2019 se vyrábějí jaderné zdroje energie pro telefony. Vypadají podobně jako na obrázku níže.
Připomínají mikročip, který se vkládá do speciálních slotů v mobilním telefonu. Taková baterie může vydržet 20 let a během této doby ji není nutné nabíjet. To je možné díky procesu štěpení jader. Tento zdroj energie však může být pro mnohé alarmující. Koneckonců, každý ví, že záření je škodlivé a pro tělo škodlivé. A jen málo lidí by si užívalo nošení takového telefonu celý den.
Vědci ale tvrdí, že tato jaderná baterie je zcela bezpečná. Jako aktivní látka se používá tritium. Záření emitované během jejího rozpadu je neškodné. Tritium v akci můžete vidět na quartzových hodinkách, které svítí ve tmě. Baterie vydrží teploty až -50 °C a spolehlivě funguje při teplotách až 150 °C.0Zároveň nebyly zaznamenány žádné výkyvy v jeho práci.
Bylo by fajn mít takovou baterii po ruce, alespoň na to, abyste si mohli telefon dobíjet běžnou baterií.
Napětí takové baterie kolísá mezi 0,8 a 2,4 volty. Generuje také 50 až 300 nanoampérů. A to vše se děje po dobu 20 let.
Kapacita se vypočítá takto: C = 0,000001 W * 50 let * 365 dní * 24 hodin / 2 V = 219 mA
Baterie má v současné době hodnotu 1 122 dolarů. Po přepočtu na rubly podle aktuálního kurzu (65,42) by to bylo 73 400 rublů.
Kde se používají jaderné baterie?
Rozsah použití je prakticky stejný jako u běžných baterií. Používají se v:
- Mikroelektronika.
- Snímače tlaku a teploty.
- Implantáty.
- Jako powerbanky pro lithiové baterie.
- Identifikační systémy.
- Hodiny.
- SRAM paměť.
- Pro napájení procesorů s nízkou spotřebou energie, jako jsou FPGA, ASIC.
Toto nejsou jediná zařízení; jejich seznam se v budoucnu výrazně rozšíří.
Jaderná baterie Nikl-63 a její vlastnosti
Tento jaderný zdroj energie, založený na izotopu 63, může vydržet až 50 let. Funguje na bázi beta-voltaického jevu. Je téměř identický s fotoelektrickým jevem. V tomto jevu vznikají elektronově-děrové páry v krystalové mřížce polovodiče působením rychlých elektronů nebo beta částic. U fotoelektrického jevu vznikají působením fotonů.
Atomová baterie z niklu-63 se vyrábí ozářením terčů z niklu-62 v reaktoru. Výzkumník Gavrilov tvrdí, že tento proces trvá přibližně rok. Potřebné terče jsou již k dispozici v Železnogorsku.
Pokud porovnáme nové ruské jaderné baterie nikl-63 s lithium-iontovými bateriemi, budou 30krát menší.
Odborníci tvrdí, že tyto zdroje energie jsou pro člověka bezpečné, protože vyzařují slabé beta záření. Navíc se neuvolňují ven, ale zůstávají uvnitř zařízení.
Tento zdroj energie je v současnosti ideální pro lékařské kardiostimulátory. Vývojáři však nezveřejnili cenu. Lze ji však vypočítat i bez ní. Jeden gram Ni-63 v současnosti stojí přibližně 4 000 dolarů. Plně funkční baterie by proto vyžadovala značnou investici.
Složení jaderné baterie
Nikl-63 se extrahuje z diamantů. Získání tohoto izotopu však vyžadovalo vývoj nové technologie pro řezání tohoto odolného diamantového materiálu.
Jaderná baterie se skládá z emitoru a kolektoru oddělených speciální vrstvou. Jak se radioaktivní prvek rozpadá, emituje beta záření. To má za následek jeho kladný náboj. Zároveň se kolektor nabíjí záporně. Tím vzniká potenciálový rozdíl, který generuje elektrický proud.
Náš atomový článek je v podstatě vrstvený koláč. 200 zdrojů energie z niklu-63 je vloženo mezi 200 diamantovými polovodiči. Zdroj energie je přibližně 4 mm vysoký a váží 250 miligramů. Jeho malá velikost je pro ruskou atomovou baterii hlavní výhodou.
Nalezení správných rozměrů je obtížné. Silný izotop zabrání úniku elektronů, které produkuje. Tenký izotop je nevýhodný, protože snižuje počet beta rozpadů za jednotku času. Totéž platí pro tloušťku polovodiče. Baterie dosahuje nejlepších výsledků s tloušťkou izotopu asi 2 mikrony, zatímco diamantový polovodič vyžaduje 10 mikronů.
Ale to, čeho vědci dosud dosáhli, není limit. Emise výfukových plynů by se mohly zvýšit nejméně třikrát. To znamená, že jaderná baterie by mohla být třikrát levnější.
Jaderná baterie s uhlíkem-14, která vydrží 100 let.
Tato atomová baterie má oproti jiným zdrojům radiační energie následující výhody:
- Láce.
- Šetrné k životnímu prostředí.
- Dlouhá životnost až 100 let.
- Nízká toxicita.
- Bezpečnost.
- Schopný provozu v extrémních teplotních podmínkách.
Radioaktivní izotop uhlíku-14 má poločas rozpadu 5 700 let. Je zcela netoxický a levný.
Nejen USA a Rusko, ale i další země aktivně pracují na modernizaci jaderných baterií! Vědci se naučili pěstovat film na karbidovém substrátu. Díky tomu se cena substrátu snížila stonásobně. Tato struktura je odolná vůči záření, takže je tento zdroj energie bezpečný a odolný. Použitím karbidu křemíku v jaderných bateriích je možné dosáhnout provozu při teplotách 350 stupňů Celsia.
Vědcům se tak podařilo vytvořit atomovou baterii vlastníma rukama!
