Меню

Атомный аккумулятор для смартфона



Почему до сих пор нет телефона с ядерной батареей?

Возможен ли телефон с ядерной батареей или ядерный аккумулятор для телефона?

Почему в телефонах или даже ноутбуках нет ядерных батарей, подобных тем, которые использовались в прошлом в кардиостимуляторах? Чтобы ответить на этот интересный вопрос, мы обратились к инженерам-химикам Мюнхенского университета прикладных наук, где было несколько проектов и исследований в этой области.

1. Телефон с ядерной батареей — это дорого

Первая причина отсутствия такой технологии, конечно, заключается в невероятно высокой стоимости ядерной батарейки. Для питания смартфона, телефона, планшета или ноутбука нужны элементы питания стоимостью ниже 100 долларов США в производстве.

Просто помните, что 1 грамм Плутония-238, из которого будет сделан аккумулятор, стоит более 8000 долларов США.

2. Безопасность телефона с ядерной батареей

Такие радиоактивные металлы, как плутоний, использовались в прошлом в качестве источника энергии для кардиостимуляторов. Плутоний не слишком опасен, как источник альфа-излучения (он не может проникнуть через кожу и блокируется листом бумаги). Однако, он очень токсичен — даже больше, чем свинец.

Ноутбуки и телефоны часто подвергаются физическому повреждению — вряд ли вы хотели бы поглощать токсичную и радиоактивную пыль от сломанной ядерной батареи.

3. Ядерная батарея должна быть мощной

Даже если бы вы могли создать ядерную батарею мощностью 10 Вт, преобразователи тепла в электричество работают примерно на 5%-7%. То есть батарея будет выделять 200 Вт тепла! И при этом она разряжается даже тогда, когда не используется (такова особенность Плутония-238).

Ядерные батареи в кардиостимуляторах генерируют лишь милливатты, а тому же ноутбуку нужно около 10 Вт.

***

Плутоний-238, который сегодня используют в ядерных батареях, чрезвычайно дорог и его трудно получить.

Космическое агентство NASA использует их для питания космических зондов, которые не могут заряжаться от солнца, правда их у ведомства немного.

Общее количество Плутония-238, существующего сейчас, вероятно, недостаточно для производства даже какой-нибудь одной марки телефонов в течение всего лишь одного года.

Смогли бы вы пользоваться ноутбуком с толстой свинцовой стенкой, который греется больше, чем ваша игровая видеокарта с учётом того, что, например, в кардиостимуляторах на Плутонии период полураспада длится до 88 лет? Напишите ответ в комментарии или отправьте сообщение нам ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь в группе на новости из мира гаджетов, узнайте об улучшении их автономности и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.

Источник

Атомная батарейка в современном мире

На данный момент наука прогрессирует и развивается. На сегодняшний день уже изобретена ядерная батарейка. Прослужить такой источник энергии может до 50, а иногда и до 100 лет. Здесь все зависит от размера и какое радиоактивное вещество используется.

В первые заявление об производстве атомной батарейки прозвучало от Росатома. В 2017 году этой компанией на выставке был представлен опытный образец.

атомная батарейка на никеле 63_1

Исследователям удалось выполнить оптимизацию слоев ядерной батарейки, которая для выработки электричества использует бета распад изотопа никеля 63.

1 грамм такого вещества содержит 3300 милливатт часов.

Принцип работы атомной батарейки

Получение энергии основывается на химической реакции с использованием разных типов изотопов. Вовремя бета распада создается электрический потенциал. А это дает ток.

Опасны ли ядерные батарейки?

Разработчики утверждают, что подобные элементы питания для обычных граждан являются полностью безопасными. А все потому что конструкция корпуса выполнена добротно.

Известно, что бета излучение вредит организму. Но в созданной ядерной батарейке оно мягкое и будет поглощаться внутри энергетического элемента.

На данный момент специалисты выделяют несколько отраслей в которых планируется использовать ядерную батарейку «Россия А123»:

  1. Медицина.
  2. Космическая отрасль.
  3. Промышленность.
  4. Транспорт.

Так же по мимо этим сферам новые долговечные источники энергии можно использовать и в других.

Плюсы ядерной батарейки

Выделяют ряд положительных качеств:

  • Долговечность. Смогут проработать до 100 000 лет.
  • Способность переносить критические температуры.
  • Маленький размер позволит их сделать портативными и использовать в компактной технике.

Минусы ядреной батарейки

  • Сложность производства.
  • Присутствует опасность облучения. Особенно при повреждении корпуса.
  • Дороговизна. Одна ядерная батарейка может стоить от 500 000 до 4 500 000 рублей.
  • Доступны узкому кругу людей.
  • Небольшой ассортимент.

Исследованием и разработкой ядерных батарей занимаются не только большие компании, но и обычные студенты. Так в Томске студент разработал свой аккумулятор, на ядерной энергетике, который может проработать без подзарядки порядка 12 лет. Работа изобретения основана на распаде трития. Такая батарейка не меняет своих характеристик с течением времени.

Ядерная батарейка для смартфона

На 2019 год выпускают атомные источники энергии для телефонов. Выглядят они так как показано на картинке ниже.

атомная батарейка 2

Напоминают некую микросхему, которая вставляется в специальные разъемы в мобильнике. Такая батарея способна проработать 20 лет. Причем все это время ее не нужно заряжать. Подобное возможно за счет процесса ядерного деления. Правда многих такой источник энергии может испугать. Ведь всем известно, что радиация вредна и разрушает организм. И таскать такой телефон рядом с собой на протяжение суток мало кому понравится.

Читайте также:  Гигаватт аккумуляторы кто производитель

Но как утверждают ученые такая ядерная батарея полностью безопасна. Так как в качестве активного вещества задействован тритий. Его излучение, появляющееся при распаде, является без вредным. Посмотреть работу трития можно на светящихся в темноте кварцевых часах. Выдерживает батарейка мороз в минус 50 градусов. Так же стабильно функционирует при плюс 150 C 0 . При этом ни каких колебаний в ее работе отмечено не было.

Неплохо под рукой иметь такой аккумулятор хотя бы для того чтобы подзарядить телефон на обычной АКБ.

Напряжение такой батареи колеблется от 0,8 – 2,4 вольт. Так же она генерирует от 50 до 300 нано ампер. И все это происходит на протяжение 20 лет.

Емкость рассчитана следующим образом: C = 0,000001W * 50 лет * 365 дней * 24 часа / 2V = 219mA

На данный момент АКБ оценивается 1 122 доллара. Если перевести на рубли по нынешнему курсу (65,42), то это выйдет 73 400 рублей.

Где используются ядерные батарейки?

Область применения практически такая же, как и у обычных элементов питания. Применяют их в:

  • Микроэлектронике.
  • Датчиках давления и температуры.
  • Имплантантах.
  • В качестве повербанков для литиевых элементов.
  • Системах идентификации.
  • Часах.
  • SRAM памяти.
  • Для питания процессоров малой мощности, например, FPGA, ASIC.

Это не единственные устройства в будущем их список заметно расширится.

Ядерная батарейка на никеле 63 и ее характеристики

Данный атомный источник энергии, выполненный на 63 изотопе может прослужить до 50 лет. Работает она за счет бета вольтоического эффекта. Он практически похож на фото электрический эффект. В нем электронно дырочные пары в кристаллической решетке полупроводника создаются под действием быстрых электронов или бета частиц. А при фотоэлектрическом эффекте они появляются под воздействием фотонов.

Атомная батарейка на никеле 63 производится за счет процесса облучения в реакторе мишеней из никеля 62. Исследователь Гаврилов утверждает, что на это уходит около 1 года. Нужные мишени уже имеются в Железногорске.

Если сравнивать новые российские ядерные батарейки на никеле 63 с литий-ионными элементами питания, то они будут в 30 раз меньше.

Специалисты утверждают, что эти энергетические источники безопасны для человека так как выделяют слабые бета лучи. К тому же они не выходят наружу, а остаются внутри устройства.

Такой источник питания на данный момент отлично подойдет для медицинских кардиостимуляторов. Но вот о стоимости разработчики не говорят. Но можно подсчитать ее и без них. 1 грамм Ni-63 на данный момент стоит примерно 4000$. От сюда можно сделать вывод что на полноценную батарею потребуется очень много денег.

Состав ядерной батарейки

Никель 63 добывают из алмазов. Но чтобы получить данный изотоп потребовалось создать новую технологию по нарезке прочного алмазного материала.

Вообще ядерная батарея состоит из излучателя и отделенного с помощью специальной пленки коллектора. Когда идет распад радиоактивный элемент выпускает бета излучение. В итоге происходит его положительный заряд. В это время коллектор заряжается отрицательно. После чего появляется разность потенциалов и образуется электрический ток.

По сути наш атомный элемент питания представляет из себя слоистый пирог. Промеж 200-т алмазных полупроводников стоят 200 источников энергии, выполненных из никеля 63. Высота источника энергии составляет около 4 мм. Его вес равен 250 миллиграмм. Маленький размер — это большой плюс для Российской атомной батарейки.

Состав ядерной батарейки

Сложно отыскать нужные габариты. Большая толщина изотопа не даст появившимся в нем электронам выйти. Маленькая толщина не выгодна, так как снижается количество бета распадов в единицу времени. То же самое и с толщиной полупроводника. Лучше всего батарейка функционирует при толщине изотопа около 2-х микрон. А алмазного полупроводника 10 микрон.

Но то что удалось достигнуть ученым на данный момент не является пределом. Выхлоп можно повысить еще минимум в три раза. А это значит, что ядерную батарейку можно сделать в 3-и раза дешевле.

Ядерная батарейка на углероде 14 работающая 100 лет

У данной атомной батарейке по сравнению с другими радиационными источниками энергии имеются следующие преимущества:

  1. Дешевизна.
  2. Экологическая чистота.
  3. Долгий срок работы до 100 лет.
  4. Низкая токсичность.
  5. Безопасность.
  6. Способна работать в экстремальных температурных условиях.

Радио активный изотоп углерод 14 имеет период полураспада 5700 лет. Он абсолютно не токсичен и имеет низкую стоимость.

Активную работу по модернизации ядерной батарейки ведут не только США и Россия, но и другие страны! Исследователи научились наращивать пленку на карбидной подложке. В результате чего подложка подешевела в целых 100 раз. Такая структура устойчива к радиации, а это делает данный энергетический источник безопасным и долговечным. Применяя карбид кремния в ядерные батареи можно добиться ее работы при температуре в 350 градусов Цельсия.

Таким образом ученым удалось создать атомную батарейку своими руками!

Источник

Атомная батарейка на основе углерода-14

Атомная батарейка на основе углерода-14 сроком службы более 100 лет.

Разрабатываемая атомная батарейка на основе углерода-14 отличается рядом преимуществ по сравнению с атомными батарейками на основе других радиоактивных изотопов, а именно: экологичностью, дешевизной и длительным периодом эксплуатации. Эти преимущества обеспечиваются, во-первых, за счет применения в атомной батарейке углерода-14 в качестве радиоактивного источника. Период полураспада этого элемента составляет 5700 лет и при этом, в отличие, например, от Ni-63, углерод-14 нетоксичен и отличается низкой стоимостью.

Читайте также:  Запуск севшего аккумулятора прибор

Технология находится в процессе разработки!

Атомная батарейка:

Атомная батарейка – эта технология , которая базируется на идее преобразования энергии, которую излучает радиоактивный источник, в электрическую энергию. Простейшая атомная батарейка состоит из источника излучения и отделенного от нее диэлектрической пленкой коллектора. При распаде радиоактивный источник испускает бета-излучение, вследствие чего он заряжается положительно, а коллектор – отрицательно и между ними возникает разность потенциалов.

Атоманая батарейка 2

Над созданием источников питания, которые могли бы работать за счет энергии радиоизотопов, сейчас трудятся ученые по всему миру. Образцы ядерных батареек существуют и в России, и в США, и в других странах. При этом в качестве радиоактивных источников используется тритий, Ni-63 и углерод-14.

Атомная батарейка на основе углерода -14 отличается рядом преимуществ по сравнению с атомными батарейками на основе других радиоактивных изотопов, а именно: экологичностью, дешевизной и длительным периодом эксплуатации.

Эти преимущества обеспечиваются, во-первых, за счет применения в атомной батарейке углерода-14 в качестве радиоактивного источника. Период полураспада этого элемента составляет 5700 лет и при этом, в отличие, например, от Ni-63, углерод-14 нетоксичен и отличается низкой стоимостью.

Второе отличие атомной батарейки на основе углерода-14 состоит в том, что в качестве “подложки” под радиоактивный элемент используется принципиально новая структура – пористая карбидокремниевая гетероструктура. Технология производства карбидной пленки путем ее наращивания на готовой кремниевой подложке “методом эндотаксии” позволяет уменьшить стоимость “подложки” в 100 раз, что делает атомную батарейку дешевой.

Неоспоримым плюсом карбидокремниевой гетероструктуры также является ее устойчивость к радиации . При излучении изотопа она остается практически неизменной, что и позволяет говорить о том, что такая атомная батарейка будет работать неограниченно долгое время.

Карбид кремния – это тоже полупроводниковый материал. Он химически более устойчив, способен работать при температуре до 350 градусов. Кремниевые датчики температур работают максимум до 200. Карбид кремния работает при температуре на 150 градусов выше. Он в 10 раз радиационно пассивнее и устойчивее, чем кремний.

Атоманая батарейка 2

Преимущества атомной батарейки на основе углерода-14:

– углерод-14 нетоксичен,

низкая стоимость атомной батарейки по сравнению с другими атомными батарейками на основе других радиоактивных источников,

– длительный период эксплуатации – срок службы более 100 лет,

безопасность. Бета-излучение обладает малой проникающей способностью и задерживается оболочкой атомной батарейки,

– возможность работать в экстремальных условиях – при сверх низких и высоких температурах.

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

атомная батарейка купить никель 63 50 лет
атомная батарейка российская россия для чукотки телефона
средняя мощность атомной батарейки 596

Источник

От смартфона до ракеты. Учёные создали «вечную» атомную батарейку

Устройство поможет решить серьёзные проблемы с электроснабжением на отдалённых объектах.

Российские учёные из НИТУ «МИСиС» создали атомную батарейку, способную прослужить до 50 лет. Удельная мощность и КПД нового устройства в десять раз выше, чем у любых зарубежных аналогов. Источником энергии в устройстве служит изотоп никель-63 с периодом полураспада около 100 лет, но вопросы к конструкции атомной батарейки всё равно остаются.

Украсть ключи от ядерной ракеты. В РВСН задержали украинского шпиона

Изобретение атомной батарейки неслучайно сравнивают с созданием вечного двигателя. Применение такой технологии безгранично: небольшая батарейка может питать практически любой — как бытовой, так и военный прибор. От «вечных» спутников и небольших беспилотников до суперкомпьютеров и небольших полярных станций — одного элемента с радиоактивным изотопом будет достаточно, чтобы подогреть еду, дать свет и даже набрать горячую ванну.

Защита от взрыва и теракта. «Росатом» показал уникальную систему безопасности для атомных станций

Особенно прорывной эта технология может стать в космосе, с учётом того что человечество уже стоит на пороге освоения ближайших к Земле миров. Аспирант факультета прикладной физики Массачусетского технологического института Егор Касаткин отметил, что рынок для атомных батареек даже в существующих условиях безграничен.

Военная и гражданская авиация, добывающая промышленность, автономные системы энергоснабжения — можно миллион направлений подобрать, где такая технология будет пользоваться спросом. Весь вопрос в том, насколько гибкой в конечном счёте получится архитектура — можно ли надстроить источник питания для подключения, скажем, не компьютера, а полноценного жилого помещения?

Аспирант факультета прикладной физики Массачусетского технологического института

Конкуренты тоже есть

Промышленный выпуск радиоактивных изотопов для российских атомных батареек хотят наладить до конца 2020 года. Если коронавирус и спровоцированные им изменения не преподнесут дополнительных сюрпризов, то «бензин» для маленьких реакторов со слабым бета-излучением начнут делать в достаточных для экспорта количествах. К созданию батареек, в которых радиоактивный изотоп и алмазный преобразователь для электрической энергии могут спокойно работать 50 и даже 100 лет, в разных странах подошли практически одновременно. Первые разработки российских учёных в этом направлении датируются 2018 годом, их британские коллеги создали такую же технологию в 2019-м, однако ни те ни другие батарейки в продаже ещё не появились.

Читайте также:  Когда заряжать аккумулятор автомобиля после покупки

Третий Чернобыль? Что в КНДР с реактором атомной станции

Зато у американских учёных есть вполне жизнеспособный образец. Разумеется, атомная батарейка в современном её виде — это почти всегда прототип, который нужно дорабатывать. Но американская технология существенно отличается от российской. Два прототипа бета-гальванических батарей значительно мощнее российских, хоть и работают по схожему принципу — преобразовывают радиоактивное бета-излучение в электрический ток.

Репетиция конца света. Как российские подлодки стреляют ядерным залпом

В компании NDB (разработчик батарейки) утверждают, что продукт позволит «вечно» снабжать энергией абсолютно любое устройство: от смартфона до небольшой баллистической ракеты, которая может автономно и скрытно храниться где-нибудь недалеко от противника. Прототипы атомной батарейки NDB уже прошли испытания в Ливерморской национальной лаборатории и «атомной» лаборатории Кембриджского университета.

Американцам, кстати, принадлежит и пальма первенства по внедрению такой технологии на военные и гражданские спутники и космические аппараты. Первые образцы атомных батареек устанавливали на спутники Transit 4A и 4B.

В обоих случаях учёные подтвердили, что эффективность энерговыделения у прототипов NDB оказалась на уровне 40 процентов. Для сравнения: КПД конкурирующих батарей колеблется в районе 15 процентов. С американской атомной батарейкой всё почти идеально — она не превышает в размерах обычный микрочип, не требует обслуживания и позволяет обеспечить значительным количеством электроэнергии целую серверную крупного предприятия. Единственный недостаток американского устройства — быстрый выход из строя.

Научный сотрудник факультета физики Сямэньского университета в Китае Константин Ян отметил, что этот ресурс может вырабатываться за несколько лет.

Заявляемый ресурс — почти 30 тыс. лет. Это очень много, но с учётом отсутствия буферных зон — конденсаторов или литийионных аккумуляторов, большая часть электроэнергии будет просто уходить в никуда. Суть в том, что пока не будет придумано хранилище для излишков энергии, смысла в таких батарейках нет. Российская разработка в этом смысле почти идеальна — небольшой размер, отсутствие потерь энергии и высокий КПД. Её стоимость может оказаться в десятки раз ниже, чем зарубежных аналогов

Научный сотрудник факультета физики Сямэньского университета в Китае

Кто первый взял, того и тапки

С точки зрения перспектив эксперты ожидают первого технологического «взрыва» на рынке мобильной электроники. Ноутбуки, смартфоны, смарт-часы, фитнес-трекеры и вообще любое устройство «интернета вещей» может быть оснащено как упрощённой версией атомной батарейки, так и «топовой» конфигурацией с повышенной выработкой электроэнергии. Средняя цена «простой» версии на будущее — примерно 100 долларов. Цена за атомную батарейку верхнего уровня — около одной тысячи долларов США.

Неуловимый русский «Посейдон». Почему США так боятся ядерного удара из глубин

Кроме электроники такие источники питания могут служить отличным средством для зарядки аккумуляторов в электрических автомобилях. Пока не известно, купит ли себе патент на производство атомных батареек Илон Маск, но перспектива использования в транспорте сумасшедшая. По сути, владелец электрической машины больше не будет «привязан» к зарядной станции, а литийионный аккумулятор с атомной батарейкой внутри и генератором будет заряжаться практически сразу, как возникнет такая необходимость. В результате может получиться электромобиль с неограниченным запасом хода.

Эксперты в области энергетики отмечают, что после начала производства таких батареек мир может вступить в новую энергетическую гонку, по сравнению с которой гонка вооружений может оказаться детской шалостью. Её суть будет заключаться в том, что атомная энергия в привычных объёмах понадобится только для гражданских объектов, в то время как вся промышленность может быть переведена на автономное энергоснабжение. Однако директор завода по производству автомобильных комплектующих Евгений Чистяков отметил, что экономика такого энергоснабжения ещё не посчитана.

То, что атомная батарейка с большим энерговыходом будет востребована, — ясно уже сейчас. Весь вопрос в том, сколько будет стоить готовая технология. К примеру, у нас есть завод, который расходует определённое количество электроэнергии. Мы за электричество исправно платим, но нет никакой гарантии, что стоимость электричества изменится после выхода на рынок этого устройства. Если итоговая стоимость за киловатт упадёт вдвое — тогда можно обсуждать покупку

Директор завода по производству автомобильных комплектующих

К тому моменту, как атомная батарейка поступит в обычную продажу для всех желающих, разработчикам придётся ответить на серьёзные вопросы. Например, до сих пор ничего не говорится о возможном применении батарейки как дешёвого и легального оружия массового поражения. Особенно острым этот вопрос станет в тот момент, когда вместо изотопа никеля в качестве топлива начнут использовать изотопы плутония-238.

Кроме того, до сих пор непонятно, сколько времени и финансовых ресурсов придётся потратить на переоборудование всей современной инфраструктуры под новый источник питания и насколько он (источник), в конце концов, долговечен, надёжен и выгоден в использовании. Ответы на эти вопросы дадут не раньше чем через пять-семь лет — именно за этот срок учёные обещают представить первые коммерческие варианты новой технологии.

Источник