Optoelektrisk kjernefysisk batteri - Optoelectric nuclear battery

Et optoelektrisk kjernefysisk batteri (også radiofotovoltaisk apparat , radioluminescerende kjernefysisk batteri eller radioisotop fotovoltaisk generator ) er en type kjernefysisk batteri der kjernekraft omdannes til lys , som deretter brukes til å generere elektrisk energi . Dette oppnås ved å la den ioniserende strålingen som sendes ut av de radioaktive isotopene treffe et selvlysende materiale ( scintillator eller fosfor ), som igjen avgir fotoner som genererer elektrisitet når de treffer en solcelle .

Teknologien ble utviklet av forskere fra Kurchatov-instituttet i Moskva .

Beskrivelse

En beta-emitter slik som teknetium-99 eller strontium-90 er suspendert i en gass eller væske som inneholder luminescerende gassmolekyler av excimer- typen, som utgjør et "støvplasma". Dette tillater et nesten tapsfritt utslipp av beta- elektroner fra de støvpartiklene. Elektronene exciterer deretter gassene hvis excimerlinje er valgt for omdannelse av radioaktiviteten til et omkringliggende solcellelag slik at et lett, lavtrykk, høyeffektivt batteri kan realiseres. Disse nuklidene er relativt billig radioaktivt avfall fra kjernekraftreaktorer . Støvpartiklenes diameter er så liten (noen få mikrometer) at elektronene fra beta-forfallet etterlater støvpartiklene nesten uten tap. Det omkringliggende svakt ioniserte plasmaet består av gasser eller gassblandinger (som krypton , argon og xenon ) med excimerlinjer slik at en betydelig mengde av beta-elektronenes energi omdannes til dette lyset. Veggene rundt inneholder solcellelag med brede forbudte soner , for eksempel diamant , som omdanner den optiske energien som genereres fra strålingen til elektrisk energi.

Et tysk patent gir en beskrivelse av et optoelektrisk atombatteri, som vil bestå av en excimer av argon, xenon eller krypton (eller en blanding av to eller tre av dem) i en trykkbeholder med en indre speilflate, finmalt radioisotop og en intermitterende ultralydsrører som belyser en fotocelle med et båndgap innstilt for excimer . Når beta-emitterende nuklider (f.eks. Krypton-85 eller argon-39 ) avgir beta-partikler, exciterer de sine egne elektroner i det smale excimerbåndet med et minimum av termiske tap, slik at denne strålingen blir omdannet til en solcelle med høy båndgap lag (f.eks. i pn-diamant) veldig effektivt til strøm. Den elektriske kraften per vekt, sammenlignet med eksisterende radionuklidbatterier, kan deretter økes med en faktor 10 til 50 eller mer. Hvis trykkbeholderen er laget av karbonfiber / epoksy , sies forholdet mellom vekt og vekt å være sammenlignbart med en luftpustende motor med drivstofftanker. Fordelen med denne designen er at det ikke er behov for presisjonselektrodesamlinger, og de fleste betapartikler slipper unna det finfordelte bulkmaterialet for å bidra til batteriets nettoeffekt.

Ulemper

  • Høy pris på radionuklider.
  • Høytrykksbeholder (opptil 10 MPa eller 100 bar).
  • En svikt i inneslutningen vil frigjøre høytrykksstråler av finfordelte radioisotoper, og danne en effektiv skitten bombe .

Den iboende risikoen for feil vil sannsynligvis begrense denne enheten til rombaserte applikasjoner, hvor den finfordelte radioisotopkilden bare blir fjernet fra et trygt transportmedium og plassert i høytrykksgassen etter at enheten har forlatt jorden.

Som et DIY-prosjekt

Som enkelt betaphotovoltaisk kjernefysisk batteri kan konstrueres fra lett tilgjengelige tritium hetteglass (tritiumfylte glassrør belagt med en radioluminescerende fosfor ) og solceller . Ett design med 14 22,5 x 3 mm hetteglass med tritium produserte 1,23 mikrowatt med et maksimalt effektpunkt på 1,6 volt. En annen design kombinerte batteriet med en kondensator for å drive en lommeregner i opptil ett minutt av gangen.

Se også

Referanser

  • Polymers, Phosphors, and Voltaics for Radioisotope Microbatteries , av Kenneth E. Bower (redaktør), et al.
  • US patent 7,482,533 kjernekjerne batteri