Ядерные батарейки и перспективы их использования

12 декабря 202031 тыс. дочитываний3,5 мин.

Последнее время часто появляются новостные заметки о том, что российские специалисты из институтов Росатома освоили выпуск ядерных батареек. Часть информации про выпуск элементов на основе технологии радиоактивного распада никеля-63. Другие – про технологию на основе энергии распада трития. Есть и вот такие прототипы:1 из 2

© content-26.foto.my.mail.ru

Опытные образцы на выставке в 2017 г. Напряжение 2 В. Срок работы – 50 лет. Никель-63 имеет период полураспада 100 лет. Т.е. теоретически батарейка может работать и дольше 50 лет.

Энергия для таких элементов получается за счет бета-распада радиоактивного изотопа никель-63. Это не проникающее излучение из электронов. От него можно закрыться листком бумаги. Поэтому, в корпусе из тонкого металла радиоактивный источник не опасен. Электроны улавливает либо углерод, либо кремний.

Если говорить о характеристиках и устройстве такого элемента, то вот схема:

1 грамм вещества выделяет 3,3 Вт*ч электроэнергии. Стоимость элемента — 4000$. Подробнее о том, как получают изотоп Ni-63 здесь: https://wiolowan.livejournal.com/23640.html

Конструкция ядерной батарейки на Ni-63:

Так же попадаются новостные статьи, что Росатом ведет исследования и разработки в области технологий атомных батареек на основе трития (Н-3 — тяжелый изотоп водорода). Тритий тоже имеет бета-излучение. Но период полураспада всего 12,5 года. Поэтому, тритиевая ядерная батарейка может проработать всего 10-12 лет. Дальше ее напряжение сильно падает.

В США тоже есть разработки ядерных батареек, созданных по тритиевой технологии:1 из 2

© batareykaa.ru

Ядерная батарейка NanoTritium компании CityLabs создана в 2018 г. Напряжение: 0,75 В. Мощность 75 нВт. Производят в корпусе микросхем LCC68 и LCC 44. Стоимость — 1200$.

Спектр применения таких батареек широк: микроэлектроника, импланты, датчики и т.д. И вроде как вырисовывается перспектива недалекого будущего, когда такие или гораздо более мощные элементы будут устанавливаться в телефонах или иных приборах. И их 10 лет не нужно будет заряжать.

Эти идеи долговечных батареек были в головах инженеров еще 50 и более лет назад:

Вот пример батарейки для кардиостимулятора образца 1974г., работающая на плутонии-238 (на второй фотографии радиоактивный элемент извлечен):1 из 2

Источник: https://habr.com/ru/company/toshibarus/blog/469629

Плутония в устройстве крайне мало – всего 0,2 гр. Но его работы хватает на десятки лет. В настоящее время использование плутония запрещено с целью предотвращения создания ядерного оружия.

Скорее всего, мировые организации по типу МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии) позволит развивать для розничного рынка потребления только маломощные электрические источники с радиоизотопами на бета-распаде. И самый доступный элемент – это тритий. Этот газ продают даже в брелоках, которые постоянно святятся на протяжении не менее 10 лет:

Брелок наполнен люминесцентным газом с добавлением трития. Бета-распад заставляет газ светиться. Вариантов цвета несколько. Альтернативная ссылка на aliexpress

Несколько фотографий:1 из 3

© ae01.alicdn.com

Бетта-излучение не проникает за стекло. Излучение остается внутри. Такая вот долго работающая подсветка.

Если в целом посмотреть на перспективы использования ядерных батареек, то из-за своей малой мощности и пока высокой стоимости, они будут применяться узкоспециализированно только в кардиологии (кардиостимуляторы), микроэлектронике (датчики, питание памяти и иные чипы) дорогостоящих устройств. Разумеется, такая электроника будет применяться и в космонавтике.

Что до использования технологии в бытовой электронике (телефоны, планшеты, ультрабуки), то пока ядерные батареи не подешевеют до уровня цен микросхемы процессора – их использование будет ограничено. Использовать для подзарядки – нет смысла (мощности микроватты и меньше). А вот как точечная подсветка чего-либо важного – идея интересная.

Конечно же, хотелось бы в быту иметь портативные ядерные батареи как у киногероя Тони Старк из фильма «Железный человек» (но на полке или в автомобиле). Кстати, интересный футуристический сценарий. Если имелись бы такие радиоизотопные батареи с электрической мощностью хотя бы в 1000 Вт*ч, то ими можно в ночное время (или во время стоянки) подзаряжать АКБ электромобилей. И авто стали бы полностью автономные.

Но на элементах, использующие бетта-распад такие мощные батарейки физически невозможны. Ну, а более мощные реакторы простым гражданам просто не позволят использовать. Хотя такие реакторы есть. И на это есть объективная причина. О ней расскажу в следующей статье.

***https://zen.yandex.ru/media/samstroy24/iadernye-batareiki-i-perspektivy-ih-ispolzovaniia-5fd459570b82510af5a2c52e?&utm_campaign=dbr

Подписывайтесь на канал, добавляйте его в закладки браузера (Ctrl+D). Впереди много интересной информации.

Предисловие автора сайта

sibved предлагает Вашему вниманию свой информационный реферат по проблеме полета россиян к Луне.

Действительно проблема бездействия России по этой проблеме и массовое увольнение империалистами специалистов отрасли в армию безработных, тунеядцев, террористов, пьяниц, наркоманов, волонтеров, самозанятых, спецов и ученых-мигрантов за границу, где они становятся дворниками и бомбилами, создает неблагоприятную обстановку в положении России в области новейших технологий. Однако веселуха:

Американцы нагло заявляют о колонизации Марса и Луны и издают свои указы о запрете посадки Землян в районы, где они набросали свой космический мусор или наследили.

Россия продолжает жить на разработках советского прошлого 60-тилетней давности и опять тратит триллионы распиливая по легкому деньги налогоплательщиков на постройку техногенноопасного мусора, который будет захламлять Землю и околоземное пространство. И довольно скоро это санкционно будет запрещаться. А тем временем:

Мои проекты полностью многоразовой и многоцелевой техники империалисты осваивать не собираются — вдруг не получится.

Империалисты успокаивают налогоплательщиков рекламными пилюлями о «Посейдонах», «Авангардах», «Кинжалах», живя на устаревшей информации, так как отстали от реальности в психопатской погоне за зелеными фантиками и изгнании людей созидательного труда в армию лишних. При этом гражданам запрещается собираться для обсуждения защиты конституционных прав граждан. Мир изменился и от биологической войны подготовленной в санитарной зоне НАТО, численностью персонала около миллиона служащих, вокруг России, ракетное оружие не спасет. Тем более, что для всякого железа есть гарантийный срок службы, а для живых вирусов нет.

Однако, читайте, хотя бы то что есть.

Россия летит на Луну. Запуск станции Луна-25 в 2021 году и планы высадки космонавтов к 2031 году

Интересующиеся космическими программами знают, что во времена космической гонки у СССР была своя лунная программа пилотируемого полета на базе тяжелой ракеты Н-1. Но программа после четырех неудачных запусков в 1969г. была свернута, хотя наработки по ней использовались в дальнейших околоземных пилотируемых программах.

И вот с 2017 г. Роскосмос начал создание сверхтяжелой ракеты «Енисей», способной выводить пилотируемые аппараты на окололунную орбиту массой до 27 тонн. Или на околоземную орбиту – до 103 тонн.

Три ступени: 1-я ступень состоящая из пяти РН Союз-5 с двигателями РД-171 МВ. 2-я ступень на базе двигателя Р-180 или РД-171МВ. 3-я ступень – РН Ангара-А5В. Разгонный блок: два двигателя РД-0150. На конец 2020 г. проект разработки оценили в 1 трл. руб. Проект планировалось завершить к 2028г. (беспилотный облет Луны).

Подробнее про проект: https://ru.wikipedia.org/wiki/Енисей_(ракета-носитель)

Но вот спустя шесть лет был произведен второй успешный запуск ракеты тяжелого класса Ангара-А5.1 из 2

Подробнее: https://ru.wikipedia.org/wiki/Ангара-А5

Это российская разработка тяжелой ракеты и первый проект новой ракеты постсоветского ракетостроения. В перспективе продолжение работы по конструированию Ангара-А7.

В январе 2021г. в РАН рекомендовали отложить дальнейшие разработки РН Енисей. Проект разработки новых двигателей для сверхмощной ракеты слишком затратный. А программа первого этапа лунной программы на базе РН Ангара-А5 позволит сократить затраты в четыре раза. Было предложено лунную программу разрабатывать на базе уже отработанных РН Ангара-А5 с модульным выведением полезной нагрузки на орбиту Земли и дальнейшим стартом к Луне.

Источник новости: https://rbc-ru.turbopages.org/rbc.ru/s/technology_and_media/13/01/2021/5ffeca2c9a7947ceb10d9254

Дальнейший полет к Луне планируется произвести с помощью буксировщика «Нуклон» с ядерной энергетической установкой и маршевыми ионными двигателями.1 из 2

Подробнее: https://ru.wikipedia.org/wiki/Нуклон_(космический_комплекс)

Среднее время полета до Луны аппарата с жидкостным ракетным двигателем – несколько суток. Тогда как ядерный буксировщик сможет это сделать за 200 суток. Ионные двигатели имеют меньшую тягу, но более длительное время работы. Им необходимо меньше топлива (рабочего вещества). И в целом эффективность технологии намного выше классических реактивных двигателей.

Срок работы аппарата – не менее двух лет. Электрическая мощность ядерной установки – 500 кВт. Доставка и сборка на околоземной орбите – с помощью ракет Ангара-А5 (два запуска РН на 1 аппарат Нуклон).1 из 2

Подробнее: https://ru.wikipedia.org/wiki/Орёл_(космический_корабль)

Разрабатывается капсула для полета и приземления на Землю – спускаемый аппарат «Федерация» (прежнее название «Орел»). Вместимость: от двух до шести космонавтов. На фотографии макеты. Пока не ясно что со спускаемым аппаратом на Луну. В 2028г. планируется облет вокруг Луны, а в 2031г. – высадка российских космонавтов на Луну.

Но это планы. Даты обычно сдвигаются на годы. Во времена моей учебы в школе, нам тоже говорили, что к началу 2000-х годов будут полеты космонавтов на Луну и Марс.

Полет невозможен без карты Луны. Нужно картографирование. Последний аппарат, запущенный на Луну, Луна-24 состоялся в 1976г. И вот в 2013г. начались работы по проектированию и созданию очередной АМС — Луна-25. Старт намечался на 2019г., но был перенесен на октябрь 2021г. Цель – прилунение и исследование состава лунного грунта, в приполярном районе (вероятно на южном полюсе), богатым льдом.

Так же в планах полеты АМС Луна-26, 27 и 28 (с доставкой лунного грунта). В проекте тяжелый луноход «робот-геолог» для бурения и исследования грунта. В целом, российская лунная программа амбициозная. Это не только высадка космонавтов на поверхность Луны, но и создание окололунной орбитальной станции (на базе сегментов МКС) и обустройство лунной базы.

Подробнее про программу: https://ru.wikipedia.org/wiki/Российская_лунная_программа

Это так сказать, краткая информация о планах нашего Роскосмоса в отношении Луны. А что NASA? Там тоже зашевелились, смотря на успех китайской лунной программы.

Напомню, что на обратной стороне Луны катается китайский луноход, а в декабре 2020 г. ими доставлен грунт с Луны. Скорее всего про достижения китайской программы мы узнаем по факту старта их очередной ракеты. Не исключено, что через 5-10 лет их космонавты высадятся на поверхность Луны.

В 2019г. NASA начали проект Артемида – программу высадки американских астронавтов на Луну. К 2023г. уже планируется облет Луны, а к 2024г. – высадка. До 2028г. запланировано 8 полетов миссии Artemis. После 2028г. – создание лунной базы с ресурсом на 15 лет.

Подробнее: https://ru.wikipedia.org/wiki/Артемида_(космическая_программа)

Судя по этой информации, космическим державам срочно понадобилась Луна. Почти 50 лет она была никому не нужна и сейчас назревает очередная космическая гонка. У Китая есть все ресурсы для этого (ежегодный огромный профицит бюджета). У России – теоретически тоже (если нам позволят тратить средства из стабфонда (не вкладывая в чужую валюту)). Ну, а у США есть печатный станок. С этой точки зрения деньги не проблема. Другой вопрос – нужна ли эта гонка, конкуренция? Может быть странам объединиться?

Существует другой вопрос: а вообще, человек технологически способен в настоящее время полететь на Луну? Были ли американцы на Луне в первый раз – это отдельная тема. Есть много аргументов против. Но сейчас технологии немного продвинулись: другая электроника, АКБ, композитные материалы и т.д. Что думаете?

Допустим, все эти амбициозные планы будут реальны. С одной стороны это подъем самосознания нации в каждой из сделавших это стран. А с другой стороны – упреки. Т.к. есть много нерешенных проблем на Земле (низкий уровень жизни и образования). Большинству населения глубоко фиолетово до таких космических программ. Сама экономическая система стран (кроме Китая, возможно) не подразумевает создание малозатратных ракетоносителей и модулей. Т.к. в каждый элемент заложена прибыль компаний.

***

Кому интересны мои публикации — > Подписывайтесь на канали добавляйте его в закладки браузера (Ctrl+D).

Использование материалов канала для youtube-каналов – только с разрешения и согласования с автором ©

https://zen.yandex.ru/media/sibved24/rossiia-letit-na-lunu-zapusk-stancii-luna25-v-2021-godu-i-plany-vysadki-kosmonavtov-k-2031-godu-6000947c4e913f1758f12ed2?&utm_campaign=dbr