Batterie atomique

La batterie atomique de limites, la batterie nucléaire , la batterie de tritium de et la pile à radio-isotopes de sont utilisées pour décrire un dispositif qui emploie les émissions d'un isotope radioactif du pour produire de l'électricité .

Les dispositifs pour convertir la désintégration radioactive normal directement en électricité sont rien de neuf. La technologie nucléaire de batterie a commencé en 1913, quand le Henry Moseley a démontré la première fois la bêta cellule. Le champ a suscité l'attention considérable de recherches pour des applications exigeant des sources d'énergie de longue vie pour les besoins de l'espace pendant les années 50 et le 60s. Au cours des années beaucoup de types et de méthodes ont été développés. Les principes scientifiques sont bien connus, mais moderne nano-mesurer la technologie et les semi-conducteurs larges de bandgap de nouveau ont créé de nouveaux dispositifs et propriétés matérielles intéressantes pas précédemment disponibles.

Des batteries using l'énergie de l'affaiblissement du radio-isotope pour fournir la puissance longévitale (an 10-20) sont développées internationalement. Des techniques de conversion peuvent être groupées dans deux types : thermique et non-thermal. Les convertisseurs thermiques (dont de puissance de sortie est une fonction d'un différentiel de la température) incluent le les générateurs thermoïoniques thermoélectriques de et . Les convertisseurs non-thermal (dont de puissance de sortie n'est pas une fonction d'une différence de la température) extraient une fraction de l'énergie d'incident pendant qu'elle est dégradée dans la chaleur plutôt qu'using l'énergie thermique pour courir des électrons dans un cycle. Les batteries atomiques ont habituellement une efficacité de 0.

Convertisseurs thermiques

Convertisseur thermo-ionique

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du convertisseur thermo-ionique Un convertisseur thermo-ionique se compose d'une électrode chaude qui émet thermionically des électrons au-dessus d'une barrière de charges spatiales à une électrode plus fraîche, produisant un résultat de puissance utile. De la vapeur du césium est employée pour optimiser les fonctions de travail d'électrode et pour fournir une offre d'ion (par l'ionisation extérieure de contact) pour neutraliser les charges spatiales d'électron.

Générateur thermoélectrique de radio-isotope

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thermoélectrique du générateur de radio-isotope de Un convertisseur thermoélectrique relie des paires de thermocouples en série. Chaque thermocouple est constitué par la jonction de deux matériaux différents. Un de chaque paire est heated et l'autre refroidie. Les thermocouples en métal ont la basse efficacité thermique-à-électrique. Cependant, la densité de porteur et la charge peuvent être ajustées en matériaux de semi-conducteur tels que le tellurure de bismuth et le germanium de silicium pour réaliser des efficacités de conversion beaucoup plus élevées.

Cellules de Thermophotovoltaic

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Les cellules de Thermophotovoltaic fonctionnent à côté des mêmes principes comme cellule photovoltaïque , sauf qu'elles convertissent la lumière infrarouge du (plutôt que la lumière visible) émise par une surface chaude, en électricité. Les cellules de Thermophotovoltaic ont les couples légèrement plus haut que thermoélectriques d'une efficacité et peuvent être recouvertes sur les couples thermoélectriques, efficacité potentiellement de doublement. L'université de de l'effort de développement de technologie de conversion de puissance de radio-isotope de Houston TPV vise combinant la cellule thermophotovoltaic en même temps que les thermocouples pour fournir des 3 à l'amélioration quadruple de l'efficacité de système au-dessus des générateurs thermoélectriques courants de radio-isotope.

Courant ascendant alcalin au convertisseur électrique

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électrique du convertisseur Le courant ascendant alcalin au convertisseur électrique (AMTEC) est un système électrochimique du qui est basé sur l'électrolyte utilisé dans la batterie sulfure de sodium , bêta-alumine de sodium. Le dispositif est une cellule de concentration de du sodium qui emploie un en céramique, électrolyte plein de β-alumine polycristalline du (BASE), comme séparateur entre une région à haute pression contenant la vapeur de sodium à K 900 - 1300 et à une région de basse pression contenant un condensateur pour le sodium liquide à l'efficacité de 400 - 700 K. des cellules d'AMTEC a atteint 16% po le laboratoire et est prévu pour approcher 20%.

Convertisseurs Non-thermal

Les convertisseurs Non-thermal extraient une fraction de l'énergie nucléaire pendant qu'elle est dégradée dans la chaleur. Leurs sorties ne sont pas des fonctions des différences de la température de même que les convertisseurs thermoélectriques et thermo-ioniques. Des générateurs Non-thermal peuvent être groupés dans trois classes.

Générateurs de remplissage directs

Dans le premier type, les générateurs primaires se compose d'un condensateur qui est chargé par le courant des particules chargées d'une couche radioactive déposées sur une des électrodes. L'espacement peut être vide ou diélectrique . Négativement - particules bêta chargées ou franchement - les particules ALPHA chargées , les positrons ou les fragments de fission peuvent être utilisés. Bien que cette forme de générateur nucléaire-électrique remonte à 1913, peu d'applications ont été trouvées dans le passé pour extrêmement - les bas courants et les tensions incommodément élevées fournis par les générateurs de remplissage directs. Des systèmes d'oscillateur/transformateur sont utilisés pour réduire les tensions, puis des redresseurs sont utilisés pour transformer le courant alternatif De nouveau au courant continu.

Le physicien anglais H. Moseley a construit le premier avec de ces derniers. L'appareillage de Moseley s'est composé d'un globe en verre argenté par sur l'intérieur avec un émetteur de radium monté sur le bout d'un fil au centre. Les particules chargées du radium ont créé un écoulement de l'électricité pendant qu'elles se déplaçaient rapidement du radium à la surface intérieure de la sphère. Aussi tard que 1945 le modèle de Moseley ont guidé d'autres efforts de construire les batteries expérimentales produisant de l'électricité des émissions des éléments radioactifs.

Betavoltaics

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En mai le 2005 , un groupe comprenant des chercheurs de l'université de de Rochester et de l'université de de Toronto a annoncé un petit à piles par l'affaiblissement de bêta-particule-émission du tritium et a placé le produit comme approprié aux stimulateurs ou aux dispositifs électriques à faible intensité de ménage. Le dispositif recueille l'énergie des bêta-particules qui traversent une diode de silicium, en quelque sorte analogues aux cellules photovoltaïques du . Cette technique s'appelle le Betavoltaics et a le potentiel d'augmenter radicalement des densités atomiques de production énergétique d'efficacité et de batterie.

Électro-optique

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nucléaire électro-optique de la batterie Des chercheurs de l'institut de Kurchatov de dans le Moscou a également proposé une batterie nucléaire optolectric. Un bêta-émetteur (tel que technétium -99 de ) stimulerait un mélange de l'excimère , et la lumière actionnerait une cellule photo-électrique . La batterie se composerait d'un mélange d'excimère de l'argon /de xénon dans un récipient à pression avec une surface reflétée interne, un Tc-99 fin-divisé, et un agitateur ultrasonique du intermittent , illuminant une cellule photo-électrique avec un bandgap accordé pour l'excimère. Si le pression-navire est fibre de carbone / époxyde, le poids de pour actionner le rapport serait comparable à un moteur aérobie avec des réservoirs de carburant. L'avantage de cette conception est que les électrodes de précision ne sont pas nécessaires, et la plupart des particules bêta échappent au matériel en bloc fin-divisé pour contribuer à la puissance nette de la batterie.

Échange des batteries atomiques électromécaniques

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piézoélectrique du générateur de radio-isotope de Les batteries atomiques électromécaniques emploient l'accumulation de la charge entre deux plats pour tirer un plat bendable vers l'autre, jusqu'à ce que les deux plats touchent, déchargent, égalisant l'habillage électrostatique, et le dos de ressort. Le mouvement mécanique produit peut être employé pour produire l'électricité par le fléchissement d'un matériel piézoélectrique du ou par un générateur linéaire. Des milliwatts de puissance sont produits dans les impulsions selon le taux de charge, périodes dans certains cas multiples par seconde (35Hz).

Les radio-isotopes ont employé

Les batteries atomiques emploient les radio-isotopes qui produisent les particules bêta de basse énergie ou les particules ALPHA parfois des énergies variables. Les particules bêta de basse énergie sont nécessaires pour empêcher la production du rayonnement pénétrant du rayonnement par freinage de haute énergie qui exigerait l'armature lourde. Des radio-isotopes tels que le tritium , le nickel -63 de , le prométhium -147 de , et le technétium -99 de ont été examinés. Le plutonium -238 de , le curium -242 de , le curium -244 de et le strontium -90 de ont été employés.

Dans la fiction

Dans le '' Batman '' de série télévisée d'action de phase, des batteries atomiques sont utilisées pour actionner le " ; Batte-mobile" ; fait par Robin quand le véhicule est déployé. Dans le dessin animé original, le la ligue de justice, une batterie nucléaire d'un communicateur de JLA enterré sur le chantier de JLA dans la période crétacée permet aux membres de sauver d'autres envoyés de nouveau dans le temps par la légion originale de du sort malheureux . Dans le code français Lyoko du dessin animé , l'ordinateur géant de la série utilise une batterie nucléaire. Ceci est censé souvent par quelques ventilateurs uranium-pour être basé, mais la demi vie de la batterie (20 ans ou ainsi, d'après la chronologie établie de l'exposition) fait ce peu probable, comme une batterie en uranium durer des millions d'années. En date de maintenant, quelques ventilateurs théorisent actuellement que le carburant pour la batterie est le Lead-210 car sa demi vie est de 22.

Voir également

Émission gamma induite par .

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