Изотопные источники питания: Что такое изотопный источник питания? | Наука | Общество

Что такое изотопный источник питания? | Наука | Общество

10.08.2019 15:24

Мария Осина

Примерное время чтения: 4 минуты

7685

Категория:  Космос

В «Росатоме» сообщили о трагическом происшествии, случившемся на военном полигоне в Архангельской области. Инцидент произошел во время работ, связанных с инженерно-техническим сопровождением изотопных источников питания на жидкостной двигательной установке. В результате происшествия погибли пять сотрудников, еще трое получили травмы и ожоги различной степени тяжести, сообщается на официальном сайте госкорпорации.

В «Росатоме» выразили соболезнования родным и близким погибших и пообещали оказать их семьям помощь и поддержку. Все пострадавшие сейчас находятся в специализированных медучереждениях, им оказывается необходимая помощь.

Радиоизотопный генератор зонда «Вояджер». Фото: NASA

Что такое изотопный источник питания?

Радиоизотопные источники питания — это устройства, использующие энергию, которая выделяется при радиоактивном распаде, для нагрева теплоносителя или преобразующие ее в электроэнергию. Если в атомном реакторе используется неуправляемая цепная реакция, то в радиоизотопном источнике питания — энергия естественного распада радиоактивных изотопов.

Первый такой источник электрический энергии — атомную батарею Beta Cell — создал британский физик Генри Мозли в 1913 году. Она представляла собой стеклянную сферу, посеребренную изнутри, в центре которой на изолированном электроде располагался радиевый источник ионизирующей радиации. В свою очередь, электроны, излучающиеся при бета-распаде (тип радиоактивного распада, обусловленный слабым взаимодействием и изменяющий заряд ядра на единицу без изменения массового числа), создавали разность потенциалов между серебряным слоем стеклянной сферы и электродом с радиевой солью.

Для чего он может использоваться?

На практике радиоизотопные генераторы стали активно применять в середине ХХ века в СССР и США в связи с освоением космического пространства. Они особенно нужны в тех областях, где необходима автономность работы оборудования, надежность и малый вес — для спутников и межпланетных станций.

Без радиоизотопных генераторов невозможно изучение «глубокого космоса» — астрономических объектов, которые находятся за пределами Солнечной системы. При значительном удалении от Солнца уровень солнечной энергии, который можно использовать посредством фотоэлементов, очень мал. Кроме того, при значительном удалении от Земли для передачи радиосигналов с космического зонда требуется очень большая мощность. Поэтому единственным возможным источником энергии для космических аппаратов в таких условиях, кроме атомного реактора, выступает радиоизотопный генератор.

В 1956 году в США была запущена программа под названием SNAP (Systems for Nuclear Auxiliary Power — вспомогательные ядерные энергетические установки). Радиоизотопные источники использовались, в частности, на спутниках «Транзит», Американской антарктической станции, в Арктическом бюро погоды. Радиоизотопные генераторы «Орион-1» и «11К» использовались в 1965 году на советских космических аппаратах «Космос-84» и «Космос-90».

Помимо космической отрасли радиоизотопные генераторы используются также на глубоководных аппаратах. Необходимы изотопные генераторы и для работы на удаленных территориях — например, на крайнем Севере, в открытом море или в Антарктиде.

Смотрите также:

• Без брони не долететь. Как увеличить срок службы космических кораблей? →
• Космический атом. Как корпорация развивает кооперацию? →
• Коллайдер вновь остановили →

ядерная физика

Следующий материал

Также вам может быть интересно

• Хорек отключил электричество на Большом адронном коллайдере
• Уникальный телескоп будет изучать Вселенную в водах Байкала
• Химики МГУ «поймали» пятивалентный плутоний
• Российские ученые создали компактный анализатор грунта для марсоходов
• В будущем Россия перейдет на термоядерную энергетику

Новости СМИ2

Атомная энергия.

Том 26, вып. 2. — 1969 — Электронная библиотека «История Росатома»Атомная энергия. Том 26, вып. 2. — 1969 — Электронная библиотека «История Росатома»

Главная → Указатель произведений

ЭлектроннаябиблиотекаИстория Росатома

Ничего не найдено.

Загрузка результатов…

 

 

Закладки

 

 

 

Обложка979899100101102103104105106107108109110111112113114115116117118119120121122123124125126127128129130131132133134135136137138139140141142143144145146147148149150151152153154155156157158159160161162163164165166167168169170171172173174175176177178179180181182183184185186187188189190191192193194195196197198199200201202203204205206207208209210211212213214215216217218219220Обложка (с. 3)Обложка (с. 4)

 

 

Увеличить/уменьшить масштаб

По ширине страницы

По высоте страницы

Постранично/Разворот

Поворот страницы

Навигация по документу

Закладки

Поиск в издании

Структура документа

Скопировать текст страницы

(работает в Chrome 42+,
Microsoft Internet Explorer и Mozilla FireFox
c установленным Adobe Flash Player)

Добавить в закладки

Текущие страницы выделены рамкой.

 

Содержание

ОбложкаОбложка

97Титульный лист

97Содержание

98Contents

98Вниманию читателей

 99Всесоюзная научно-техническая конференция «XX лет производства и применения изотопов и источников ядерных излучений в народном хозяйстве СССР»

 100

Петросьянц А. М.

Изотопы в народном хозяйстве СССР

 106Пленарные доклады

 106

Бочкарев В. В., Брежнева Н. Е., Кулиш Е. Е.

Прогресс в области получения и производства изотопов 114

Спицын В. И.

Изотопы в научных исследованиях 122

Кулиш Е. Е., Штань А. С.

Изотопы в промышленности 127

Алимарин И. П., Яковлев Ю. В.

Ядернофизические методы анализа 133

Зедгенидзе Г. А.

Радиоактивные изотопы в распознавании и лечении заболеваний различных органов и систем человека 138

Флеров Г. Н.

Синтез и изучение новых изотопов и элементов 142

Гольданский В. И.

Применения эффекта Мёссбауэра в науке и технике 150

Карпов В. Л.

Радиационнохимические процессы и их осуществление в промышленности 154

Алексеев Ф. А., Очкур А. П., Ферронский В. И.

Ядерные излучения и изотопы в изучении земной норы при поисках и разведке полезных ископаемых 161

Нерпин С. В., Прохоров В. М., Савин В. Н.

Итоги использования изотопов и ядерных излучений в исследованиях по сельскому хозяйству 165

Рогачев В. И.

Радиационная обработка пищевых продуктов — эффективный способ их сохранения для увеличения ресурсов питания человечества 169

Фрадкин Г. М., Кодюков В. М.

Радиоизотопные термоэлектрические генераторы

 176Обзоры секционных заседаний

 176

Булатов Б. П., Янушковский В. А.

Радиоизотопные средства контроля, регулирования и автоматизации технологических процессов в промышленности 181

Бугаенко Л. Т.

Радиационная химия 188

Матвеенко Е. Г., Константинов И. О.

Радиационная медицина 193

Рачинский В. В.

Применение изотопов и ядерных излучений в сельском хозяйстве 197

Рогачев В. И.

Радиационная обработка пищевых продуктов 201

Алимарин И. П., Егиазаров Б. Г., Кирьянов Г. И., Яковлев Ю. В., Якубович А. Л.

Ядернофизические методы анализа 204

Евтеев М. Г., Ферронский В. И.

Ядерная геофизика 207

Бочкарев В. В.

Производство изотопов 212

Грузин П. Л., Бабикова Ю. Ф.

Метод изотопных индикаторов и его применение в научных исследованиях и технике

220Вниманию читателей

220Концевая страница

Обложка (с. 3)Объявления

 

Обращаясь к сайту «История Росатома — Электронная библиотека»,
я соглашаюсь с условиями использования представленных там материалов.

Правила сайта (далее – Правила)

1. Общие положения
   1. Настоящие правила определяют порядок и условия использования материалов, размещенных на сайте www.biblioatom.ru (далее именуется Сайт), а также правила использования материалов Сайтом и порядок взаимодействия с Администрацией Сайта.
   2. Любые материалы, размещенные на Сайте, являются объектами интеллектуальной собственности (объектами авторского права или смежных прав, а также прав на средства индивидуализации).
      Права Администрации Сайта на указанные материалы охраняются законодательством о правах на результаты интеллектуальной деятельности.
   3. Использование материалов, размещенных на Сайте, допускается только с письменного согласия Администрации Сайта или иного правообладателя, прямо указанного на конкретном материале, размещенном на Сайте, или в непосредственной близости от указанного материала.
   4. Права на использование и разрешение использования материалов, размещенных на Сайте, принадлежащих иным правообладателям, нежели Администрация Сайта, допускается с разрешения таких правообладателей или в соответствии с условиями, установленными такими правообладателями. Никакое из положений настоящих Правил не дает прав третьим лицам на использование материалов правообладателей, прямо указанных на конкретном материале, размещенном на Сайте, или в непосредственной близости от указанного материала.
   5. Настоящие Правила распространяют свое действие на следующих пользователей: информационные агентства, электронные и печатные средства массовой информации, любые физические и юридические лица, а также индивидуальные предприниматели (далее — «Пользователи»).
2. Использование материалов. Виды использования
   1. Под использованием материалов Сайта понимается воспроизведение, распространение, публичный показ, сообщение в эфир, сообщение по кабелю, перевод, переработка, доведение до всеобщего сведения и иные способы использования, предусмотренные действующим законодательством Российской Федерации.
   2. Использование материалов Сайта без получения разрешения от Администрации Сайта не допустимо.
   3. Внесение каких-либо изменений и/или дополнений в материалы Сайта запрещено.
   4. Использование материалов Сайта осуществляется на основании договоров с Администрацией Сайта, заключенных в письменной форме, или на основании письменного разрешения, выданного Администрацией Сайта.
   5. Запрещается любое использование (бездоговорное/без разрешения) фото-, графических, видео-, аудио- и иных материалов, размещенных на Сайте, принадлежащих Администрации Сайта и иным правообладателям (третьим лицам).
   6. Стоимость использования каждого конкретного материала или выдача разрешения на его использование согласуется Пользователем и Администрацией Сайта в каждом конкретном случае.
   7. В случае необходимости использования материалов Сайта, права на которые принадлежат третьим лицам (иным правообладателям, нежели Администрация Сайта, о чем прямо указано на таких материалах либо в непосредственной близости от них), Пользователи обязаны обращаться к правообладателям таких материалов для получения разрешения на использование материалов.
3. Обязанности Пользователей при использовании материалов Сайта
   1. 3.1. При использовании материалов Сайта в любых целях при наличии разрешения Администрации Сайта, ссылка на Сайт обязательна и осуществляется в следующем виде:
      1. в печатных изданиях или в иных формах на материальных носителях Пользователи обязаны в каждом случае использования материалов указать источник – электронная библиотека «История Росатома» (www. biblioatom.ru)
      2. в интернете или иных формах использования в электронном виде не на материальных носителях, Пользователи в каждом случае использования материалов обязаны разместить гиперссылку на Сайт — электронная библиотека «История Росатома» (www.biblioatom.ru), гиперссылка должна являться активной и прямой, при нажатии на которую Пользователь переходит на конкретную страницу Сайта, с которой заимствован материал.
      3. Ссылка на источник или гиперссылка, указанные в пп. 3.1.1 и 3.1.2. настоящих Правил, должны быть помещены Пользователем в начале используемого текстового материала, а также непосредственно под используемым аудио-, видео-, фотоматериалом, графическим материалом Администрации Сайта.
   2. Размеры шрифта ссылки на источник или гиперссылки не должны быть меньше размера шрифта текста, в котором используются материалы Сайта, либо размера шрифта текста Пользователя, сопровождающего аудио-, видео-, фотоматериалы и графические материалы Сайта, а также цвет ссылки должен быть идентичен цветам ссылок на Сайте и должен быть видимым Пользователю.
   3. Использование материалов с Сайта, полученных из вторичных источников (от иных правообладателей, нежели Администрация Сайта, о чем прямо указано на таких материалах либо в непосредственной близости от них), возможно только со ссылкой на эти источники и, в случае необходимости, установленной такими источниками (правообладателями), — с их разрешения.
   4. Не допускается переработка оригинального материала (произведения), взятого с Сайта, в том числе сокращение материала, иная его переработка, в том числе приводящая к искажению его смысла.
4. Права на материалы третьих лиц, урегулирование претензий
   1. Материалы, права на которые принадлежат третьим лицам, размещенные на Сайте, размещены либо с разрешения правообладателя, полученного Администрацией Сайта, либо, в случае, если таковое использование прямо не запрещено правообладателем, в соответствии с Законодательством РФ в информационных целях с обязательным указанием имени автора, материал которого используется, и источника заимствования.
   2. В случае, если в обозначении авторства материалов в соответствии с п. 4.1. настоящих Правил содержится ошибка, или в случае использования материала с предполагаемым или реальным нарушением прав третьих лиц, или в иных спорных случаях использования объектов интеллектуальной собственности, размещенных на Сайте, в том числе в случае, когда права третьего лица тем или иным образом нарушаются с использованием Сайта, применяется следующая схема урегулирования претензий третьих лиц к Администрации Сайта:
      1. в адрес Администрации Сайта по электронной почте на адрес [email protected] направляется претензия, содержащая информацию об объекте интеллектуальной собственности, права на который принадлежат заявителю и который используется незаконно посредством Сайта или с нарушением правил использования, или иным образом права заявителя как обладателя исключительного права на объект интеллектуальной собственности, размещенный на Сайте, нарушены посредством Сайта, с приложением документов, подтверждающих правомочия заявителя, данные о правообладателе и копия доверенности на действия от лица правообладателя, если лицо, направляющее претензию, не является руководителем компании правообладателя или непосредственно физическим лицом — правообладателем. В претензии также указывается адрес страницы Сайта, которая содержит данные, нарушающие права, и излагается полное описание сути нарушения прав;
      2. Администрация Сайта обязуется рассмотреть надлежаще оформленную претензию в срок не менее 5 (пяти) рабочих дней с даты ее получения по электронной почте. Администрация Сайта обязуется уведомить заявителя о результатах рассмотрения его заявления (претензии) посредством отправки письма по электронной почте на адрес, указанный заявителем, а также направить ответ в письменном виде на адрес, указанный заявителем (в случае неуказания такового адреса отправки, обязательство по предоставлению письменного ответа на претензию с Администрации Сайта снимается). В том числе, Администрация Сайта вправе запросить дополнительные документы, свидетельства, данные, подтверждающие законность предъявляемой претензии. В случае признания претензии правомерной, Администрация Сайта примет все возможные меры, необходимые для прекращения нарушения прав заявителя и урегулирования претензии;
      3. Администрация Сайта в любом случае предпринимает все возможные меры к скорейшему удовлетворению обоснованных претензий третьих лиц и стремиться к максимально скорому урегулированию всех спорных вопросов.
5. Прочие условия
   1. Администрация Сайта оставляет за собой право изменять настоящие Правила в одностороннем порядке в любое время без уведомления Пользователей. Любые изменения будут размещены на Сайте. Изменения вступают в силу с момента их опубликования на Сайте.
   2. По всем вопросам использования материалов Сайта Пользователи могут обращаться к Администрации Сайта по следующим координатам: [email protected]
   3. Во всем, что не урегулировано настоящими Правилами в отношении вопросов использования материалов на Сайте, стороны руководствуются положениями Законодательства РФ.

СогласенНе согласен

Что такое радиоизотопная энергетическая система?

Перейти к основному содержанию

Многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор

Что такое радиоизотопная энергетическая система?

Радиоизотопные энергетические системы (РЭС) преобразуют тепло, выделяемое при естественном распаде плутония-238 — радиоактивного изотопа — в электрическую энергию. Они обеспечили питанием более двух десятков космических миссий США и способны производить тепло и электричество в суровых условиях глубокого космоса в течение десятилетий без какого-либо обслуживания.

Типы радиоизотопных систем

Существует два типа радиоизотопных систем питания:

Блоки радиоизотопного нагревателя (RHU): Небольшие устройства, обеспечивающие тепло для поддержания работы электронных приборов и механических систем космического корабля при низких температурах нашей солнечной радиации. система.

Радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ): Проверенные в полете системы, обеспечивающие электроэнергией и теплом космический корабль.

Как работает РИТЭГ?

РИТЭГи работают путем преобразования тепловой энергии в электрическую с помощью устройств, известных как термопары. При естественном распаде плутония-238 выделяется тепло, которое затем передается одной стороне термопары. Разница температур между топливом и атмосферой позволяет устройству преобразовывать это тепло в электричество. Самая современная модель РИТЭГ, многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор (MMRTG), обеспечивает около 110 Вт электроэнергии при свежем топливе.

РИТЭГи созданы на века. Его прочная и компактная конструкция делает его идеальным источником энергии для удаленных операций. Они могут десятилетиями выдерживать суровые условия и низкие температуры дальнего космоса, не имеют движущихся частей и не требуют обслуживания, а также доказали свою исключительную надежность. На самом деле, некоторые РИТЭГи, запущенные десятилетия назад, все еще работают сегодня, как миссия «Вояджер», которая впервые стартовала в 1977 году.

Щелкните инфографику для загрузки.

Разработка РИТЭГов

Министерство энергетики США (DOE) разрабатывает ДЭС для НАСА, используя специализированное оборудование в своих национальных лабораториях.

Окриджская национальная лаборатория предоставляет материалы и оборудование для источников тепла. Лос-Аламосская национальная лаборатория очищает и инкапсулирует плутоний-238. Затем Национальная лаборатория Айдахо собирает, тестирует и обеспечивает окончательную доставку RPS.

История РИТЭГов

РИТЭГи первого поколения несли небольшое количество радиоизотопных материалов и были сконструированы так, чтобы сгорать на больших высотах при аварийном входе в атмосферу. Это изменилось в более поздних конструкциях, которые содержат плутоний на случай повторного входа в атмосферу. РИТЭГи имеют отличные эксплуатационные характеристики и никогда не были причиной аварий космических кораблей. Из трех неудачных миссий с РИТЭГами на борту энергосистемы работали в соответствии с проектом.

На протяжении более 50 лет Министерство энергетики и его предшественник, Комиссия по атомной энергии, успешно обеспечивали РЭС для миссий НАСА, ВМФ и ВВС. РИТЭГи внесли свой вклад во многие монументальные и исторические космические миссии, такие как миссии «Аполлон» на Луну, миссии «Викинг» и «Кьюриосити» на Марс, миссию «Новые горизонты» на Плутон и пояс Койпера и миссию «Кассини» на Сатурн.

Что дальше?

Следующее поколение RPS открыло двери множеству новых возможностей. MMRTG имеют еще более гибкую конструкцию, которая позволяет им работать в вакууме космоса и планетарных атмосфер. НАСА использовало MMRTG в своей миссии ровера на Марс в 2020 году и MMRTG в миссии спускаемого аппарата Dragonfly для исследования Титана в 2027 году9.0003

Узнайте больше о роли Министерства энергетики США в обеспечении космических миссий США.

Новый подход к радиоизотопным источникам энергии для повышения эффективности и увеличения срока службы

Исследования, разработки и производство изотопов (IP DOE)

13 декабря 2021 г.

Прямое осаждение источника радиоизотопов на конвертер. Это может улучшить преобразование излучения бета-распада радиоизотопного источника в электричество за счет использования двух преобразователей вместо одного. Результатом является большая плотность мощности для источника питания.

Изображение предоставлено Окриджской национальной лабораторией и Армейской исследовательской лабораторией. 63) в электрическую энергию. Эти устройства имеют высокую удельную мощность, что означает, что они могут быстро высвобождать большое количество энергии, когда это необходимо. Они также имеют высокую плотность энергии, что означает, что они хранят большое количество энергии. Они идеально подходят для таких приложений, как космические корабли, которым нужны источники питания, способные работать в течение многих лет в суровых условиях без вмешательства человека. Недавно исследователи изучили новый подход к тому, чтобы сделать бета-электрические ДЭС более эффективными при преобразовании тепла в электричество. Эти RPS NextGen по-новому применяют изотопы к улучшенным конвертерам. Это дает RPS NextGen отличный потенциал для обеспечения долговременного компактного питания в удаленных и экстремальных условиях.

The Impact

Небольшие датчики, часто используемые в удаленных и/или экстремальных условиях на суше и в космосе, требуют источников питания с высокой плотностью энергии и мощности для непрерывной работы от 3 до 25 лет. Химические батареи могут обеспечить только краткосрочные решения. Бета-вольтаический RPS является альтернативой химической батарее. Эти RPS могут хранить в 1000 раз больше энергии, чем химическая батарея, что позволяет им снабжать небольшими датчиками питание в течение многих лет. Это исследование показывает, как производительность бета-вольтаических РЭС может быть улучшена за счет повышения эффективности преобразования радиоактивного распада в электричество. Это достижение поможет сделать РЭС еще более эффективными для небольших устройств, требующих небольшого количества энергии, и представляет собой многообещающий первый шаг к увеличению удельной мощности ядерных батарей с микроватт до милливатт на 1000 см 9 .0063 3 с внедрением бета-источников с более высокой энергией.

Резюме

Бета-вольтаические батареи относятся к типу RPS. Радиоизотопы, используемые в бета-вольтаических батареях (например, Ni-63, Pm-147), производятся в рамках Изотопной программы Министерства энергетики США. В традиционных бета-вольтаических батареях радиоизотоп наносится на металлическую фольгу, которая помещается поверх полупроводникового преобразователя. Взаимодействие между радиоизотопом и преобразователем может ограничить эффективность РЭС. Это исследование продемонстрировало подход, при котором можно использовать долгоживущие бета-излучающие радиоизотопы, чтобы соответствовать плотности мощности (способности высвобождать энергию) химических батарей, превосходя их по плотности энергии (способность накапливать энергию). Исследователи исследовали, как геометрия преобразователя и бета-преобразование могут влиять на производительность за счет повышения эффективности источника и поверхностной плотности мощности. Исследователи сосредоточились на конфигурации бета-гальванической батареи, состоящей из никеля-63, непосредственно нанесенного на бета-гальваническую ячейку политипа карбида кремния 4-H (4H-SiC). Переход от плоской геометрии преобразователя к текстурированному бета-гальваническому элементу 4H-SiC повысил удельную мощность в семь раз. Эффективность преобразователя увеличилась в два раза по сравнению с кремниевой ячейкой, когда исследователи непосредственно нанесли никель-63 на текстурированную бета-гальваническую ячейку 4H-SiC. Бета-конверсия может быть зафиксирована с обеих сторон источника радиоизотопов. Это позволяет двум ячейкам собирать бета-конверсию вместо одной ячейки и увеличивает поверхностную плотность мощности. Это исследование показало, что взаимодействие между радиоизотопом и преобразователем имеет решающее значение для эффективного преобразования энергии. Эти бета-электрические RPS NextGen обладают отличным потенциалом для удовлетворения долгосрочных потребностей в компактных источниках питания для приложений в удаленных и/или экстремальных условиях.

Контактное лицо

Нил Тейлор
Окриджская национальная лаборатория
[email protected]  

Марк Литц
Армейская исследовательская лаборатория
[email protected]

Финансирование

армии США. Исследовательская лаборатория и Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства с использованием радиоизотопов никеля-63, поставляемых Программой изотопов Министерства энергетики, находящейся в ведении Управления исследований и разработок изотопов и производства.