Ce poți găti din calmar: rapid și gustos
Sursa de energie poate fi folosită și în medicină
La forumul IX Atomexpo-2017, Rosatom a prezentat una dintre cele mai recente dezvoltări ale sale - o baterie nucleară bazată pe izotopul radioactiv nichel-63. Sursa unică de energie poate fi utilizată în medicină și spațiu, economisind milioane de dolari în costurile echipamentelor. În același timp, modelul expozițional are dimensiuni miniaturale - doar 1 centimetru cub, iar durata de viață a acestuia este de cel puțin 50 de ani.
« Cu cuvinte simple, aceasta este o baterie nucleară și, în termeni științifici, este o sursă de radiație beta, care constă dintr-un element beta-voltaric și un convertor semiconductor pe bază de diamant. Nichelul-63 nu există în natură se obține prin iradierea izotopului natural Nickel-62 cu neutroni reactor nuclear cu procesare radiochimică și separare ulterioară în centrifuge cu gaz”, a declarat Alexander Pavkin, șef adjunct al laboratorului Institutului de Cercetare NPO Luch, o întreprindere a diviziei științifice a Rosatom, într-un interviu pentru MK. El a remarcat că proprietățile nichelului-63 fac din bateria o baterie foarte convenabilă, compactă și, cel mai important, sigură, cu o densitate de putere de 1 microwatt și o tensiune de 2 volți. Specialistul a explicat siguranța unei astfel de surse de energie prin faptul că nichelul-63 este considerat un emițător beta „moale”, deoarece în cazul său nu există radiații neutronice sau gamma, iar electronii radiației beta sunt absorbiți complet de convertor și sunt complet inofensive pentru oameni.
Totodata, puterea bateriei poate fi crescuta sau micsorata in functie de necesitati: cu cat dimensiunile sunt mai mari, cu atat puterea este mai mare. Potrivit lui Pavkin, o putere de 1 microwatt este suficientă pentru a folosi o baterie într-un stimulator cardiac sau neurostimulator. Specialistul a mai adăugat că, pe lângă medicină, astfel de surse de energie pot fi folosite în astronautică, precum și ca sursă de alimentare în zone greu accesibile și în condiții extreme.
Este încă dificil de calculat costul unei astfel de baterii miraculoase: totul depinde de cerințele clientului pentru puterea sa. Dar, în orice caz, utilizarea unui astfel de element va plăti prețul de achiziție foarte repede. „Pentru comparație: este nevoie de 1 milion de dolari pentru a trimite 1 kg de fire în spațiu dacă le înlocuim cu o sursă de alimentare fără fir, beneficiile sunt evidente”, a subliniat reprezentantul Rosatom;
Dezvoltarea a fost realizată în comun de Institutul de Cercetare Luch, cu sediul în Podolsk, împreună cu Institutul Tehnologic de Superhard și New materiale de carbon(TISNUM, Troitsk). În prezent, bateria este un prototip, dar Rosatom se pregătește deja să lanseze dispozitivul în producție de masă. După cum a menționat Alexander Pavkin, multe companii și potențiali investitori care s-au familiarizat cu eșantionul la expoziție și-au arătat interesul pentru dezvoltare. Rosatom plănuiește să-și introducă invenția în mediul domestic și piețele externe. Reprezentanții corporației de stat notează că, datorită proprietăților sale inovatoare, prețul noului produs va fi foarte competitiv și îi va permite să câștige popularitate nu numai în Rusia, ci și în Occident.
După cum observă oamenii de știință și experții, utilizarea surselor de energie bazate pe nichel-63 va crea condițiile prealabile pentru un progres tehnologic în multe domenii. În industrie, astfel de elemente pot fi utilizate în senzori pentru monitorizarea stării clădirilor și a conductelor, acestea vor fi utile pentru asigurarea funcționării echipamentelor electrice, inclusiv pentru proiectele de dezvoltare arctică, pentru asigurarea funcționării tehnologiei spațiale și a roboticii. Productie in serie noile surse vor face posibilă crearea unei noi linii de dispozitive în microelectronică, în special, dispozitive digitale autonome bazate pe microprocesoare cu o sursă de alimentare încorporată. În același timp, Rusia este un inovator în producția de nichel-63 foarte îmbogățit: nicio altă țară nu îl folosește.
Ei încearcă să dezvolte baterii beta-voltaice - o sursă de energie de nouă generație - de jumătate de secol, dar nimeni nu a ajuns încă la punctul de producție industrială. Umplutura bateriei, izotopul nichel-63, nu se găsește în natură: poate fi produsă numai artificial.
În unele țări, de exemplu SUA, au venit cu tehnologii care fac posibilă obținerea de nichel, dar numai de nichel slab îmbogățit - cu un conținut al celui de-al 63-lea izotop de aproximativ 20%. Nu poți face o baterie nucleară eficientă cu ea. Întreprinderile Rosatom au realizat o îmbogățire de peste 80%.
Bateria nucleară rusă este un proiect comun al MCC, al unui număr de alte întreprinderi industriale și al Academiei de Științe. „Există mai multe sarcini în cadrul cooperării, principala este integrarea sistemului, - a declarat pentru SR Dmitri Druz, șef adjunct al departamentului tehnic al MCC. „În prezent, se desfășoară o serie de lucrări de dezvoltare a tehnologiei de producere a nichelului cu o îmbogățire ridicată în al 63-lea izotop și o serie de lucrări pentru a crea un prototip de baterie.”
Principiul de funcționare al unei baterii nucleare se bazează pe efectul beta-voltaic: radiația beta de la un izotop radioactiv de nichel este transformată în energie electrica. Un analog al efectului fotoelectric, cu diferența că formarea perechilor electron-gaură în rețeaua cristalină a unui semiconductor are loc sub influența particulelor beta (electroni rapizi), și nu a fotonilor.
„În principiu, o baterie bazată pe izotopul nichel-63 constă din patru părți: un convertor de radiații beta semiconductor acoperit cu un strat ultra-subțire de izotop nichel-63 foarte îmbogățit, contactori pentru baterie și o carcasă etanșă în miniatură”, spune Dmitry. Druz.
SPECIFICAȚII SURSA
100 µW/cm
PUTEREA SPECIFICA
16,6,2 mm
DIMENSIUNI
>50 de ani
DURATA DE SERVICIU
20 %
Ei intenționează să producă prima probă de baterie nucleară la Combinatul Minier și Chimic la sfârșitul anului 2016 - începutul anului 2017. Forma și dimensiunile surselor sunt adaptate bateriilor de clasa microwați, în special pentru stimulatoarele cardiace și neurologice. În viitor, caracteristicile și caracteristicile produsului vor depinde de aplicație și de cerințele clientului. „Aceștia pot fi factori de formă familiari - „tablete” sau baterii AA în miniatură sau factori de formă microminiaturali”, enumeră Dmitry Druz. 
Tehnologia este revoluționară - este înaintea tuturor analogilor occidentali cunoscuți în prezent, nici măcar cu un pas, ci cu mai mulți pași. Pentru implementarea proiectului, este necesar să se rezolve probleme științifice fundamentale și aplicate, precum și să se aplice tehnologie industrială„Rosatom”, care le-a ocolit din nou pe cele occidentale. Și toate acestea în ansamblu, așa cum ne așteptăm, ne vor permite să creăm un produs unic până la începutul anului viitor. Petr Gavrilov, Director General al Complexului Chimic Minier
În urma interesului față de noul produs, în presă au apărut publicații despre evoluțiile altor organizații.
Astfel, o echipă de oameni de știință de la MISiS, TISNUM, MIPT și NPO Luch a creat un prototip al unui nou convertor de energie pentru radiația ionizantă a izotopului nichel-63. Dar aceasta nu este o baterie nucleară, ci un generator nuclear. Șeful echipei de cercetare, șeful Departamentului de Știința Materialelor de Semiconductori și Dielectrici de la MISiS, profesorul Yuri Parkhomenko comentează: „Ne-am confruntat cu o sarcină fundamental diferită - dezvoltarea unui generator mecanoelectric de tensiune alternativă stimulat de radiații care funcționează folosind energia radiațiilor ionizante din izotopul nichel-63.”
Inima acestei baterii este cantilever, o placă subțire de niobat de litiu piezocristalin cu o structură bidomain. Energia eliberată în izotopul de nichel-63 în timpul dezintegrarii beta este convertită în energia vibrațiilor mecanice ale consolei piezocristaline, care, la rândul său, este transformată în tensiune alternativă pe electrozi.
Atât sursele beta-voltaice, cât și cele microelectromecanice (analoage cu dezvoltarea MISiS și partenerii) au apărut cu mai bine de 10 ani în urmă, dar tuturor le lipsește eficiența și puterea pe care nichelul-63 foarte îmbogățit le poate oferi. După cum notează Dmitry Druz, deja în stadiul actual de cercetare și dezvoltare este clar că bateria GKhK va depăși toate eșantioanele de baterie care folosesc energia de dezintegrare beta a nichel-63. „Sursa noastră are multiple avantaje atât ca eficiență și putere, cât și ca dimensiune și nepretenție. Poate fi folosit în cele mai extreme condiții”, a subliniat Dmitri Druz.
O baterie nucleară sub marca Rosatom va deveni foarte curând o realitate și există toate motivele să credem că acest produs va revoluționa nu numai piața internă, ci și cea mondială.
Consumatorii potențiali
Stimulatoarele medicale folosesc plutoniul-238 ca sursă de energie și durează aproximativ 10 ani. Înlocuirea stimulatoarelor cardiace este o operație complexă cu o baterie nucleară, deimplantarea nu va fi necesară timp de 50 de ani. În industria nucleară, bateriile nucleare pot fi instalate în senzori de monitorizare a temperaturii și radiațiilor. Bateriile nucleare vor deveni o componentă indispensabilă a rețelelor de echipamente de navigație autonome, sisteme de telemetrie și monitorizare online a unei game largi de parametri. Sursele de lungă durată vor fi primite cu furie de creatorii diferitelor sisteme subacvatice, de cuceritorii Nordului și de industria militară.
Productie
Nichelul-63 este o sursă de energie curată: radiația beta moale nu este însoțită de radiații gamma dăunătoare. Timpul de înjumătățire este de 100 de ani. Pentru a produce un izotop sunt necesare două etape de îmbogățire: mai întâi în centrifuge pentru nichel-62, apoi, după îmbogățire și separare, pentru nichel-63.
În fiecare casă?
Cine dintre noi nu vrea ca smartphone-urile, computerele sau tabletele noastre să reziste 50 de ani fără reîncărcare? Din punct de vedere al siguranței, nu există obstacole: radiația beta de la nichel-63 este absorbită de carcasa bateriei. Cu toate acestea, există teama că vor exista oameni care vor să demonteze bateria. Și apoi pot exista consecințe negative. Există o altă barieră în calea accesului larg al consumatorilor la bateriile și generatoarele nucleare - prețul. Datorită tehnologiei complexe pentru obținerea a 1 g de nichel-63, costă sute de mii de ruble. Chiar dacă bateria necesită mult mai puțin de un gram, este scumpă. Cu toate acestea, atunci când produsul este testat în industrii de înaltă tehnologie cu știință intensivă, cererea va crește, apoi va începe producția industrială de nichel-63, iar costul va deveni mult mai mic. O întrebare importantă: cum se reciclează sursele compacte de energie nucleară? „Este optim să le predăm pentru procesare pentru a extrage izotopul nedegradat”, spune Dmitri Druz, șef adjunct al departamentului tehnic al Combinatului de minerit și chimic.
În cele din urmă, Rosatom a apărut în domeniul nostru de baterii, prezentând la forumul Atomexpo-2017 baterie nucleară cu o durată de viață de cel puțin 50 de ani. Profitând de această ocazie semnificativă, vom lua în considerare perspectivele utilizării atomului pașnic pentru dispozitivele mobile.
Baterie atomică (nucleară).- aceasta este încă o baterie, nu un acumulator, deoarece este, prin definiție, o sursă de curent electric de unică folosință, fără posibilitatea de reîncărcare. În ciuda acestui fapt, imaginația publicului este încântată în mod activ de perspectiva utilizării bateriilor nucleare în dispozitivele mobile. Dar mai întâi lucrurile.
Ce anume a prezentat Rosatom la forum? Director general FSUE NII NPO Luch, Pavel Zaitsev, a declarat că sursa prezentată, care funcționează pe izotopul Ni63, este capabilă să producă 1mkW cu o tensiune de 2V timp de 50 de ani. Pavel Zaitsev vorbește destul de sincer despre caracteristicile curent-tensiune modeste, punând accent principal pe durata lungă de viață. Probabil, numai din modestie personală, directorul general al Întreprinderii unitare de stat federale „Institutul de cercetare NPO Luch” a indicat în specificatii tehnice numai putere, nu capacitate general acceptată. Dar nu o vom atașa mare valoareși calculați pur și simplu capacitatea:
C = 0,000001W * 50 ani * 365 zile * 24 ore / 2V = 219mA
Se pare că capacitatea unei baterii nucleare, dimensiunea unui mic baterie universală, la fel ca o baterie litiu-polimer (Li-Pol) pentru căștile Bluetooth! Pavel Zaitsev sugerează utilizarea bateriei sale nucleare în cardiologie, ceea ce ridică îndoieli serioase având în vedere o dimensiune atât de mare. Poate că această baterie nucleară poate fi văzută ca un fel de prototip pentru generarea de electricitate din izotopi, dar Rosatom va trebui să micșoreze bateria de mii de ori pentru a se potrivi cu stimulatoarele cardiace moderne.
Nu multumit deloc de pret baterie nucleară- director de stat întreprindere unitară a anunțat prețul unui izotop de nichel în dolari (!) 4000USD/gram. Înseamnă asta că componenta principală va fi achiziționată în străinătate din Rusia? Câte grame sunt necesare pentru a face o baterie? În același timp, s-a remarcat că vor fi necesare și elemente de diamant (nu este clar, de asemenea, câte?), dar al căror cost (deja în ruble) variază de la 10.000 la 100.000 de ruble pe bucată. Care va fi costul total al unei astfel de baterii? Stimulatoarele cardiace din Rusia sunt instalate gratuit în conformitate cu polița de asigurare medicală obligatorie în cazuri de urgență sau dacă există o cotă. Dacă cota este insuficientă și pentru stimulatoarele cardiace de fabricație străină, pacienții trebuie să plătească ei înșiși. Bateriile nucleare vor fi instalate în detrimentul bugetului asigurărilor obligatorii de sănătate sau persoanele în vârstă vor trebui să le achiziționeze separat? Dacă conducerea lui Rosatom și-a amintit că pensionarii ruși trăiesc în modul „să stea o zi și să stea o noapte”, atunci probabil că și-ar da seama de disonanța absurdă dintre durata de viață cosmică și cost. Acest lucru sugerează că respectatul Pavel Zaitsev folosește în mod activ fondurile alocate pentru cercetare și dezvoltare, fără să se gândească deloc la utilizatorii finali. Utilizatorii oferă o evaluare similară a „invenției” lui Rosatom rețelele sociale:
Este puțin probabil să fie folosit oriunde. Sunt mai mult decât sigur că bugetul a fost cheltuit ca întotdeauna, o parte din el a fost cheltuit pentru prezentare și nimeni nu va vedea niciodată produsul în sine :)
Durata de viață declarată (50 de ani), așa cum am ghicit, este exact jumătate din timpul de înjumătățire al Ni 63 (100 de ani). Aceeași logică este folosită de oamenii de știință de la Universitatea din Bristol într-un videoclip conceptual. Spre deosebire de bateria Rosatom, bateria nucleară Bristol folosește izotopul C 14 și poate funcționa 5.730 de ani! Universitatea din Bristol a uitat de fapt să împartă la 2, dar 2865 de ani este prea lung pentru un stimulator cardiac. Unicitatea conceptului Bristol constă în faptul că problema deșeurilor nucleare este rezolvată prin reciclarea lor în baterii nucleare.
Dacă ascultați cu atenție și traduceți textul acestui videoclip, vor fi dezvăluite informații mult mai interesante. În primul rând, originea izotopului C14 este descrisă în detaliu
Din 1940 Anglia a realizat multe reactoare nucleare pentru scopuri științifice, militare și scop civil. Toate aceste reactoare folosesc uraniu drept combustibil, iar interiorul reactorului este format din blocuri de grafit. Aceste blocuri de grafit sunt folosite în procesul de fisiune nucleară, permițând o reacție în lanț controlată care produce o sursă constantă de căldură. Această căldură este apoi folosită pentru a transforma apa în abur, care apoi învârte turbinele pentru a produce electricitate. Centralele nucleare produc deșeuri nucleare care trebuie eliminate în siguranță. Trebuie doar să așteptăm ca aceste deșeuri să nu mai fie radioactive. Din păcate, acest lucru durează mii și milioane de ani. Este nevoie, de asemenea, de mulți bani pentru a monitoriza securitatea în acești mulți ani. Deoarece folosim reactoare de grafit, Anglia a creat 95.000 de tone de blocuri de grafit care conțin radiații. Acest grafit este doar o formă de carbon, un element simplu și stabil, dar dacă puneți aceste blocuri într-un loc extrem de radioactiv, atunci o parte din carbon se transformă în carbon 14. Carbonul 14 se poate transforma din nou în carbon 12 obișnuit atunci când energia sa suplimentară dispare. Dar acesta este un proces foarte lung, deoarece timpul de înjumătățire al carbonului 14 este de 5.730 de ani.
Recent, oamenii de știință de la Institutul Cabot de la Universitatea din Bristol au demonstrat că carbonul 14 este concentrat în blocuri prin radiația din exterior. care pot fi apoi colectate. Blocurile de grafit rămase sunt încă radioactive, dar nu atât de mult, asta înseamnă că va fi mai ușor și mai ieftin să le eliminați Carbonul radioactiv 14 sub formă de gaz poate fi transformat la presiuni scăzute și la temperaturi ridicate în diamant - aceasta este o altă formă de carbon este acoperit cu un strat de diamant non-radioactiv, care absoarbe complet toate radiațiile și o transformă în energie electrică aproape 100%. nicio altă substanță nu poate oferi o astfel de protecție pentru carbonul radioactiv 14. Prin urmare, cantități foarte mici de radiații pot fi detectate în exterior. Dar este aproape aceeași cantitate de radiație ca o banană, deci este complet sigură. După cum am spus, doar jumătate din carbonul 14 se descompune după fiecare 5730 de ani, ceea ce înseamnă că bateria noastră cu diamant are o durată de viață uimitoare - va fi descărcată doar cu 50% în 7746. Aceste baterii cu diamant vor fi folosite cel mai bine acolo unde bateriile obișnuite nu pot fi înlocuite. De exemplu, în sateliți pentru cercetarea spațială sau pentru dispozitive implantate, cum ar fi stimulatoarele cardiace.
Îi încurajăm pe toată lumea să-și trimită sugestiile la #diamondbattery. Dezvoltarea acestui lucru tehnologie nouă ar rezolva multe probleme, cum ar fi: deșeuri nucleare, electricitate curată și creșterea duratei de viață a bateriei. Acest lucru ne va duce în „Epoca Diamantului” a producției de energie.
Un concept foarte frumos al oamenilor de știință de la Bristol în 2016 și o cutie foarte modestă de la Rosatom ar putea (?) să fie într-o zi dezvoltată în centrale electrice cu diamante, dar nu în baterii nucleare pentru dispozitive mobile. Va fi dificil să-i convingi pe oameni să se plimbe cu Fukushima în buzunar, chiar dacă încep să plătească în plus pentru asta.
Utilizarea atomului în scopuri pașnice este una dintre cele probleme controversate modernitate, dacă ne gândim că energia este cel mai monopolizat sector al economiei, când impozitele și taxele reprezintă peste 90% din prețul KW al energiei electrice. Eficacitatea atomului pașnic este discutabilă, deoarece prețul energiei nucleare relativ ieftine nu include costul consecințelor provocate de om. Prin urmare, unele țări, printre care Germania și Japonia, au decis să renunțe complet la utilizarea energiei nucleare în energie. La urma urmei, prin dezvoltarea surselor de energie regenerabilă, este posibil nu numai să se abandoneze complet energia nucleară, ci și să se creeze o industrie de înaltă tehnologie, cu milioane de locuri de muncă cu înaltă calificare.
Pentru a rezuma, cel mai probabil avem un alt technocracker precum " Superbaterie„, și nu o „invenție” revoluționară a Epocii Diamantului. Cu alte cuvinte, folosirea unui atom pașnic în microenergie este ca și cum a rade un porc - există o mulțime de scârțâit, dar nu suficientă lână!
La întreprinderea corporației de stat „Rosatom” „Combinarea minieră și chimică” (GCC, Zheleznogorsk, Regiunea Krasnoyarsk) transformarea (conversia) gazului îmbogățit în izotopul țintă nichel-63 (Ni-63) a fost finalizată într-o formă adecvată pentru aplicarea la un convertor semiconductor pentru a obține o sursă de energie prototip. Un reprezentant al serviciului de presă al întreprinderii a raportat acest lucru la RIA Novosti.
ÎN momentul prezent este de așteptat livrarea componentelor adecvate pentru aplicarea Ni-63 și asamblarea finală a unui prototip de „baterie nucleară”.
Principiul de funcționare al surselor de electricitate beta-voltaică se bazează pe conversia energiei radioactive de dezintegrare beta în electricitate folosind un convertor semiconductor. Proprietățile nichelului-63 îl fac o bază foarte convenabilă pentru surse de alimentare beta-voltaice în miniatură, sigure și fără întreținere, cu o durată de viață lungă (cel puțin 50 de ani) și o densitate mare de putere, de până la 100 de microwați pe centimetru cub. Astfel de surse de energie pot fi folosite în zone greu accesibile și în condiții extreme. Din punct de vedere al siguranței consumatorului, avantajul nichel-63 este că este un așa-numit emițător beta „moale”, astfel încât radiația este complet ecranată de carcasa bateriei.
Baterii pe bază de nichel-63. Foto: YouTube
Nichel-63 nu există în natură, deci se obține prin iradierea izotopului natural Nickel-62 cu neutroni într-un reactor nuclear cu procesare radiochimică ulterioară și separare în centrifuge cu gaz.
Mining and Chemical Combine este integratorul de sistem al proiectului. MCC a organizat munca în două direcții: obținerea unui izotop Ni-63 foarte îmbogățit și crearea unei structuri speciale pentru un convertor semiconductor. Proiectul implică întreprinderi Rosatom cu competențe unice. În special, Uzina Electrochimică (Zelenogorsk, Teritoriul Krasnoyarsk, parte a companiei de combustibil Rosatom TVEL) este responsabilă pentru îmbogățirea nichelului folosind izotopul Ni-63. Etapa finală, asamblarea unui prototip de sursă de energie, va avea loc la Combinatul Minier și Chimic.
După cum a remarcat un reprezentant al serviciului de presă MCC, proiectarea convertorului cu semiconductor se bazează pe design nou, care mărește calitativ eficiența tuturor componentelor. Potrivit experților, sursele de alimentare bazate pe Ni-63 foarte îmbogățit și cu un nou design de convertor creează o platformă inovatoare pentru proiectarea dispozitivelor de nouă generație în domeniul ciberneticii și inteligenţă artificială. Acesta este un nou tip de dispozitiv care va deveni baza pentru o nouă arhitectură a dispozitivelor electronice.