НУКЛЕАРНА МИНИЈАТУРНА БАТЕРИЈА СО 50 ГОДИНИ ТРАЕЊЕ И ДАЛИ Е ВОЗМОЖНО ЗА МОБИЛНИ ТЕЛЕФОНИ.
  Објавено на
share

НУКЛЕАРНА МИНИЈАТУРНА БАТЕРИЈА СО 50 ГОДИНИ ТРАЕЊЕ И ДАЛИ Е ВОЗМОЖНО ЗА МОБИЛНИ ТЕЛЕФОНИ.


Концептот за нуклеарни батерии, или радиоизотопски термоелектрични генератори (RTG), постои од средината на 20 век, првично развиени за вселенски мисии од НАСА и советските програми. Овие уреди користат радиоактивно распаѓање за производство на електрична енергија. Модерните верзии, како оние големи колку паричка, се базираат на слични принципи, но со напредок во минијатуризација и безбедност. Неодамнешни иновации вклучуваат батерии базирани на дијамантски структури или други материјали за инкапсулација на изотопи.
 
 
Технологија
 
Таквите батерии обично користат изотопи со долг полуживот, како никел-63 (околу 100 години) или јаглерод-14 (5.730 години). Енергијата се создава преку бета-распаѓање, каде емитираните честички се претвораат во електрична енергија со полупроводници или дијамантски структури. На пример:
  • Никел-63: Има полуживот од околу 100 години, погоден за компактни уреди, со минимално зрачење што е безбедно кога е инкапсулирано.
  • Јаглерод-14: Нуди подолг век (теоретски илјадници години), но пониска излезна моќност.
Батериите се мали (на пр. 15x15x5 mm), со излезна моќност од неколку микровати до 100 микровати, доволно за сензори, медицински импланти или микроелектроника. Тие се отпорни на екстремни услови (-60°C до +120°C) и не бараат полнење.
Реномирани извори и истражувања
  1. Универзитетот во Бристол (2016): Научници развиле дијамантска батерија со јаглерод-14, со потенцијал да трае илјадници години. Прототипот користеше никел-63, но јаглерод-14 беше предложен за подолг век. Објавено во Nature и други научни списанија.
  2. Кинеска иновација (Betavolt, 2024): Компанијата Betavolt објави батерија со јаглерод-14, голема колку паричка, со животен век од 50 години и излез од 100 микровати на 3 волти. Иако не е објавена во рецензирани списанија, технологијата е во согласност со научните принципи за бета-волтаични ќелии.
  3. НАСА и RTG: Иако поголеми, RTG-уредите на НАСА (користат плутониум-238) се историски референтни за вакви технологии, со примена во мисии како Voyager. Современите минијатурни верзии се инспирирани од овие.
Апликации
  • Медицина: Напојување на пејсмејкери или сензори во телото.
  • Вселенски истражувања: Долготрајна енергија за сателити или ровери.
  • Воена индустрија: За беспилотни летала или далечински уреди.
  • Интернет на нештата (IoT): За сензори во екстремни средини.
Безбедност
 
Радиоактивниот материјал е инкапсулиран во робусни материјали (како дијамант), спречувајќи истекување. Зрачењето (бета-честички) е со низок дострел и не продира надвор од уредот, што ги прави безбедни за употреба.
Ограничувања
  • Ниска моќност: Не се погодни за уреди со висока потрошувачка (на пр. паметни телефони).
  • Цена: Производството е скапо поради прецизната технологија.
  • Регулативи: Употребата на радиоизотопи бара строги безбедносни стандарди.
 
  1. Универзитетот во Бристол (2016): Истражувачите развија прототип на дијамантска батерија користејќи никел-63, со потенцијал за јаглерод-14 за подолг век. Овие батерии работат на бета-волтаичен принцип, каде бета-честички од радиоизотоп генерираат електрицитет во дијамантска структура. Објавено во Nature (DOI: 10.1038/nature.2016.21005). Тие проценуваат дека јаглерод-14 може да обезбеди енергија илјадници години, но прототипите со никел-63 се поблиску до 50-100 години.
  2. Мисиури Универзитет (2018): Истражување за бета-волтаични ќелии со никел-63 покажа дека мали уреди (неколку сантиметри) можат да произведат микровати моќност со животен век од децении. Објавено во Applied Physics Letters (DOI: 10.1063/1.5025326). Фокусот е на примена во медицински импланти и сензори.
  3. НАСА и радиоизотопски технологии: Иако RTG-уредите на НАСА (користат плутониум-238) се поголеми, нивните принципи за долготрајна енергија од радиоактивно распаѓање се основа за минијатуризација. Современите истражувања за микро-RTG се споменуваат во извештаи на IEEE Spectrum и Journal of Nuclear Materials (2020), со потенцијал за уреди големи колку паричка.
  4. Кинеска компанија Betavolt (2024): Спомената во New Scientist и други извори, нивната батерија со јаглерод-14 (15x15x5 mm, 100 микровати, 3V) ветува 50-годишен век. Иако нема рецензирана објава, технологијата се базира на познати бета-волтаични принципи, слични на академските истражувања.
Технички детали
  • Изотопи: Никел-63 (полуживот ~100 години) или јаглерод-14 (полуживот ~5.730 години) се најчести за вакви батерии. Никел-63 е попрактичен за 50-годишен век, додека јаглерод-14 нуди подолг теоретски век.
  • Механизам: Бета-честички удираат во полупроводнички материјал (често дијамант или силикон-карбид), создавајќи електрична струја. Ефикасноста е ниска (1-10%), но стабилноста е исклучителна.
  • Излез: Типично 10-100 микровати, доволно за сензори, пејсмејкери или IoT уреди, но не за уреди со висока потрошувачка.
  • Безбедност: Радиоизотопот е инкапсулиран во цврсти материјали (дијамант или керамика), спречувајќи зрачење. Бета-честички не продираат надвор од уредот.
Заклучок
 
Нуклеарна батерија голема колку паричка што трае 50 години е технолошки остварлива и се базира на бета-волтаични ќелии со изотопи како никел-63 или јаглерод-14. Истражувањата од реномирани институции (Универзитетот во Бристол, Мисури, НАСА) и неодамнешни комерцијални тврдења (Betavolt) потврдуваат дека такви уреди можат да произведат мала, но стабилна моќност (микровати) за децении, со примена во медицината, вселената и сензорите. Безбедноста е обезбедена преку инкапсулација, а главните ограничувања се високата цена и ниската излезна моќност. Оваа технологија е ветувачка за нискоенергетски уреди, но не е замена за конвенционалните батерии во секојдневната електроника
 
 
 
ШТО Е РТГ?
 
RTG, или радиоизотопски термоелектричен генератор, е уред што создава електрична енергија од топлината произведена при радиоактивно распаѓање на изотоп, како плутониум-238 во случајот на НАСА. За разлика од бета-волтаичните батерии (кои користат бета-честички), RTG ја претвора топлината од распаѓањето во струја преку термоелектрични материјали (според Seebeck-ефектот).
Клучни точки:
  • Функција: Плутониум-238 се распаѓа, ослободувајќи топлина, која се претвора во електрицитет.
  • Употреба: НАСА ги користи за мисии како Voyager, Curiosity Rover и Perseverance, каде соларната енергија е недоволна (на пр. длабок космос или Марс).
  • Животен век: Децении, поради долгиот полуживот на плутониум-238 (~87,7 години).
  • Големина: Обично поголеми од „паричка“ (килограми), но се истражуваат минијатурни верзии.
RTG се сигурни за екстремни средини, но се скапи и користат посилни изотопи од оние во микро-батериите (како никел-63). Извори: NASA Science и Journal of Nuclear Materials.