Бета-вольтаїка

Бе́та-вольта́їка  — принцип генерації електроенергії шляхом опромінення напівпровідника швидкими електронами.

Спосіб дії

Електрони високої енергії (бета-випромінювання)[1], що вивільняються під час радіоактивного розпаду, генерують численні вторинні носії заряду через процеси зіткнення в p-n-переході напівпровідника, які потім відокремлюються від зовнішньої напруги полем зони просторового заряду, як у фотовольтаїці, щоб можна було отримати електроенергію[2]. Дослідження та випробування почалися в 1960-х роках. Низька ефективність вважалася проблемою цієї технології. Ані пошук нових матеріалів із більшою шириною забороненої зони та меншим радіаційним пошкодженням, ані розширення поверхні напівпровідника шляхом поверхневого структурування (пористий кремній) не дали задовільних результатів[3]. Першим комерційним застосуванням бета-вольтаїки була ядерна батарея («Betacel»)[4], яка використовувалася, серед іншого, як джерело енергії для роботи кардіостимулятора[5].

Використання радіонуклідів

З одного боку, тривалий період напіврозпаду бажаний для забезпечення постійної продуктивності протягом тривалого часу, з іншого боку, надто енергійні бета-частинки можуть пошкодити напівпровідник. Проте бета-частинки, які мають надто низьку енергію, не дають генерації електроенергії[6]. Залежно від застосування також цікавить наявність матеріалу або його ціна. У той час як у космічній техніці витрати на доставку матеріалу на орбіту або до іншого небесного тіла зазвичай вищі, ніж витрати на будь-який мислимий матеріал, для земних матеріалів безумовно важливо, чи знаходиться матеріал у прискорювачах елементарних частинок через захоплення нейтронів у спеціально розроблених реакторів, побудованих для цієї мети, або шляхом простого хімічного вилучення з продуктів ділення у «відпрацьованому» ядерному паливі. Тому часто використовуються тритій, стронцій-90 (продукт ділення, який утворюється у відносно великих кількостях) або нікель-63[7].

Див. також

Посилання

  1. ↑ Березняк О. П. Вплив опромінення електронами на структурно-фазовий стан алюмосилікатів і арсеніду галію: автореф. дис... канд. фіз.-мат. наук: 01.04.07. — Х., 2008. — 17 с.
  2. ↑ Katherine Bourzac (17 листопада 2009). A 25-Year Battery: Long-lived nuclear batteries powered by hydrogen isotopes are in testing for military applications. Technology Review. MIT. Архів оригіналу за 19 січня 2012. [Архівовано 2012-02-24 у Wayback Machine.]
  3. ↑ B. Lanning, D. Martin: Архівна копія на сайті Wayback Machine., AFRL-Report AFRL-VS-PS-TP-2006-1041, 2006, Zitat: In a habitat power study by NASA (50 kW), both alpha and beta voltaic (tritium in amorphous silicon and tritium-phosphor in Si converter) were effectively eliminated from the study as a result of poor mass scaling above the mW level.
  4. ↑ U.S. Patent 3 706 893
  5. ↑ W. E. Matheson: The Betavoltaic Pacemaker Power Source. In: Engineering in Medicine: Volume 1: Advances in Pacemaker Technology. Springer, Berlin, Heidelberg, ISBN 978-3-642-66187-7, S. 401–424 (DOI:10.1007/978-3-642-66187-7_25).
  6. ↑ John W. Murphy, Lars F. Voss, Clint D. Frye, Qinghui Shao, Kareem Kazkaz, Mark A. Stoyer, Roger A. Henderson, Rebecca J. Nikolic: Design considerations for three-dimensional betavoltaics. In: AIP Advances. 9, Nr. 6, S. 065208 (DOI:10.1063/1.5097775).
  7. ↑ Mohammad Hossein Jahangiri, Hossein Tavakoli Anbaran, Zohreh Movahedian: Design and optimization of 90Sr–Si betavoltaic nuclear battery and its comparison with a direct charge nuclear battery based on 90Sr radioactive source. In: Materials Science in Semiconductor Processing. 128, S. 105743 (DOI:10.1016/j.mssp.2021.105743).

Джерела

Бібліотечні ресурси про
Бета-вольтаїка
  • МГД-генераторы и термоэлектрическая энергетика. Киев. «Наукова думка».1983.г.
  • Поздняков Б. С, Коптелов Е. А. Термоэлектрическая энергетика. М., Атомиздат, 1974 г., 264 с.