Радиоизотоптық пьезоэлектрлік генераторлар: радиоактивті энергияны қозғалысқа айналдырып, ток өндіреді. Химиялық батареялардан артық, кең температурада жұмыс істейді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Радиоизотоптық пьезоэлектрлік генератор (РПГ) – радиоактивті материалдарда жинақталған энергияны механикалық қозғалысқа түрлендіретін, ал одан пьезоэлектрлік материалды қайталап деформациялау арқылы электр энергиясын өндіретін радиоизотоптық генератордың бір түрі. Бұл тәсіл жоғары кедергілі көзді құрайды және химиялық аккумуляторлардан өзгеше, бұл құрылғылар өте кең температуралық диапазон иесі.
A radioisotope piezoelectric generator (RPG) is a type of radioisotope generator that converts energy stored in radioactive materials into motion, which is used to generate electricity using the repeated deformation of a piezoelectric material. This approach creates a high impedance source and, unlike chemical batteries, the devices will work at a very wide range of temperatures.
Тарих
2002 жылы Корнелл университетінің ғалымдары алғашқы жобаны жариялап, патенттеді.
In 2002 researchers at Cornell University published and patented the first design.
Механизм
Пиезоэлектрлік консоль радиоактивті никель-63 изотопының негізінің үстіне тікелей орнатылады. Милликюри деңгейіндегі никель-63 жұқа қабатының ыдырауы кезінде шығарылатын барлық сәулелену бета-сәуле түрінде болады, ол электрондардан тұрады. Консоль шығарылған электрондарды жинақтаған сайын, бір мезгілде изотоптық қабат оң заряд алады, ал консоль теріс заряд жинақтайды. Бета-бөлшектері электрондық зарядты жұқа қабаттан консольге ауыстырады. Қарсы зарядтар консольді изотоптық қабатқа қарай иілуге мәжбүрлейді. Консоль жұқа қабатты изотопқа тигенде заряд аралықты секіріп өтеді. Бұл токтын изотопқа кері ағып, зарядты теңестіріп, консольді бастапқы күйіне келтіруге мүмкіндік береді. Изотоп ыдырауын жалғастыра бергенде – бұл процесс ондаған жылдарға созылуы мүмкін – кішкентай консоль жоғары-төмен қозғалысын жалғастырады. Консоль деформацияланғанда тікелей электр энергиясын өндіретіндіктен, консоль циклдік қозғалыс жасаған сайын зарядтық импульс шығарылады. Радиоактивті изотоптар энергияны апталар немесе ондаған жылдар бойы бөліп шығара алады. Мысалы, никель-63-тің жартылай ыдырау периоды 100 жылдан асады. Осылайша, осы изотопты пайдаланатын батарея кем дегенде осы уақыттың жартысына дейін пайдалы энергиямен қамтамасыз ете алады. Зерттеушілер 120 Гц жоғары жиіліктен төмен жиілікке (әр үш сағат сайын) өздігінен қозғалатын актуаторлармен жабдықталған құрылғылардың шамамен 7% тиімділікке ие екенін көрсетті.
A piezoelectric cantilever is mounted directly above a base of the radioactive isotope nickel 63. All of the radiation emitted as the millicurie level nickel 63 thin film decays is in the form of beta radiation, which consists of electrons. As the cantilever accumulates the emitted electrons, it builds up a negative charge at the same time that the isotope film becomes positively charged. The beta particles essentially transfer electronic charge from the thin film to the cantilever. The opposite charges cause the cantilever to bend toward the isotope film. Just as the cantilever touches the thin film isotope, the charge jumps the gap. That permits current to flow back onto the isotope, equalizing the charge and resetting the cantilever. As long as the isotope is decaying a process that can last for decades the tiny cantilever will continue its up and down motion. As the cantilever directly generates electricity when deformed, a charge pulse is released each time the cantilever cycles. Radioactive isotopes can continue to release energy over periods ranging from weeks to decades. The half life of nickel 63, for example, is over 100 years. Thus, a battery using this isotope might continue to supply useful energy for at least half that time. Researchers have demonstrated devices with about 7% efficiency with high frequencies of 120 Hz to low frequency (every three hours) self reciprocating actuators.