Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Пьезоэлектрический радиоизотопный генератор (РИГ) – это тип радиоизотопного генератора, преобразующий энергию, накопленную в радиоактивных материалах, в механическое движение, которое используется для выработки электроэнергии посредством многократной деформации пьезоэлектрического материала. Такой подход обеспечивает источник с высоким импедансом и, в отличие от химических батарей, позволяет устройствам функционировать в очень широком диапазоне температур.
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.
История
В 2002 году исследователи из Корнелльского университета опубликовали и запатентовали первую конструкцию.
In 2002 researchers at Cornell University published and patented the first design.
Механизм
Пьезоэлектрический кантиливер установлен непосредственно над основанием радиоактивного изотопа никеля-63. Все излучение, испускаемое при распаде тонкой пленки никеля-63 на уровне милликюри, представляет собой бета-излучение, состоящее из электронов. По мере накопления кантилевером испускаемых электронов, он приобретает отрицательный заряд, в то время как изотопная пленка становится положительно заряженной. Бета-частицы, по сути, передают электронный заряд от тонкой пленки к кантилеверу. Разноименные заряды заставляют кантиливер изгибаться в сторону изотопной пленки. Как только кантиливер касается тонкой пленки изотопа, происходит перескакивание заряда через зазор. Это позволяет току течь обратно на изотоп, выравнивая заряд и возвращая кантиливер в исходное положение. Пока изотоп распадается – процесс, который может длиться десятилетиями – крошечный кантиливер будет продолжать свое движение вверх и вниз. Поскольку кантиливер напрямую генерирует электричество при деформации, при каждом цикле движения высвобождается импульс заряда. Радиоактивные изотопы могут продолжать высвобождать энергию в течение периодов от нескольких недель до десятилетий. Например, период полураспада никеля-63 составляет более 100 лет. Таким образом, батарея, использующая этот изотоп, может продолжать обеспечивать полезную энергию в течение как минимум половины этого времени. Исследователи продемонстрировали устройства с эффективностью около 7% и высокой частотой от 120 Гц до низкой частоты (каждые три часа) с самовозвратными приводами.
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.