Forskare från National Research Nuclear University MEPhI (Ryssland) utvecklar radioisotop beta-voltaiska batterier med nickel-63 nano-kluster radioisotopfilmer. Konceptet är att utveckla säkra kärnbatterier med en livslängd på 100 år för pacemakers, miniatyr glukossensorer, system för övervakning av arteriellt blodtryck, och för att styra fjärrobjekt och mikrorobotar, och fristående system som kan fungera under lång tid. Forskningsresultat publiceras i tidskriften Bokstäver i tillämpad fysik .

Forskare är mer intresserade än någonsin av projekt för att utveckla nanoteknik för att miniatyrisera teknisk utrustning, främst nanoelektroniska system. De senaste landvinningarna i att skapa mikro-elektromekaniska och nano-elektromekaniska system som kombinerar nanoelektronik och mekaniska element kan göra det möjligt att utveckla mikroskopiska fysiska, biologiska eller kemiska sensorer. Dock, Bristen på miniatyrbatterier för att driva mikroelektromekaniska och nanoelektromekaniska system hämmar den storskaliga introduktionen av sådana enheter.

I dag, forskare studerar möjligheten att skapa miniatyrlitiumjonbatterier, solpaneler, bränsleceller och olika typer av kondensorer. Dock, dessa batterier är fortfarande för stora för att utveckla verkligt mikroskopiska och nanostora system.

Ett annat sätt att driva avancerade mikroelektromekaniska och nanoelektromekaniska system är användningen av radioisotopbatterier. radioisotop eller kärn- eller atombatterier omvandlar energin från radioaktivt sönderfall av metastabila grundämnen (atomkärnor) till elektricitet. Dessa element har höga energitäthetsnivåer för sin massa och volym. Varaktigheten av ihållande energiutsläpp varierar, beroende på valet av nuklider. Tysta radioisotopbatterier kan fungera utan fel eller underhåll under lång tid.

Unika egenskaper hos Nickel-63

Termoelektrisk omvandling ses som en av de mest bekväma metoderna för att omvandla energin från radioaktivt sönderfall till elektricitet. Men forskare studerar också beta-voltaiska batterier och deras praktiska tillämpningar. Genom att installera en radioisotop som avger mjuk betastrålning i ett miniatyrbatteri, det är möjligt att skydda användare och närliggande föremål från strålning. Därför, sådana batterier skulle ha omfattande användningsområden.

MEPhI-forskare studerade de elektrofysiska egenskaperna hos nanoklusternickelfilm och valde ut optimala parametrar för ett experiment som syftade till att skapa ett system för att effektivt omvandla energin från nickel-63-isotopens beta-sönderfall till elektricitet. Nikkel-63-isotopen rankas bland de mest lovande radionukliderna i beta-voltaiska processer. Denna mjuka beta-strålning har en lång halveringstid på 100,1 år. Följaktligen, detta unika element är idealiskt lämpat för att driva olika system som inte kräver hög effekt.

Elastisk, uthållig, relativt inert och lättbearbetat nickel är en effektiv metall vad gäller dess egenskaper. Det behöver inte förvaras och transporteras i behållare. Forskare försöker öka effektiviteten hos nuvarande system som omvandlar energin från nickel-63-elementets beta-sönderfall till elektricitet och att hitta alternativa fysiska system. Detta tillvägagångssätt är mycket lovande.

MEPhI-forskare använder nya tillvägagångssätt

Forskare har utvecklat ett ovanligt fysiskt system för att generera sekundära elektroner inuti nanostrukturerade nickelfilmer och för att avsevärt förbättra den strömsignal som orsakas av en kaskad av många icke-elastiska kollisioner av beta-partiklar, sa Pyotr Borisyuk, en biträdande professor vid MEPhI:s fakultet för fysikalisk-tekniska metrologiska problem.

"Det är relativt lätt att göra ett experimentellt system som består av en rad tätt packade nickelnanokluster med gradientfördelningen av nanopartiklar på ytan av kiseloxid, en bredbandsdielektrikum, beroende på deras storlek, " noterade han.

Forskarna rapporterar att bildandet av nickel-63 nanoklusterfilmer med gradientfördelningen av nanopartiklar kombinerar två viktiga processer. Först, det blir möjligt att utveckla beläggningar med en fast potentialskillnad som bestäms av olika nanopartikelstorlekar i en förinställd riktning. Andra, det kommer att omvandla energin från nickel-63-isotopens beta-sönderfall till en elektrisk ström utan att använda ytterligare svårframställda halvledarsystem.

De unika egenskaperna hos framväxande gradient nano-kluster nickelfilmer. radioisotopkraftkällor med termoelektrisk omvandling har nästan obegränsade tillämpningar. Små kärnbatterier skulle kunna användas för mikroelektromekaniska och nanoelektromekaniska system, pacemakers, miniatyrglukossensorer och system för övervakning av arteriellt blodtryck, och för att styra fjärrobjekt och mikrorobotar, såväl som fristående system som kan fungera under lång tid i rymden, under havet och i yttersta norr.