Beta Decay: The Core Process Powering Long-Lasting Radioactive מקורות רדיואקטיביים

מקורות כוח רדיואקטיביים אפשרו לכמה מההישגים המדהימים ביותר של האנושות, מבדיקות חלל עמוק שהשאירו את מערכת השמש לקצב לב ששומרים על החיים במשך עשרות שנים.בין הסוגים הרבים של ממירי אנרגיה רדיונוקליים, אלה המסתמך על בטאואט תופס עמדה ייחודית בגלל מאזן של תוחלת החיים, צפיפות האנרגיה ופרופיל הבטיחות.

Beta הוא מצב מסוים של טרנספורמציה רדיואקטיבית שבו נויטרונים בתוך גרעין לא יציב מתהפך לפרוטון (beta-minusדעון) או פרוטון הופך לערפילי (beta-plusדע), מלווה בפליטות של חלקיק בטא - אלקטרון או ספקטרום של אנרגיה צלולה אחת, והוא רק ספקטרום אנרגיה גמישה אחת, והוא מפסיק להיות מספקטרום של פחמן טהור יותר, ו- 0.

קצב של בטא דעיכה נשלט על ידי מחצית החיים של איזוטופ, אשר יכול לנוע בין שניות למאות שנים. עבור יישומים כוח, איזוטופים חייב להיות מספיק זמן למחצה כדי לספק אנרגיה מתמשכת לאורך זמן המשימה המיועד, אך קצר מספיק כדי לספק צפיפות חשמל יעילה. פלוטוניום-238, העבודה של גנרטורים רדיואיזוטופיים (GRTs), פליטות על ידי פליטות אלפא, בעיקר על ידי חיישנים רבים, אך הם גם להיות מעורבים כמו RTאקטיביים.

מאמר זה בוחן את התפקיד העיקרי של בטא דעיכה בקביעת תוחלת ובטיחות של מקורות אנרגיה רדיואקטיביים.We לחקור את הפיזיקה האיתנה הרלוונטית, סקר את האקזולופות המשמשות בדרך כלל, לתאר את ההנדסה בין פלט חשמל וחיות חיים, ומתאר את אמצעי הבטיחות הקפדניים הדרושים כדי להתמודד עם חומרים מרתיעים בטא.

הפיזיקה של Beta Decay in Energy Conversion

Beta-Minus ו Beta-Plus Decay

(ב) [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אנרגיה ספציפית וכוח הכח הכח

האנרגיה המשוחררת בדעיכה משותפת בין חלקיקים בטא לבין (אנטי)neutrino.The neutrino אינטראקציה כל כך חלש כי זה לוקח חלק משמעותי של האנרגיה הדעיכה, בדרך כלל 30%-50%, והוא אבוד ממקור כוח.האנרגיה הנותרים מופיעה כאנרגיה קינטית של חלקיק הבטא, אשר לאחר מכן מתפזר כמו התנגשויות דרך החומר שמסביב, יש צורך מחצית חיים נמוכה מדי, אבל ירידה במשקל של חצי חיים נמוך מדי, אבל יש ירידה של חצי חיים נמוך מדי, אבל יש ירידה של חצי זמן קצר יותר מדי, עם חצי זמן, הוא נמוך יותר מדי, עם חצי זמן, כלומר, עם חצי חיים, הוא פחות או יותר מדי, הוא פחות או יותר מדי, יש ירידה של כוח על פני חצי חיים, יש ירידה של חצי זמן, אבל ירידה של כוח, עם חצי זמן, יש ירידה של חצי כוח על פני חצי זמן, 000.

(ב) מכשירים בטאבולטיים, שבהם חלקיקים בטא ישירות צומת למחצה לייצור חשמל, האנרגיה החלקיק חייבת להיות תואמת בקפידה את ה-Sleepor של סגסוגת וסובלנות קרינה. Too-energetic betas יכול להזיק ל-ice קריסטל, צמצום יעילות ההמרה לאורך זמן.

זמן רב: כיצד Beta Decay Defines Operational Lifetime

Half-Life and Power Decay

החיים התפעוליים של מקור כוח רדיואקטיבי נקבעים בעיקר על ידי מחצית החיים של איזוטופ בשימוש.לאחר מחצית חיים, תפוקת הכוח נופלת ל-50% מהערך הראשוני שלה; לאחר שני חצאי חיים, ל-25%, וכן הלאה.עבור משימות שחייבות להימשך עשרות שנים - כגון בדיקות וויאג'ר, אשר פעלו במשך יותר מ- 45 שנים - מחצית חיים ארוכה היא חיונית פלוטו-238, אם כי יש להן אורך חיים קטן יותר מ- 7G, בדרך כלל, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, לפחות, כלומר, יש יותר מ- 7G, כלומר, כלומר, יש יותר מ- 7G, כלומר, לפחות, יש צורך ב- 7G, לפחות, הוא אורך חיים, הוא אורך חיים, הוא אורך חיים, הוא אורך חיים, הוא ממוצע של יותר מ- 7.

  • (ב) [ה]ב[[1924]]:0] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) [המאה ה-30:2]: [ה], [המאה ה-20]: [המאה ה-30]: ייצור בפליגציה גרעינית; בשימוש במקרים רפואיים ובתעשייתיים, אך לעתים רחוקות כמקור כוח ראשוני בגלל פליטת הגמאים העזה (מטאפסנדפל:2137 מיליון] בת 3Ba), אשר מוסיפה הגנה על מסה.
  • (ב) ⁇ (המאה ה-1) ,0) , (המאה ה-147) ,(חצי החיים 2.62 שנים): בטא טהור פולטטר (EveFLT:2maxofLT 3:2=225 keV) המשמש בסוללות קוצב קצב בטאבולטאיות מוקדמות.
  • (FLT:0)Nickel-63FLT:1 (חצי חיים 100.1 שנים): בטא פולטת עם אלקטרונים אנרגיה נמוכה.זהו מועמד ראשוני ל"סוללות אטומיות" הדור הבא שנועדו לחיישנים כוח ומיקרואלקטרוניקה במשך מאה שנים ללא קידוד.

הצעות מסחר בין Longevity ו-Power Density

(המהנדסים) מתמודדים עם מערכת מסחר יסודית: איזוטופ עם חיים ארוכים מאוד יש פעילות ספציפית נמוכה (בקקורלים לגרם) ולכן צפיפות כוח נמוכה (לדוגמה, FLT:063FLT:1 Nig) של β-Nilt) עם כוח LT-R (NV) נמוך יותר מ-63FLT) יכול להיות בעל השפעה נמוכה יותר:290F3Sr מספק בערך 0.9/R.

מוצרי Decay Chains and Daughter

(ה) גורם מסבך לארוכות הוא כי רבים בטא פולטים מתרוקנים לתוך שרשרת איזוטופים רדיואקטיביים אחרים, אשר יכולים בעצמם פולטים קרינה מזיקה או להאיץ את ההידרדרות של מקור הכוח. Strontium-90 מתקלקל ל- ytrium-90, אשר בתורו מחלב באמצעות βFLT:0-FLT:1 (חצי חיים 64 שעות) יציב ל- zirconhl-90.

בטיחות: מגן, ידה ודיסposal של מקורות Beta-Emitting

מגן מפני Beta Particles ו- Bremsstrahlung

חלקיקים הם יותר חודרים מאשר חלקיקי אלפא, אבל פחות חודרים מאשר קרני גמא. דלת אנרגיה נמוכה (נמוכת כ 200 keV) עוצרים על ידי כמה מ"מ של פלסטיק, זכוכית או אלומיניום. עם זאת, גבוה יותר אנרגיה betas (בקיצור של מגבת) עם עלייה מגנטית גבוהה יותר (בקיצור של פחמן) עם עלייה של פחמן גבוה יותר מאשר פחמן גבוה (Ftran) של פחמן (מחץ) לאחר מכן) של פחמן גבוה יותר מאשר פחמן (מחץ גבוה יותר) של פחמן (מחץ גבוה יותר) אטומית (מחץ) אטומית) אטומית) אטומית (מחץ גבוה יותר) אטומית (מחץ גבוה יותר) אטומית) אטומית (מחץ גבוה יותר) אטומית (מחץ גבוה יותר) אטומית (מחץ גבוה יותר) אטומית (מחץ גבוה יותר) אטומית (מחץ גבוה יותר) הוא צורך במגרן) אטומית (מחץ גבוה יותר (מחץ גבוה יותר) אטומית (מחץ גבוה יותר) הוא צורך פחמן (מחץ גבוה יותר) עם עלייה של פחמן (מחץ גבוה יותר) אטומית) אטומית (מחץ גבוה יותר

מכיל ודהגרדציה

כל מקורות הכוח הרדיואקטיביים חייבים להכיל את איזוטופ בצורה יציבה מבחינה כימית, לא בלתי-ניתנת לחשיפה.עבור בטא פולטים, ההחזקה חייבת לעמוד גם בלחץ הפנימי של גז הליום המיוצר על ידי אלפא (אם בכלל) או מרדיו-דלקתיות.החום שנוצר על ידי בטאקום יכול לגרום ללחץ תרמי, ואת חלקיקי הבטא עצמם יכולים להזיק לחומר לאורך זמן, המוביל לדלפות פוטנציאליות באמצעות תרכובת דלק מסוג RTFretualtualtualtuals, אפילו כדי לגרום לדלקת חשמלית של חומר נפץ לטווח ארוך, כמו סגסוגת של חומר נפץ, כמו גם כן, כמו קרמיקה, כלומר, כלומר, לא יכול לגרום ל-Sulfdcrettotolrettottotexerdto-tottottottottotolretexerdto-to-to-to-R.

חשיפה אנושית והשפעה סביבתית

הסיכון העיקרי לקרינה ממקור בטא-השמיטה הוא חשיפה חיצונית של העור והעיניים לחלקיקים בטא, אשר עלול לגרום לשרוף, קטרקט, וסיכון מוגבר לסרטן העור.אם המקור הוא מחוספס או מחופש (למשל, פליטה רדיואקטיבית:090FLT:1Sr יכול להחליף סידן בתוך העצם), הופך לסיכון פנימי, ללא הרף, או לפסולת גבוהה (או לחיסון) של כוח גרעיני (או להגבלות על ידי הסוכנות הבינלאומית).

קישורים חיצוניים למקורות סמכותיים מסופקים להלן לקריאה נוספת:

  • מקורות בטיחות רדיואיזוטופים (FLT:0IAEA Safety Standards for Radioisotope Power)
  • [15] NASA: Radioisotope Thermoelectric Generators (RTGs)
  • [01:0]U.S. NRC: Radioactive WastemastersFLT]

מקורות כוח מבוססי Beta-based Power

חלל וטרסטרומנטאלי מרוחק

בטא פולטים כגון:0.90FLT:1irSr שימשו במאות RTGs פרוסים ברחבי ברית המועצות לשעבר כדי כוח אורהאוס, משואות ניווט, ותחנות מטאורולוגיות במקומות מרוחקים ובלתי נגישים.רבים מהיחידות הללו נמצאים כעת בגילאים ומהווים סיכון בטיחותי משמעותי ואבטחה, המוביל לפרויקטים של התאוששות בינלאומית בחלל, הסוכנות האירופית חקרה את החלל:2F:2F3R (אך) אך עדיין קיימים ניסויים קטנים ועלולים לנפץ אותם לנפץ משימות חלליות (אך למשימות חלליות קטנות ומהירות).

שתלים רפואיים

(ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Betavoltaic Microbatteries

תאים Betavoltaic - בעלי אופי מוצק של מדינתי המסיק אלקטרונים מפלט בטא - חוו רנסנס בעשור האחרון, חברות כגון City Labs (Miami, FL) ואוניברסיטת בריסטול הוכיחו תאים מסחריים באמצעות גשרי FLT:063FLT:1Ni שיכולה למיקרוסנסורים, שבבים ביטחוניים, ו-"Internet of Things"של כל עוד עשורים, ללא תחליף מיוחד, כמו:063FLT1 נייח, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, 3.

מגמות עתידיות וחדשנות חומרית

התקדמות בחומרים מדע דוחפת את הגבולות של מה שאטווה יכול לספק.חומרים חדשים של גמישות גבוהה, כגון סרוטרודים וחצי-Heusler ⁇ s, יכולים להמיר את החום מ בטא לתוך חשמל עם יעילות רבה יותר מאשר את התרמוסקופים המוגדלים בשימוש ב RTGs של וויאג'ר, כלומר, רוב RTGs כוח גבוה עדיין להסתמך על אלפא (Fir) כמו סיליקון) עם כמה עשרות שנים של אנרגיה גבוהה יותר (R) עם לחץ דם גבוה יותר מאשר סיליקון) עם סיליקון (R) עם לחץ דם גבוה יותר עם מוליכים למחצה, עם סיליקון) עם סיליקון) עם מוליכים למחצה, עם סיליקון (Ric מופעלים גמישים (Ricide) עם יותר) עם מוליכים למחצה.

כיוון מבטיח נוסף הוא השימוש ב- Beta-emitting איזוטופים אשר הם תוצר לוואי של עיבוד דלק גרעיני מושקע, כגון:0;137FLT:1Cs ו-FLT:290003FLT 3Sr. Separating ו- encapsulating מוצרים אלה פסולת מקורות אנרגיה ארוכים יכול להפחית את נפח של אנרגיה גבוהה ברמה גבוהה לספק פתרונות אנרגיה גרעינית - למרות שיש צורך 20 שנים של ייצור גדול של מטוסים חשמליים.

לבסוף, מקרה הבטיחות של מקורות אנרגיה רדיואקטיביים בחלל מתפתח.New NASA ו- ESA הנחיות דורשות כי RTGs לשרוד פיצוץ שיגור, הפסקת טיסה, וחזרה לערים גבוהה מבלי לשחרר כל חומר רדיואקטיבי.מערכות מבוססות בטא-דאט יש יתרון כאן כי דלקים שלהם ממשיכים (למשל, SrTiOFillo:03FLT:1) הם בדרך כלל פחות אקספוזה חלקיקים, אך עדיין יותר מאשר חלקיקים עמידים יותר מאשר חלקיקים.

מסקנה

(א) דעך, אך רב עוצמה של הביצועים ופרופיל הסיכון של מקורות אנרגיה רדיואקטיביים.זה קובע כמה זמן המכשיר יכול לספק אנרגיה מועילה, מה נדרש הגנה, וכיצד המקור מתנהג לאורך עשרות שנים של תפעול וסילוק בסופו של דבר.מאורות אור של 30 שנה המופעלים על ידי FLT:090FLT:1Sr לסוללות אטומיות מבוססות על LTF:2: 3.