מבוא ל-Alpha Decay ב- Energy Applications

סוללות גרעיניות, הידוע גם כמקורות כוח רדיואיזוטופ, לספק פתרון ייחודי ליישומים הדורשים עשרות שנים של אנרגיה בלתי מופרעת ללא דלק או תחזוקה. בניגוד סוללות כימיות, הם שואבים כוח מהדעיכה של איזוטופים רדיואקטיביים. בין מצבי דעיכה השונים, אלפא שואבת תפקיד משמעותי במיוחד בעיצוב של מקורות אנרגיה גרעיניים בעלי משקל גבוה.

הרעיון של רתום את אלפא דעך עבור הדור המעשי של כוח מתוארך למאה ה-20, עם מחקר מוקדם המתמקד בחקר החלל ויישומים מרוחקים של כדור הארץ.אל-המצועפות מציעים אנרגיה גבוהה יותר לדעיכה בהשוואה לאיטה או gamma פולטים, מה שהופך אותם אטרקטיביים עבור מכשירים קומפקטיים, גבוה קידוד, עם זאת, פריסות שלהם מציג אתגרים נפרדים הקשורים לנזק קרינה, ניהול חום, וכולל הבנה חיונית עבור מהנדסים גרעיניים חיוניים עבור סוללות אלה הוא חיוני עבור סוללות קריטיים של כל דבר חשוב עבור סוללות קריטיים של אנרגיה.

תוצאות של Alpha Decay

Alpha דעיכה היא תהליך גרעין ספונטני שבו גרעין הורה לא יציב פולט חלקיקים אלפא ( & #x3B1), המורכב משני פרוטונים ושני נויטרונים הקשורים יחד.הפליטה מפחיתה את המספר האטומי על ידי 2 ואת המספר ההמוני על ידי 4, מה שהופך את האלמנט לשפל שונה, לעתים קרובות יציב יותר, בתו איזוטופה.

מכיוון שחלקיקי אלפא הם מסיביים יחסית כפולים, הם אינטראקציה חזק עם החומר ואבדים אנרגיה במהירות על פני מרחקים קצרים.באוויר, חלקיק 5 MeV alpha נוסע רק כמה סנטימטרים לפני הפסקת השימוש.טווח קצר זה הוא כפול & #x2011; חרב זרז: זה אומר כי קרינת אלפא ניתן להגן בקלות על ידי שכבת חומר דקת, אבל זה גם אומר כי האנרגיה הקינטית היא מופקדת באופן יעיל מאוד מקומי, לאחר מכן, חום לתוך תאים גרעיניים כגון, לעתים קרובות, כגון חומצה חשמלית, או חום (חום) באמצעות סוללת חשמלית, כלומר, כלומר, 000) לתוך חום, הוא בדרך כלל, 000, לאחר מכן, הוא לתוך חום, הוא לתוך מערכת חשמל חום (חום, 000) לתוך חום, 000) לתוך חום, 000) לתוך מערכת חשמל חום, או חום, לעתים קרובות, 000.

לא כל פולטי אלפא מתאימים באותה מידה ליישומים של אנרגיה.קריטריונים של בחירת מפתח כוללים מחצית & #x2011; חיים (מספיקים לעוצמה מתמשכת אבל קצרים מספיק עבור צפיפות אנרגיה מעשית), טוהר שרשרת (מינימום gamma ו פליטות נויטרונים המסבך מגן), וזמינות חומרית. Commonly השתמש מקורות אלפא כוללים פלוטוניום & #x2011;238, Americium ߛ, 1, 14%, 1, 1x, 2, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, וכו ', 4, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000,

Alpha Decay Versus Other Decay Modes in Nuclear Batteries

עיצובי סוללות גרעיניים נופלים באופן רחב לשתי קטגוריות: ממירים תרמיים (בעיקר RTGs) ולא & #x2011; ממירים ישירים thermal (betavoltaics, alphavoltaics) מסתמכים על צומת בטא (פליטת אלקטרון) ובדרך כלל משתמשים באיזוטופים כגון Tritium ( ³H) או ניקל ‑ הם מייצרים חשמל אנלוגי מאוד, אך הם דורשים תאים אופטיים של תאים אופטיים, אך ורק כדי ללכוד תאים אופטיים, אך ורק כדי ללכוד את אלפא, אך ורק כדי ללכוד תאים אופטיים, אך ורק כדי ללכוד את המנוגדים, אך ורק כדי ללכוד את המנוגדים, אך ורק כדי למולקוליים, אך ורק כדי ללכוד תאים אופטיים, אך ורק כדי ללכוד תאים אופטיים, אך ורק כדי למנוע ניגודים למחצה, אך ורק כדי ללכוד תאים אופטיים, אך ורק כדי למנוע ניגודים למחצה, אך ורק כדי למולקולאריים למחצה, אך ורק כדי ללכוד תאים אופטיים למחצה, אך ורק כדי ללכוד תאים אופטיים למחצה, אך ורק כדי ללכוד את המנוגדים למחצה, אך ורק כדי ללכוד את המנוגדים למחצה, אך ורק כדי למנוע ניגודים למחצה, אך ורק כדי למנוע

Alpha פולטים מספקים בערך שני פקודות של אנרגיה גדולה יותר לדעיכה מאשר קטנטן טיפוסי, כך תאים אלפאבולטיים יכולים להשיג יותר נחיתות כוח.עם זאת, הזיונות האינטנסיבית הנגרמת על ידי חלקיקי אלפא במהירות נזקי חצי מוליכים למחצה, לקצר את המכשיר & #x2019; חיים תפעוליים של נאס"א הם אתגר עיצוב מרכזי עבור אלפאוולקים, חומרים מיוחדים כמו יהלום רחב או HDG, שבו הם מקורות חום של נאס"א (R) הם קיימים, RTGSTGSTGSTGSTGSTGSTGST, כלומר, כלומר, ללא שימוש ב-S (R) ו-S (R) עם קרינה כבדה יותר, IOL) עם קרינה: DRASTDVDOS) ו-S (DVDVDVDVDOS) עם מחזור הדם) ו-R.

טבלה 1 (תפיסתי) משווה פרמטרים אופייניים של אלפא & #x2011; מבוסס ו Beta ‑ סוללות גרעיניות מבוססות, בעוד לא רשמי כאן, היא ממחישה מסחר & #x2011;offs בין צפיפות כוח, הגנה על דרישות, עמידות.בחירה של מצב הדעיכה תלויה בסופו של דבר ביישום: נמוך & #x2011; כוח חיים ארוך + #x2011; חיישנים להיות גמישים; יעילות; יעילות: RT & גבוהה; יעילות: 1.

תגיות: Alpha Decay

הדור החום והניהול הירומלי

בסוללות גרעין תרמיות, האנרגיה הקינטית של חלקיקי אלפא מופקדת כחום בתוך חומר המקור והסביבה של הצטברות הכוח תלויה באיזוטופ הספציפי, מחציתו ו-#x2011; החיים, והכמות המשמשת. לדוגמה, פלוטוניום & #x2011; 238 יש כוח ספציפי של כ-0.57 וואט לגרם, מה שהופך אותו למקור חום דחוס באופן יעיל, יש צורך להמיר את כל הרכיבים של חום חם, אך ורק כדי לשמור על חום זה, אך ורק חומר חום חם למדי, אך ורק על ידי טיפול תרופתי, אך ורק על ידי אלפא, אך ורק חומר חום חם, הוא בטוח למדי, אך ורק על ידי טיפול אורגני, הוא בטוח למדי, אך ורק על ידי טיפול תרופתי, הוא בטוח למדי, אך ורק על ידי חימום, אך ורק על ידי טיפול תרופתי, הוא בטוח, כי הוא בטוח למדי, אך ורק חומר חום.

מהנדסים חייבים גם לקחת בחשבון את הצטברות גז הליום בתוך הצטברות הדלק.כל דעיכה אלפא מייצרת אטום הליום אחד, ובמשך השנים גז זה בונה לחץ פנימי.אם לא מנוהל, זה יכול לגרום נפיחות או קרע של מבנה המכילה. Solutions כוללים שילוב של חללים ריקים, באמצעות צורות דלק ⁇ , או שימוש בחומרים המאפשרים heliumffusion ללא סיבוכים של פחמן, כולל דלקת ריאות (Ricgic) ו-Rates) המשמש שימוש ב-Ratestoxerdgatedationerdation) ו-Ratedgicolgicolgatestox (Rate) תוכנן כדי להפעיל את ה-Ratedation) כדי להפעיל את ה-Ricolretoxtoxtoxerdation) שימוש ב-Ratedationerdation) כדי להפעיל את ה-Ratedationertox Retravedationerdationerdationerdationerdationerdation (Ricuptoxtoxerdation) כדי להפעיל את ה-Ricolgicolgicolgicolgicoltrastox Retrastoxtox Retras

קרינה נזק ובחירת חומרי

חלקיקי אלפא, למרות הטווח הקצר שלהם, לגרום לעקירה אטומית משמעותית וההרסה בכל חומר שהם חוצים.על פני תקופות ארוכות, נזקי הקרינה משנים את המאפיינים הפיזיים והמכניים של ממטריקס הדלק, קלדינג וחלקים מבניים שכנים. Swelling, embriment, ושינויים בהתנהגות תרמית הם מצבי כישלונות נפוצים.

צורות דלק לעתים קרובות להשתמש תחמוצות קרמיקה או צוואר הרחם (ceramic & #x2011; מרות מתכת) כי הם פחות נוטים להזכרה וסדקים. פלוטוניום דו חמצני (PuO & #x2082;) הוא תקן עבור RTGs בגלל רמות ההיתוך הגבוהות שלה ויציבות הכימית.

הגנה ובטיחות

קרינת אלפא עצמה אינה סכנה חיצונית משום שהיא אינה יכולה לחדור לשכבת עור האדם המתה.עם זאת, הדאגה לבטיחות הגדולה עם פולטי אלפא היא זיהום פנימי: אם החומר הרדיואקטיבי הוא נשטב, מחוספס או נכנס לפצע, חלקיקי אלפא מספקים מנות מקומיות אינטנסיביות לרקמות ביולוגיות, מה שגורם נזק תאי חמור.

דרישות לפלטי אלפא הן מינימליות להפחתת המינון החיצוני - לעתים קרובות מפרש מתכת דק או אפילו את שטח הסוללה מספיק כדי לעצור את כל אלפא.עם זאת, הרבה פסולת אלפא מלווה ב- נמוך & #x2011; 238 קרינה אנרגיה או X‑ השתלות של גרעין הבת, ולפעמים על ידי פליטת נייטרון מנפיחות ספונטנית.

פרוטוקולי התפטרות וטיפול במקורות אלפא הם מחמירים בייצור והרכבה חייבים להתרחש במגפות או תאים חמים, והמכשירים הסופיים עוברים בדיקות דליפות נרחבות והסמכת תרמית/התחמכה:0U.S. REulatory CommissionFLT:1 ו-FLT:2 International Atomic Energy AgencyFLT 3 מספקים הנחיות לתכנון בטוח ולהובלת מקורות אנרגיה כאלה.

יישומים של Alpha & #x2011; על בסיס סוללות גרעין

חקר החלל

השימוש האיקוני ביותר של אלפא & #x2011; סוללות גרעיניות מבוססות נאס"א ו- #x2019;s RTGs, אשר יש משימות מופעלות על כוכבי הלכת החיצוניים ומעבר לו: החללית וויאג'ר, הושקה בשנת 1977, ממשיכים לתקשר עם כדור הארץ לאחר יותר מ- 45 שנים, מופעלת על ידי פלוטוניום & #x2011; RTGs. , , 238Gs. , הרפסוריאנס, ההרוריאנסרסנס, משמרות מאדים, גם להסתמך על RTGs, כמו כן על RTGs, על RTGs, 000 אינטנסיביות גבוהה של פעילות השמש, כאשר היא יעילה, כלומר, כלומר, היא יעילה, כאשר היא מערכת השמש היא יעילה, כאשר היא בעלת עוצמה, כלומר, היא מערכת השמש של זמן קצרודה של זמן קצרודה, ו-אטומה, היא יעילה, ו-אטומה, היא מערכת השמש של זמן קצרודה, אשר אינה יעילה, כאשר היא מערכת השמש של זמן קצרודה, כאשר היא יעילה, היא מספקת, היא מערכת השמש של זמן קצרודה, כאשר היא מערכת השמש היא מספקת, היא מערכת השמש של זמן קצרודה, היא מערכת יחסים גמישה, היא מערכת השמש של זמן קצרודה, כאשר היא מערכת השמש היא מערכת

משימות מתקרבות, כגון FLT:0 NASA DragonflyFLT ( 1:1 quadcopter to Saturn & #x2019; הירח טיטאן, ישתמשו ב- Multi & #x2011; מיסיון רדיואיזוטופ Thermoelectric Generator (MMRTG) המכיל את Pu‑238. אתגר אחד לחלל RTG הוא צמצום אספקת פלוטום 2011 הוא מוגבל יותר; , אשר כיום, כמו אלפאטריום, כמו:2x1, 000.

יישומים זמניים ותחת הים

סוללות גרעיניות המבוססות על דעיכה אלפא הן גם פרוסות במקומות מרוחקים ארציים: תחנות מזג אוויר באזור הארקטי, buoys ים גוגופיים, ו-#x2011; חיישני הים שצריכים לפעול באופן אוטונומי במשך שנים. בשנות ה-60, חיל הים האמריקאי השתמש בכוח רדיואיזוטופ במשאות ניווט.היום, אורוראות אוויריות ומערות לאורך החוף הארקטי השתמשו ב-Chrontium#2011; אך ניתן היה לספק סוללות כוח קטסטרופטות קטנות יותר.

יישומים רפואיים יש קשר היסטורי לאפאון: יצרני קצב הלב המוקדמים השתמשו פלוטוניום & #x2011; 238 סוללות לפני שהוחלפו על ידי ליתיום & #x2011; סוגי יון היום, אלפא פולטים אינם בשימוש במכשירים מותאמים לשתלים עקב בטיחות ומכשולים רגולטוריים, אבל הם משמשים במכשירים רפואיים מרוחקים כגון ניתוחים דם לבתי חולים שדה.

מתפתח מיקרו & #x2011; כוח וחיישנים

תאים אלפאבולטיים, בעודם בשלב המחקר, מבטיחים מקורות אנרגיה זעירים עבור מערכות מיקרואלקטרוניקה (MEMS), חיישני IoT, ומכשירים ב-#x2011; סביבות הרזיה (למשל ניטור כור גרעיני) סרט דק של המרה של Americium & #x2011; 241 מופקד על יהלום או סיקס להמיר יכול להיות חיישן במשך עשרות שנים כמו מוסדות LTFmos: כדי לשפר את יעילות מחזור החיים של Alvolta:

קווי עתיד וגבולות מחקר

ייצור איאיזוטופ חדש

ההיצע המוגבל של פלוטוניום & #x2011;238 יש מוטיבציה השקעה בייצורו באמצעות קרינת נויטרונים של Neptunium & #x2011; 237.בינתיים, Americium & #x2011; 241, המתקבל מדלק גרעיני מושקע, הוא בשפע ו- דחיסות גבוהה יחסית.ה של סוכנות החלל האירופית כבר מפתחת RTGs באמצעות Americium ߛ 241 למשימות עתידיות עבור טיפול תרופתי, אך יותר, 184 שנים; היא בעלת עוצמה גבוהה יותר; אך היא בעלת ערך מורחבת, אך היא גבוהה יותר, אך היא בעלת טווח, אך היא גבוהה יותר, אך היא גבוהה יותר, אך היא גבוהה יותר, אך היא כבר מפתחת RTG.

טכנולוגיות מתקדמות

המרה הירופית הייתה עבודת הכפייה, אך יעילותה היא בדרך כלל 6‑8%. מנועי סטרלינג יחד עם מקורות חום אלפא יכולים להשיג יותר מ-20% יעילות, כפי שמוכיחה על ידי Advanced Stirling Radioisotope Generator (ASRG) התוכנית, עם זאת, חלקים נעים מציגים חששות אמינות. Direct באמצעות המרה של thermoPhotovoltaics או הפליטה הוא גם מחקר ללכידת אנרגיה בינונית של מקור אלפאפורמולקולנועים, כמו גם כן, כגון חומצות חום של חומר אלפא.

קרינת קרינה פוגעת

Self ‑ חומרי היסטל הם מושג מתפתח.כמה קרמיקה יכול לגרום נזק קרינה שלילי בטמפרטורות גבוהות, נכס כי הוא באופן טבעי נוכח בשומן דלק חם.עיצוב צורות דלק הפועלות בטמפרטורות גבוהות מספיק כדי לתקן פגמים בלחמניות יכול להרחיב באופן דרסטי את החיים התפעוליים של אלפא & #x2011; סוללות מבוססות.

ניהול פסולת ובטיחות

דיסposal של סוללות גרעיניות בילו אתגר.בניגוד סוללות כימיות, מקורות רדיואיזוטופים לא ניתן לכבות; הם ממשיכים להתכווץ עד יציב פרוטוקולים הנוכחיים כרוכים בהסרת מקור החום, הצבתו במיכל מוגן, ולאחסן אותו במתקני רישיון.חלק מהעיצובים מאפשרים למחזור: אי אפשר להפריד את איזוטופ או לעבור ל-#xx קצר יותר; 2011 נחשב ל-Apaxing.

מסקנה

Alpha דעיכה, עם צפיפות האנרגיה הגבוהה שלה ו-#x2011; פליטות לטווח קצר, מציעה הן הזדמנויות ומגבלות עבור עיצוב סוללות גרעיני.מבחירה של איזוטופים וחומרים לניהול תרמי ובטיחות, כל היבט של הסוללה חייב להיות מותאם לתכונות הייחודיות של חלקיקי אלפא; האתגרים ההנדסיים הבאים - פיתוח יתר, נזק קרינה, וכולל - מועברים באמצעות חומרים מתקדמים וטכניקות חדשניות להמרות לטווח ארוך, כמו גם מקורות אנרגיה לטווח ארוך ויישומים גרעיניים:

  • (ב) ⁇ 0 (הבחירה של איאיזוטופ) (IQ) ב- 1:1) משפיעה ישירות על צפיפות החשמל, החיים ועל צרכי ההגנה.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) ,SafetyFLT:1 , מבוסס על לכידת חזק ופרוטוקולים לטיפול כדי למנוע זיהום פנימי.
  • (FLT:0) התקדמות העתידה של LT:1) כוללת את גבוה יותר & #x2011; יעילות המרה ו- #x2011; הפעלת דלק.