Atom bataryaları, daha resmi olarak radyoisotope termoelektrik jeneratörleri (RTG) olarak bilinen daha, herhangi bir hareketli parça veya dış müdahale olmadan ısıyı dönüştürebilen sofistike enerji dönüşüm cihazlarıdır.Tüzüklerin doğal olarak radyoaktif çürümesi doğrudan elektriksel enerji kaynaklarına göre, özellikle de derin uzay araştırmaları için, uzak olmayan veya geri çekilmek ve onları modern enerjik bir şekilde dışsal müdahaleye zorlayan uygulamalarla birlikte, RTG'ler, modern enerji kaynaklarından uzak durmaya ve modern güvenlik sistemlerine yönelik temel bir temelde kalıcı hale gelmektedir.
Atom Pilleri Nasıl Çalışıyor?
Bir atom bataryasının özü basit ama zarif bir fiziksel ilkedir: Seebeck etkisi. İki disimilar iletken veya yarı iletken malzemeler bir termo çift şeklinde bir araya getirilir, bir sıcaklık farkı bir arada tutulursa, bir RTG'de, bir termo çiftin bir tarafı, bir radyoaktif izotopun enerjisi tarafından ısınır, aksi takdirde, aksi takdirde çevreye ısınır.
Radyosal kaynak genellikle sağlam, korozyona dayanıklı metalik kladding, bu ısıyı kullanarak çarpık bir şekilde veya Dünya atmosferine bağlı olarak, bir dizi ve paralel olarak ısıtılır.
RTG'lerin hareketli parçaları yoktur - hiçbir piston, türbinler veya jeneratörler - bunlar olağanüstü derecede güvenilir ve mekanik aşınmaya karşı dayanıklıdırlar. Onların basitliği aynı zamanda, karbon baskılarını ezerek veya daha fazla ısıtılmış hale getirmeleri gibi yeni malzemeler, her gramerotope veya silikon-çevre termoelektrik materyali kullanarak% 8'e kadar.
Yaygın Radyoaktif Isotopes Kullanılan
Isotope seçimi performans, güvenlik ve atomik bir bataryanın uzunluğu için kritiktir. İdeal izotop uzun yarı ömrü, yüksek enerji yoğunluğu, düşük koruyucu gereksinimleri ve ağır koruyucu radyasyonun minimum üretimi en pratik adaylar olarak ortaya çıkmıştır.
Plutonium238 (Pu-238)-
Pufly238, uzay tabanlı RTG için altın standarttır, öncelikle Alfa emisyonu tarafından çürük, ağır kalkanlama gerektirecek önemli bir kumar radyasyonu üretemez. 87.7 yıl boyunca, gram başına tutarlı bir güç çıktısı sunar -Voyager 1 ve Voyager 2, 1977 yılında başlatılan, hala Dünya'da üretilen Pu-38 RTG'leri ile iletişim kurmak için, yüksek ısıtımı (yaklaşık 0,5 $) yüksek ısıtımı ile ilgili olarak, yüksek ısıtılmış enerji verimliliğine sahip olmak için çok verimlidir.
Strontium-90 (Sr-90)
Sr90, beta partiküllerini yayan ve 28.8 yıl yarı ömrüne sahip bir fission üründür.Bu, Pu-238'den daha düşük bir enerji yoğunluğuna rağmen, ABD Sahili ve Sovyet Birliği, Sr-90 RTG'lerin yıllardır sadece ince bir metal tabakası ile korunması oldukça kolaydır, ancak Antarktika'daki ışık evleri, denizaltı navigasyonu için gerekli olan bazı endüstriyel uygulamalar nedeniyle uzun süre bakım önlemleri alınmaktadır.
Cesium137 (Cs-137)
Cs137 yaklaşık 30 yıl boyunca yarı ömrüne sahiptir ve hem gamma hem de beta radyasyonu yaymaktadır. Onun kumar emisyonları büyük ölçüde tarihidir, ancak özelliklerini anlamak, miras cihazların güvenli yönetimi için önemlidir.
Gelişen Isotopes
Alternatif olarak yapılan araştırmalar devam ediyor, gram başına sınırlı bir kaynak ve yüksek maliyetle yönlendiriliyor. Americium-241 (Am-241), plutonium'un bir çürük ürünü, 432 yıl boyunca yarı ömür sürüyor ve her biri ayrı ele geçirebiliyor ve bu yüzden de çok daha pahalı ve sivil atıklardan kurtulabiliyor.
Atom Pilleri Avantajları
RTG'lerin eşsiz özellikleri, elektrokimyasal bataryalar, kimyasal yakıt hücreleri veya güneş panelleri üzerinde çeşitli belirleyici avantajlar sağlar, özellikle de başarısızlıkların bir seçenek olmadığı görev-kritik uygulamalarda.
- [FONT:0)Decades-long life without refueling.[[Dönetici 1] Çünkü radyoaktif çürüme sıcaklık bağımlı değildir ve sabit bir oranda devam edebilir, bir RTG cihazının tüm operasyonel yaşamı için güç sağlayabilir - 30 yıl veya daha fazla. Bu dayanıklılık, periyodik değiştirme veya yeniden yükleme gerektirir.
- [FONT:0]Unmatched güvenilirlik.[[Dönetici:0) Hareket eden parçalar olmadan RTG'ler mekanik başarısızlık, titreşim yorgunluk veya sürtünmeye karşı bağışıklık sağlarlar. Aşırı şoklar, yüksek ölçekli fırlatmalar ve sıcaklık hızları - 200 °C'den +200 °C'ye kadar hızlanırlar.
- [FONT=0) Güneş ışığından bağımsız olarak; Güneş panelleri Mars yörüngesinin ötesinde, Ay veya Merkür'ün karanlık kutup bölgelerindeki etkinliği kaybeder. RTGs, dış gezegen keşif için gerekli olan mesafeye bakılmaksızın sürekli güç sağlar (Jupiter, Satürn, Uranus, Neptün) ve Ay veya Merkür'ün üzerinde kalıcı olarak gölgelenen kraterler için.
- [FONT:0) Sistem kütle için yüksek güç yoğunluğu.[DÜT:1], tam bir RTG sisteminin ağırlığına rağmen - kalkan, ısı reddedilmesi fins ve termoelektrik dönüştürücüleri dahil - önemli, genel güç-permass oranı, özellikle de yedek bataryaların veya yakıtların ağırlığına işaret eden en alternatif uzun yaşam sistemlerinden geçer.
- [FONT:0]Minimal bakım.[[Dönetici:0) Bir kez dağıtılanda, atomik bir batarya yıllarca istenmeyen bırakılabilir. Bu, derin deniz gözlemleyicileri, otonom yaytic istasyonları ve insan erişiminin tehlikeli veya lojistik yasaklayıcı olduğu uzak alanlarda kritik önem taşıyor.
Meydanlar ve Güvenlik
Dikkat çekici avantajlarına rağmen, atomik bataryalar da uygulanabilir mühendislik, düzenleyici ve güvenlik engelleri için mevcut. Kamu ve çevre endişeleri titiz bir şekilde ele alınmalıdır ve RTG'nin yaşam döngüsünün her aşaması - üretim ve olay dışı kullanım için - katı protokollerin konusu.
Radyasyon Shielding ve işleme
Alfaeating, Pu-2-38 gibiotopes ince bir metal tabakası ile korunabiliyor olsa da, makülanın taşınması toksik ve radyoaktif materyali serbest bırakmak için uluslararası düzenlemelere sahip olan özel konteynerler gerektirir. RTG'lerin üretimi ve montajı uzaktan el elektriğe ve ağır kalkanlar, özellikle de kumar üretme ile uğraşırken, RTG çekirdeğinin ulaşımı, kazaları önlemek veya erkekvolent kullanımı önlemek için uluslararası düzenlemelere karşı özel olarak özel olarak gereklidir.
Çevre ve Kirlilik Riskleri
Bir RTG felakete maruz kalırsa – örneğin, bir fırlatma aracı patlamasında veya kontrol edilmemiş bir re-entry sırasında – bu riski birden çok alan katmanlar kullanarak azaltılabilir, etkili bir şekilde çözünemeyen ve biyolojik olarak inert.
Isotope Scarcity ve Maliyet
Pu-38 doğal olarak yararlı miktarlarda bulunmuyor ve RTG'lerin alternatifin olmadığı görevlere sahip olması gerekiyor. Amerika Birleşik Devletleri'nde üretim oranı sınırlı ve maliyet son derece yüksek – binlerce dolar – bu kıtlığı RTG'lerin kullanımını kısıtlamaktadır.
Public Perception and Düzenlemey Hurdles
Herhangi bir tüketici veya kamu uygulamasındaki radyoaktif materyallerin kullanımı uzun vadeli güvenlik, terörizm riskleri ve atık yönetimi konusunda endişeler yaratıyor. Uzay misyonları için gerekli onayları elde etmek, birden çok ajans içerir -NASA, Enerji Bakanlığı, Çevre Koruma Ajansı ve ABD Nükleer Düzenleme Komisyonu - özel çevresel etki ifadeleriyle ve halk yorumu dönemleriyle ilgili olarak. " ⁇ " ile ilgili olumsuz kültürel bir ilişki de toprak savunmalarını yasal veya endüstriyel kullanımlarda kabul edebilir.
Atom Pilleri Uygulamaları Uygulamaları
RTGs, uzayın soğuk vakumlarından okyanusun ezilmesine kadar çeşitli aşırı ortamlarda değerini kanıtlamıştır.
Uzay Keşifleri
Uzay atomik bataryalar için en belirgin uygulamadır. Her derin uzay misyonu, asteroidin ötesine geçen her bir RTG gücüne dayanıyor. ikiz Voyager uzay aracı, şimdi 40 yaşında, hala bilim verilerini, Pu-238 RTG sayesinde iletmektedir.Son zamanlarda, Curiosity ve Peracance, Mars'ta her iki elektrik ve ısıyı sağlayan bir RTG uçağının da, toz fırtınaları ve soğuk kış geceleri boyunca bile ameliyatını sağlayan bir RTG içeriyor.
Terrestrial ve Marine Uzak Güç
Dünya'da RTG'ler Soğuk Savaş sırasındaki güç ışıklarını, ışıklarını, hava sensörlerini ve ayrılıkçı istasyonları uzak bölgelerdeki binlerce Sr-90 RTG'leri kullanarak, Kuzey Atlantik Okyanusu'nda birçok insan, Güney Polonyalı ve deniz altındaki deniz kenarındaki deniz kenarındaki deniz kenarındaki deniz kenarındaki batılı denizlerde de güç alan RTG'leri kullandı.
Potansiyel Tıbbi ve Küçük Uygulamaları
Araştırma, spertonium-238 kullanan birkaç bin nükleer pil kullanmaya devam ediyor; bu cihazlar betavoltaik teknolojiyi kullanarak 20 yıl boyunca devam etti.Uluslararası Atom Enerji Ajansı) tarafından belgelenmiş durumda.
Future Developments
Atom bataryalarının geleceği, termoelektrik malzemelerdeki yeniliklerle şekilleniyor, izope üretimi ve miniaturizasyon. Araştırmacılar bu güç kaynaklarını daha verimli, daha güvenli ve daha erişilebilir hale getirmek için sınırları aktif bir şekilde itiyor.
Gelişmiş termoelektrik malzemeleri
Konvansiyonel RTGs, liderlik telluride (PbTe) veya silikon-germanium (SiGe) gibi yarı iletken alaşımları kullanıyor ve% 6–8'lik dönüşüm verimliliğine sahip olan ısıtılabilir enerji dağıtımlarını önemli ölçüde artırıyor. ”
Yeni Isotope Kaynağı ve Kumaşı
Pu-238'in eksikliğini azaltmak için, NASA ve DOE, sivil nükleer atık akışlarından çıkarılan bir alternatif olarak, bu yaklaşım daha sık görevlere kapı açabilir. Başka bir umut verici gelişme, radyolojik enerji kaynaklarının kullanımı, bu arada, Avrupa Uzay Ajansı, Am-241'i alternatif olarak takip ediyor, bu da yangından kaynaklanan enerji akışını azaltabiliyor.
Miniaturized "Nuclear Pil"
Araştırma ölçeğinde, bilim adamları betavoltaik cihazlar geliştiriyorlar, tritium veya nikel-63, yarı iletken enerji dönüştürücüleri ile bir araya geliyorlar.Bu nedenle, Bilim[Döneticiler) ancak bir yüzyıl veya daha fazla potansiyel uygulamalar, doğrudan beta-elektromechanical sistemler için kablosuz sensörler içerir.
Güvenlik İnovasyonları
Yeni tasarımlar, kademeli olarak kontrol edilemez veya zemin kirliliği önlemek için modüler, çok katmanlı lakabı içerir. Mühendisler ayrıca “kendi kendini kınayan” RTG'leri de, yasal engelleri ele almak için yoğun bir şekilde, yüksek hızlı bir şekilde etkileyerek zengin okyanus siperlerine atlatmak için tasarlanabilirler.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Atom pilleri veya radyoisotope termoelektrik jeneratörleri, en sağlam ve uzun ömürlü enerji kaynaklarından biri olarak her zaman tasarlanmamıştır. En düşman ortamlarda bakım olmadan on yıllardır çalışma yeteneği - uzayın altını genişletmek için vaat ediyor - bazı görevler için dayanılmaz hale getirir.