Важно отметить, что у BOHR есть и традиционные солнечные панели. Это не просто дублирование подсистемы энергопитания, именно солнечные панели обеспечивают электроэнергией практически все операции спутника. Ядерная батарейка на основе технологии NanoTritium пока что способна выдавать лишь очень скромную мощность, ее роль – демонстрация того, что некоторые виды полезной нагрузки могут стабильно работать даже там, где недоступен свет от нашей звезды.

Как устроена «ядерная батарейка» BOHR

В ней содержится небольшое количество трития, то есть радиоактивного изотопа водорода с периодом полураспада 12.3 года, который испускает бета-частицы (электроны) (и антинейтрино, но это нас не интересует).

Электроны попадают в полупроводниковый преобразователь, обычно это структура на основе p-n перехода, как в диоде, например, на основе кремния, карбида кремния или арсенида галлия. Энергия бета-частицы формирует в полупроводнике электронно-дырочную пару – появляется свободный электрон и «дырка» (то есть незаполненная валентная связь, которая ведет себя как положительный заряд). В области p-n перехода существует так называемая область пространственного заряда – она создает внутреннее электрическое поле. Это поле разделяет электронно-дырочную пару, электрон устремляется в так называемую n-область, а дырка – в p-область.

На противоположных поверхностях полупроводника накапливаются заряды разного знака – возникает разность электрических потенциалов. Если подключить внешнюю цепь, по ней потечет электрический ток. Если сравнивать, то больше всего этот принцип действия похож на принцип действия фотоэлектрической батареи, но там полупроводник «накачивают» фотоны, а здесь – бета-частицы.

В реальных «ядерных батарейках» предпринимают различные меры по повышению долговечности их работы, а также повышению мощности, но все равно, обычно такие устройства способны обеспечивать ток, которого достаточно лишь для работы маломощных устройств, например, датчиков или микроэлектроники. Зато долго – годами, даже десятилетиями (с деградацией, старение и для батарей актуально). 

Действительно впервые?

В связи с этим событием можно вспомнить, что уже немало лет в космических зондах (и для ряда других задач) используют РИТЭГи, радиоизотопные термоэлектрические генераторы. В них тепло от распада радиоактивного материала (зачастую использовали плутоний-238) создает разницу температур на термопарах, это обеспечивает ток. В бета-вольтаической системе не используется преобразование электроэнергия-тепло-электроэнергия, что позволяет говорить об их эффективности. Плюс на выходе получаем безобидный гелий-3 – стабильный, нерадиоактивный изотоп. Тем не менее, РИТЭГ это тоже "ядерная батарейка", ведь и в них источник энергии - деление ядер, поэтому бета-вольтаические батарейки - не первые ядерные батарейки и не первые ядерные батарейки в космосе. 

Зачем все это нужно?

Это необходимо там, где недоступно солнечное излучение в привычных для нас оптическом и близких к нему диапазонах. Например, под землей, в глубоководье, в кратерах Луны, в открытом космосе вдалеке от Солнца, на спутниках дальних планет и т.п. Насколько активно будут применяться такие батареи, зависит от того, получится ли добиться от них существенного, на порядки, повышения генерируемой мощности.

А что у нас?

Если вы ожидали услышать привычное «мы сильно отстаем», то нет, как раз в этой теме есть серьезные наработки. В России тоже экспериментируют с тритиевыми источниками, а еще с источниками на изотопе никеля-63. Даже добились более высокой мощности источника – 1 мкВт/кв.см у источника, созданного ВНИИНМ. Но пока не удавалось получить к.п.д. преобразования излучения в электроэнергию, столь же высокого, как у американцев. В любом случае проблема та же, итоговая достигаемая мощность батареи очень скромная.

Мощности как правило достигают 200 нВт. Рекордные источники могут выдать 125 мкВт… Маловато будет… Это сужает возможные применения таких батареек до очень узких ниш. Так что пока что это все, скорее, интересные научные разработки, но с очень ограниченной практической полезностью.

--

✓ RUSmicro в Telegram l на MForum | в ВК

--

теги: горизонты технологий ядерные батарейки бета-вольтаические источники энергии спутники космические аппараты бета-вольтаика

--