Afslut. Furnitura. Reparationer. Installation. Valg. Åbning
Sammenlignet med atomreaktorer ved anvendelse af en kædereaktion er rhythi meget mere kompakt og enklere strukturelt. Ritegens udgangseffekt er meget lille (op til flere hundrede watt) med en lille effektivitet. Men der er ingen bevægelige dele i dem, og de kræver ikke vedligeholdelse i hele levetiden, som kan beregnes i årtier.
Ansøgning
Riteg. rumfartøj "Nye horisonter"
RYGIE, som regel, er den mest acceptable energikilde til autonome systemer.Har brug for flere dusin hundrede watt med en meget lang arbejdstid for længe efter brændstofelementer eller batterier.
I rummet
Riega Scheme anvendt på Cassini-Guigens rumfartøjer
Rygie er den vigtigste strømkilde på en langsigtet mission og stærkt fjernet fra (for eksempel Voyager-2 eller Cassini Guigens), hvor brug solbatterier ineffektiv eller umulig.
Plutonium-238 i 2006, ved lanceringen af \u200b\u200bden nye Horizons Probe, fandt jeg min brug som en strømkilde til redskabet af rumfartøjet. Radioisotopgeneratoren indeholdt 11 kg højrenhedsdioxid 238 PU, der producerede et gennemsnit på 220 W elektrisk effekt gennem hele banen (240 W i begyndelsen af \u200b\u200bstien og ifølge bosættelser 200 W til slutningen).
Det skete så, at i "Peace Space Atom" -serien flytter vi fra fantastisk til fælles. Sidste gang vi talte om energi reaktorer, er det indlysende næste skridt at fortælle om radioisotop termoelektriske generatorer. For nylig var Habré et godt indlæg om Rieta Probe "Cassini", og vi vil overveje dette emne fra et bredere synspunkt.
Procesfysik
Varmeproduktion
I modsætning til den nukleare reaktor, der anvender fænomenet af kæden at nukleare reaktion, bruger radioisotopgeneratorer det naturlige forfald af radioaktive isotoper. Husk at atomer består af protoner, elektroner og neutroner. Afhængigt af antallet af neutroner i kernen i et bestemt atom kan det være stabilt eller for at vise en tendens til spontan forfald. For eksempel er et koboltatom 59 CO med 27 protoner og 32 neutroner i kernen stabil. En sådan kobolt blev brugt af menneskeheden siden Det gamle Egypten. Men hvis vi tilføjer til 59 CO en neutron (for eksempel ved at placere den "almindelige" kobolt i en atomreaktor), så 60 cos, en radioaktiv isotop med en halveringstid på 5,2 år. Udtrykket "halveringstid" betyder, at et atom efter 5,2 år vil bryde op med en sandsynlighed på 50%, og ca. halvdelen af \u200b\u200batomerne forbliver. Alle "almindelige" elementer har deres egne isotoper med forskellig periode. SEMIST:
3D Kort over isotoper, tak, lær du brajne til billedet.
Valg af passende isotop, kan du få en riteg med den ønskede levetid og andre parametre:
| Isotop | Metode til modtagelse. | SPECIFIKKE POWER, W / G | VOLUME POWER, W / CM³ | Halvt liv | Integreret isotopfald energi, kWh / g | Workout Isotope. |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 60 CO (COBALT-60) | Eksponering i reaktoren | 2,9 | ~26 | 5.271 år | 193,2 | Metal, Alloy. |
| 238 PU (Plutonium-238) | nuklear reaktor | 0,568 | 6,9 | 86 år gammel | 608,7 | Plutonia Carbide. |
| 90 SR (Strontium-90) | shards of Division. | 0,93 | 0,7 | 28 år | 162,721 | Sro, srtio 3 |
| 144 CE (Cerium-144) | shards of Division. | 2,6 | 12,5 | 285 dage | 57,439 | CEO 2. |
| 242 cm (Curie-242) | nuklear reaktor | 121 | 1169 | 162 dage | 677,8 | Cm 2 o 3 |
| 147 PM (vetsety-147) | shards of Division. | 0,37 | 1,1 | 2.64 år | 12,34 | PM 2 O 3 |
| 137 CS (cesium-137) | shards of Division. | 0,27 | 1,27 | 33 år | 230,24 | CSCL. |
| 210 PO (Polonium-210) | bismuth bestråling | 142 | 1320 | 138 dage | 677,59 | legeringer med bly, yttrium, guld |
| 244 cm (Curiy-244) | nuklear reaktor | 2,8 | 33,25 | 18,1 år | 640,6 | Cm 2 o 3 |
| 232 U (uran-232) | implementering af Thoria. | 8,097 | ~88,67 | 68,9 år gammel | 4887,103 | dioxid, karbid, urannitrid |
| 106 RU (ruthenium-106) | shards of Division. | 29,8 | 369,818 | ~ 371.63 sut. | 9,854 | metal, Alloy. |
Det faktum, at forfaldet af isotoper forekommer uafhængigt, betyder, at ritega ikke kan styres. Efter at have læst brændstoffet, vil det varme op og producere elektricitet i årevis, gradvist nedværdigende. Reducere antallet af deling isotop betyder, at der vil være mindre nukleare nedfald, mindre varme og elektricitet. Plus, faldet i elektrisk kraft vil forværre nedbrydningen af \u200b\u200bden elektriske generator.
Der er en forenklet version af Ricega, hvori affaldet af isotopen kun anvendes til opvarmning uden at modtage elektricitet. Dette modul kaldes varmeenheden eller rhg (radioisotopvarmeren).
Drej varme i elektricitet
Som i tilfælde af en atomaktor har vi varme, som skal omdannes på nogen måde til elektricitet. For at gøre dette kan du bruge:- Termoelektrisk konverter. Tilslutning af to ledere fra forskellige materialer. (For eksempel kromin og aluminium) og opvarmning af en af \u200b\u200bdem, kan du få en elkilde.
- Thermisian Converter. I dette tilfælde anvendes en elektronisk lampe. Dens katode opvarmes, og elektroner får nok energi til at "darge" til anoden, hvilket skaber en elektrisk strøm.
- Termofotoelektrisk konverter. I dette tilfælde er en fotocell, der opererer i varmekilden, tilsluttet varmekilden. infrarød rækkevidde.. Varmekilden udsender fotoner, der er fanget af fotocellen og omdannes til elektricitet.
- Termoelektrisk konverter på alkalimetal. Her anvendes en elektrolyt af smeltede natrium- og svovlsalte til at omdanne varme til elektricitet.
- Stirling's Engine - heat Machine. At konvertere temperaturforskellen i mekanisk arbejde. Elektricitet opnås mekanisk arbejde ved hjælp af en generator.
Historie
Den første eksperimentelle radioisotopkilde for energi blev præsenteret i 1913. Men kun fra anden halvdel af det 20. århundrede, med udbredelsen af \u200b\u200batomreaktorer, hvor det var muligt at modtage isotoper i industriel skala.Rygie begyndte at blive aktivt brugt.USA
I USA har Rygami allerede været bekendt med navnet på snaporganisationen.Snap-1..
Det var et eksperimentelt riter ved 144 CE og med en generator på en Renkina-cyklus (dampmaskine) med kviksølv som kølemiddel. Generatoren arbejdede med succes 2500 timer på jorden, men flyver ikke i rummet.
Snap-3..
Den første rieting, som fløj ind i rummet på navigationssatellitterne af transit 4a og 4b. Energy POWER 2 W, Vægt 2 kg, brugt plutonium-238. 
Skildvagt.
Riteg til meteorologisk satellit. Energy Power 4.5 W, isotop - Strontium-90.
Snap-7..
Familie af jordbaserede ries til fyrtårne, lette bøjer, vejrstationer, akustiske bøjer og lignende. Meget store modeller, vægt fra 850 til 2720 kg. Energieffekt - snesevis af watt. For eksempel snap-7d - 30 W med en masse på 2 tons.
Snap-9.
Seriel Rieteg til transitnavigationssatellitter. Vægt 12 kg, elektrisk strøm 25 W.
Snap-11.
Eksperimentelt Riteg til landmåler Lunar Landing Stations. Det blev foreslået at bruge Curie-242 isotopen. Elektrisk kraft - 25 W. Anvendes ikke.
Snap-19.
Seriel riteg, der anvendes i en række missioner - meteorologiske satellitter Nimbus, Pioneer Probes -10 og -11, Viking Martian Landing Stations. Isotop - Plutonium-238, Power Power ~ 40 W. 
Snap-21 og -23
RYGI til undervandsbrug på strontium-90.
Snap-27.
Rygie til at drive det videnskabelige udstyr i Apollo-programmet. 3,8 kg. Plutonium-238 gav energieffekten på 70 W. Lunar videnskabelige udstyr blev slukket tilbage i 1977 (folk og udstyr på jorden krævede penge, og de var ikke nok). Rygie for 1977 blev udstedt fra 36 til 60 W Electric Power. 
Mhw-rtg.
Navnet er dechiffreret som "multi-repræsenteret riteg". 4,5 kg. Plutonium-238 blev givet 2400 W Thermal Power og 160 W Electric. Disse Rygie stod på Lincolns eksperimentelle satellitter (Les-8,9), og allerede 37 år er tilvejebragt af Vodygan's varme og elektricitet. For 2014 giver ritags ca. 53% af deres indledende effekt. 
Gphs-rtg.
Den mest magtfulde af kosmiske ries. 7,8 kg plutonium-238 gav 4400 W termisk effekt og 300 W Electric. Brugt på den solrige probe "Ulysses", Galileo Probes, Kassini Guygens og flyver til Pluto på "New Horizons". 
Mmrtg.
Riteg for "curiositi". 4 kg Plutonium-238, 2000 W Thermal Power, 100 W vælger. 
Varm lampe kube plutonium.
USA ritey med tidsbindende.
Sammenfattende tabel:
| Navn | Medier (mængde på maskinen) | Maksimal Power. | Isotop | Brændstofvægt, kg | Fuld vægt, kg | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Elektrisk, W. | TEPLOVAYA, W. | |||||
| Mmrtg. | MSL / Curiosity Rover | ~110 | ~2000 | 238 PU. | ~4 | <45 |
| Gphs-rtg. | Cassini (3), nye horisonter (1), Galileo (2), Ulysses (1) | 300 | 4400 | 238 PU. | 7.8 | 55.9-57.8 |
| Mhw-rtg. | Les-8/9, Voyager 1 (3), Voyager 2 (3) | 160 | 2400 | 238 PU. | ~4.5 | 37.7 |
| Snap-3b. | Transit-4a (1) | 2.7 | 52.5 | 238 PU. | ? | 2.1 |
| Snap-9a. | Transit 5BN1 / 2 (1) | 25 | 525 | 238 PU. | ~1 | 12.3 |
| Snap-19. | Nimbus-3 (2), PIONEER 10 (4), PIONEER 11 (4) | 40.3 | 525 | 238 PU. | ~1 | 13.6 |
| modifikation Snap-19 | VIKING 1 (2), VIKING 2 (2) | 42.7 | 525 | 238 PU. | ~1 | 15.2 |
| Snap-27. | Apollo 12-17 Alsp (1) | 73 | 1,480 | 238 PU. | 3.8 | 20 |
USSR / Rusland.
I Sovjetunionen og Rusland var kosmiske ries lidt. Den første eksperimentelle generator var riteg "Limon-1" i Polonia-210, der blev oprettet i 1962:
.De første kosmiske ritinger af "Orion-1" elektrisk effekt på 20 W i Polonia-210 og "Strela-1" -serien kører på tilsluttede satellitter - "Space-84" og "Space-90" serien. Varmeblokkene stod på "Lunas" -1 og -2, og Rieta stod på Mars-96-missionen: 
Samtidig blev Rygie meget aktivt brugt i fyrtårne, navigationsbøjle og andet jordudstyr - BAT-serien, Rieg-Ieu-serien og mange andre. 
Design
Næsten alle ritags bruger termoelektriske omformere og har derfor det samme design:
Perspektiver
Alle flyvende rhythi er kendetegnet ved en meget lav effektivitet - som regel er elektrisk kraft mindre end 10% af termisk. Derfor blev ASRG-projektet i begyndelsen af \u200b\u200bXXI-tallet lanceret i NASA-RITEG-motoren med Stirling-motor. En øget effektivitet forventedes at 30% og 140 W elektrisk effekt ved 500 W termisk. Desværre blev projektet stoppet i 2013 på grund af overskuddet af budgettet. Men teoretisk er brugen af \u200b\u200bmere effektive varme transducere til elektricitet i stand til alvorligt at øge effektiviteten af \u200b\u200bRieta.Fordele og ulemper
Fordele:- Meget simpelt design.
- Det kan fungere i årevis og årtier, nedværdigende gradvist.
- Kan bruges samtidigt til opvarmning og strømforsyning.
- Kræver ikke ledelse og tilsyn.
- Sjældne og dyre isotoper er påkrævet som brændstof.
- Brændstofproduktionen er kompleks, dyrt og langsomt.
- Lav effektivitet.
- Magt er begrænset til hundredvis af watt. Rieng of Kilowatte Electrical Power er allerede svagt berettiget, Megawatta - det giver næsten ikke mening: det bliver for dyrt og tungt.
Kombinationen af \u200b\u200bsådanne fordele og ulemper betyder, at ritags og opvarmningsblokke optager deres niche i rumenergi og vil bevare det yderligere. De giver dig mulighed for simpelthen og effektivt at varme og fodre de interplanetære enheder med elektricitet, men de bør ikke vente på noget energi gennembrud.
Kilder.
Udover Wikipedia brugt:- Dokument "Space Nuclear Energy: Åbning af den sidste horisont."
- Emnet "Indenlandske Rieta" på "News of Astronautics".
Tags:
- Riteg.
- Mka.
Det skete så i den serie, vi bevæger os fra fantastisk til fælles. Sidste gang vi talte om energi reaktorer, er det indlysende næste skridt at fortælle om radioisotop termoelektriske generatorer. For nylig var der i Habré et stort indlæg om Rieta Probe "Cassini", og vi vil overveje dette emne med et bredere synspunkt.
Procesfysik
Varmeproduktion
I modsætning til den nukleare reaktor, der anvender fænomenet af kæden at nukleare reaktion, bruger radioisotopgeneratorer det naturlige forfald af radioaktive isotoper. Husk at atomer består af protoner, elektroner og neutroner. Afhængigt af antallet af neutroner i kernen i et bestemt atom kan det være stabilt eller for at vise en tendens til spontan forfald. For eksempel er et koboltatom 59 CO med 27 protoner og 32 neutroner i kernen stabil. En sådan kobolt blev brugt af menneskeheden siden tiderne i det gamle Egypten. Men hvis vi tilføjer til 59 CO en neutron (for eksempel ved at placere den "almindelige" kobolt i en atomreaktor), viser det sig 60 CO, en radioaktiv isotop med en halveringstid på 5,2 år. Udtrykket "halveringstid" betyder, at et atom efter 5,2 år vil bryde op med en sandsynlighed på 50%, og ca. halvdelen af \u200b\u200batomerne forbliver. Alle "almindelige" elementer har deres egne isotoper med forskellig halveringstid:
3D kort over isotoper, tak crustgroup.
Bag billedet.
Valg af passende isotop, kan du få en riteg med den ønskede levetid og andre parametre:
| Isotop | Metode til modtagelse. | SPECIFIKKE POWER, W / G | VOLUME POWER, W / CM³ | Halvt liv | Integreret isotopfald energi, kWh / g | Workout Isotope. |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 60 CO (COBALT-60) | Eksponering i reaktoren | 2,9 | ~26 | 5.271 år | 193,2 | Metal, Alloy. |
| 238 PU (Plutonium-238) | nuklear reaktor | 0,568 | 6,9 | 86 år gammel | 608,7 | Plutonia Carbide. |
| 90 SR (Strontium-90) | shards of Division. | 0,93 | 0,7 | 28 år | 162,721 | Sro, srtio 3 |
| 144 CE (Cerium-144) | shards of Division. | 2,6 | 12,5 | 285 dage | 57,439 | CEO 2. |
| 242 cm (Curie-242) | nuklear reaktor | 121 | 1169 | 162 dage | 677,8 | Cm 2 o 3 |
| 147 PM (vetsety-147) | shards of Division. | 0,37 | 1,1 | 2.64 år | 12,34 | PM 2 O 3 |
| 137 CS (cesium-137) | shards of Division. | 0,27 | 1,27 | 33 år | 230,24 | CSCL. |
| 210 PO (Polonium-210) | bismuth bestråling | 142 | 1320 | 138 dage | 677,59 | legeringer med bly, yttrium, guld |
| 244 cm (Curiy-244) | nuklear reaktor | 2,8 | 33,25 | 18,1 år | 640,6 | Cm 2 o 3 |
| 232 U (uran-232) | implementering af Thoria. | 8,097 | ~88,67 | 68,9 år gammel | 4887,103 | dioxid, karbid, urannitrid |
| 106 RU (ruthenium-106) | shards of Division. | 29,8 | 369,818 | ~ 371.63 sut. | 9,854 | metal, Alloy. |
Det faktum, at forfaldet af isotoper forekommer uafhængigt, betyder, at ritega ikke kan styres. Efter at have læst brændstoffet, vil det varme op og producere elektricitet i årevis, gradvist nedværdigende. At reducere antallet af deling isotop betyder, at der vil være mindre nukleare nedfald, mindre varme og elektricitet. Plus, faldet i elektrisk kraft vil forværre nedbrydningen af \u200b\u200bden elektriske generator.
Der er en forenklet version af Ricega, hvori affaldet af isotopen kun anvendes til opvarmning uden at modtage elektricitet. Dette modul kaldes varmeenheden eller rhg (radioisotopvarmeren).
Drej varme i elektricitet
Som i tilfælde af en atomaktor har vi varme, som skal omdannes på nogen måde til elektricitet. For at gøre dette kan du bruge:- Termoelektrisk konverter. Ved at forbinde to ledere fra forskellige materialer (for eksempel kromel og aluminium) og opvarmning en af \u200b\u200bdem, kan du få en kilde til elektricitet.
- Thermisian Converter. I dette tilfælde anvendes en elektronisk lampe. Dens katode opvarmes, og elektronerne får nok energi til at "forstyrre" til anoden, hvilket skaber en elektrisk strøm.
- Termofotoelektrisk konverter. I dette tilfælde er en fotocell, der opererer i det infrarøde område, tilsluttet varmekilden. Varmekilden udsender fotoner, der er fanget af fotocellen og omdannes til elektricitet.
- Termoelektrisk konverter på alkalimetal. Her anvendes en elektrolyt af smeltede natrium- og svovlsalte til at omdanne varme til elektricitet.
- Stirling motor er en varmemaskine til konvertering af temperaturforskellen i mekanisk arbejde. Elektricitet er opnået fra mekanisk arbejde ved hjælp af en generator.
Historie
Den første eksperimentelle radioisotopkilde for energi blev præsenteret i 1913. Men kun fra anden halvdel af det 20. århundrede, med udbredelsen af \u200b\u200batomreaktorer, hvor det var muligt at modtage isotoper i industriel skala, begyndte ritags at blive aktivt brugt.USA
I USA har Rygami allerede været bekendt med navnet på snaporganisationen.Snap-1..
Det var et eksperimentelt riter ved 144 CE og med en generator på en Renkina-cyklus (dampmaskine) med kviksølv som kølemiddel. Generatoren arbejdede med succes 2500 timer på jorden, men flyver ikke i rummet.
Snap-3..
Den første rieting, som fløj ind i rummet på navigationssatellitterne af transit 4a og 4b. Energy POWER 2 W, Vægt 2 kg, brugt plutonium-238. 
Skildvagt.
Riteg til meteorologisk satellit. Energy Power 4.5 W, isotop - Strontium-90.
Snap-7..
Familie af jordbaserede ries til fyrtårne, lette bøjer, vejrstationer, akustiske bøjer og lignende. Meget store modeller, vægt fra 850 til 2720 kg. Energieffekt - snesevis af watt. For eksempel snap-7d - 30 W med en masse på 2 tons.
Snap-9.
Seriel Rieteg til transitnavigationssatellitter. Vægt 12 kg, elektrisk strøm 25 W.
Snap-11.
Eksperimentelt Riteg til landmåler Lunar Landing Stations. Det blev foreslået at bruge Curie-242 isotopen. Elektrisk strøm - 25 watt. Anvendes ikke.
Snap-19.
Seriel riteg, der anvendes i en række missioner - meteorologiske satellitter Nimbus, Pridesmasters "Pioneer" -10 og -11, Martian Landing Stations "Viking". Isotop - Plutonium-238, Power Power ~ 40 W. 
Snap-21 og -23
RYGI til undervandsbrug på Strontium-90.
Snap-27.
Rygie til at drive det videnskabelige udstyr i Apollo-programmet. 3,8 kg. Plutonium-238 gav energieffekten på 70 W. Lunar videnskabelige udstyr blev slukket tilbage i 1977 (folk og udstyr på jorden krævede penge, og de var ikke nok). Rygie for 1977 blev udstedt fra 36 til 60 W Electric Power. 
Mhw-rtg.
Navnet dekrypteres som "multi-repræsenteret riteg". 4,5 kg. Plutonium-238 blev givet 2400 W Thermal Power og 160 W Electric. Disse ritags stod på Lincolns eksperimentelle satellitter (Les-8,9), og allerede 37 år er leveret af varme og elektricitet "Voyagon". For 2014 giver ritags ca. 53% af deres indledende effekt. 
Gphs-rtg.
Den mest magtfulde af kosmiske ries. 7,8 kg plutonium-238 gav 4400 W termisk effekt og 300 W Electric. Bruges på den solrige probe "Ulysses", proberne "Galileo", "Cassini-Guigens" og flyver til Pluto på "New Horizons". 
Mmrtg.
Riteg for "curiositi". 4 kg Plutonium-238, 2000 W Thermal Power, 100 W vælger. 
Varm lampe kube plutonium.
USA ritey med tidsbindende.
Sammenfattende tabel:
| Navn | Medier (mængde på maskinen) | Maksimal Power. | Isotop | Brændstofvægt, kg | Fuld vægt, kg | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Elektrisk, W. | TEPLOVAYA, W. | |||||
| Mmrtg. | MSL / Curiosity Rover | ~110 | ~2000 | 238 PU. | ~4 | <45 |
| Gphs-rtg. | Cassini (3), nye horisonter (1), Galileo (2), Ulysses (1) | 300 | 4400 | 238 PU. | 7.8 | 55.9-57.8 |
| Mhw-rtg. | Les-8/9, Voyager 1 (3), Voyager 2 (3) | 160 | 2400 | 238 PU. | ~4.5 | 37.7 |
| Snap-3b. | Transit-4a (1) | 2.7 | 52.5 | 238 PU. | ? | 2.1 |
| Snap-9a. | Transit 5BN1 / 2 (1) | 25 | 525 | 238 PU. | ~1 | 12.3 |
| Snap-19. |  Samtidig blev Rygie meget aktivt brugt i fyrtårne, navigationsbøjle og andet jordudstyr - BAT-serien, Rieg-Ieu-serien og mange andre. DesignNæsten alle ritags bruger termoelektriske omformere og har derfor det samme design: PerspektiverAlle flyvende rhythi er kendetegnet ved en meget lav effektivitet - som regel er elektrisk kraft mindre end 10% af termisk. Derfor blev ASRG-projektet i begyndelsen af \u200b\u200bXXI-tallet lanceret i NASA-RITEG-motoren med Stirling-motor. En øget effektivitet forventedes at 30% og 140 W elektrisk effekt ved 500 W termisk. Desværre blev projektet stoppet i 2013 på grund af overskuddet af budgettet. Men teoretisk er brugen af \u200b\u200bmere effektive varme transducere til elektricitet i stand til alvorligt at øge effektiviteten af \u200b\u200bRieta.Fordele og ulemperFordele:
Kombinationen af \u200b\u200bsådanne fordele og ulemper betyder, at ritags og opvarmningsblokke optager deres niche i rumenergi og vil bevare det yderligere. De giver dig mulighed for simpelthen og effektivt at varme og fodre de interplanetære enheder med elektricitet, men de bør ikke vente på noget energi gennembrud. Kilder.Udover Wikipedia brugt:
| |||||
Radioisotopenergikilder - Apparater, der bruger energi, der frigives under radioaktivt henfald, til opvarmning af kølevæsken eller omdannes den til elektricitet.
Radioisotop termoelektriske generatorer
Radioisotop termoelektrisk generator (RTG, RITEG)
Den radioisotop termoelektriske generator (riteg) konverterer termisk energi fremhævet i det naturlige forfald af radioaktive isotoper i elektricitet.
RITEG består af to hovedelementer: varmekilde, som indeholder en radioaktiv isotop- og solid-state termoelementer, der omdanner varmeafledningen af \u200b\u200bplutonium i elektricitet. Termoelementer i riteg Brug varme fra forfaldet af radioaktivt isotop for at opvarme varmesiden af \u200b\u200btermoelementet og kulden af \u200b\u200brummet eller den planetariske atmosfære for at frembringe en lav temperatur på den kolde side.
Sammenlignet med atomreaktorer er Ritegi meget mere kompakt og enklere konstruktivt. Ritegens udgangseffekt er meget lille (op til flere hundrede watt) og en lille effektivitet. Men der er ingen bevægelige dele i dem, og de kræver ikke vedligeholdelse i hele levetiden, som kan beregnes i årtier.
I en forbedret type Rytega - den multi-mission radioisotop termoelektriske generator (MMRTG), som er blevet påført sidst, blev termoelementsammensætningen ændret. I stedet for SIgE i MMRTG anvendes termoelementet af PBTE / Tags (TE, AG, GE, SB).
MMRTG er designet til at producere 125 W Electric Power i begyndelsen af \u200b\u200bmissionen, med en dråbe på op til 100 W efter 14 år. Med en masse på 45 kg giver MMRTG ca. 2,8 vægt / kg elektricitet i begyndelsen af \u200b\u200blivet. MMRTG Design er i stand til at arbejde både i et vakuum af det ydre rum og i de planetariske atmosfærer, for eksempel på overfladen af \u200b\u200bMars. MMRTG giver en høj grad af sikkerhed, vægtminimering for at optimere strømniveauer i løbet af de mindste levetid på 14 år.
NASA arbejder også på den nye RTG-teknologi kaldet Avanceret Stirling Radioisotop Generator Asrg (Radioisotop Stirling Generator). ASRG, som MMRTG, konverterer varmen af \u200b\u200bforfaldet af plutonium-238 til elektricitet, men bruger ikke termoelementer. I stedet forårsager nedbrydningsvarmen, at gassen udvides og osciller stemplet, som bilmotoren. Dette bevæger magneten frem og tilbage gennem spolen mere end 100 gange pr. Sekund, der genererer elektricitet til rumfartøjet. Mængden af \u200b\u200bproduceret elektricitet er større end den for MMRTG, ca. 130 watt, med en meget mindre mængde plutonium-238 (ca. 3,6 kg mindre). Dette er resultatet af en mere effektiv omdannelse af Stirling-cyklusen. Hvis der er mere energi til mission, kan du bruge flere ASRG til at generere mere energi. Til dato er der ingen planlagte missioner, der vil bruge ASRG, men de udvikles til en 14-årig mission.
Der er et koncept af subkritisk rhyet. Den subkritiske generator består af en neutronkilde og et erklæret stof med så meget som muligt kritisk masse. Kildens neutroner er fanget af atomerne i skillens stof og forårsage deres division. Et meget vigtigt sted, når man vælger et arbejdende isotop, spilles ved dannelsen af \u200b\u200bet barnisotop, der er i stand til signifikant varmegenerering, da nukleare transformationskæden forlænges under forfald og den samlede energi, der kan anvendes henholdsvis, øges. Det bedste eksempel på isotop med en lang henfaldskæde og med energiefrigivelse er en størrelsesorden, der er større end den for de fleste andre isotoper er uran-232. Den største fordel ved en sådan generator er, at genmonteringsenergien i neutronreaktionen kan være meget højere end energi af spontan division. Følgelig er den krævede mængde stof meget lavere. Mængden af \u200b\u200bnedfald og strålingsaktivitet med hensyn til varmeafledning er også lavere. Dette reducerer vægten og størrelsen af \u200b\u200bgeneratoren.
Krav til egenskaber ved radioisotoper, der anvendes i ritegas, desværre modstridende. For at opretholde lang tid for at opretholde magten til at opfylde opgaven, skal halveringstiden for radioisotopen være stort nok. På den anden side bør den have tilstrækkelig høj volumetrisk aktivitet til at opnå en betydelig energieffekt i en begrænset indstilling. Og det betyder, at halveringstiden for ham ikke bør være for lille, fordi den specifikke aktivitet er omvendt proportional med forfaldsperioden.
Radioisotopen skal være praktisk til udnyttelse af typen af \u200b\u200bioniserende stråling. Gamma-stråling og neutroner er ret let at efterlade designet, hvilket bærer en mærkbar del af forfaldne energi. Høj energi elektroner β-dekomponering Selvom det er forsinket, men samtidig dannes bremseløbs røntgenstråling, der udfører en del af energien. Derudover kræver gamma-, røntgen- og neutronstråling ofte særlige designforanstaltninger for at beskytte personale (hvis det er til stede) og nærlåst udstyr.
Foretrukket til radioisotopenergiproduktion er alfa-stråling.
Ikke den sidste rolle i valget af radioisotop er dens relative billighed og enkelhed af modtagelsen.
Typisk halveringstid for radioisotoper, der anvendes i riteg, udgør flere årtier, selvom isotoper med kortere halveringstid kan bruges til specialiserede applikationer.
Low-Power og Small-Sized Radioisotop Power Supplies
Betavantatiske strømforsyninger
(Betavoltaic Power Kilder)
Der er også neutrale generatorer, der ligner princippet om arbejde på solpaneler. Dette er beta-galvaniske og optiske elektriske kilder. De er små og er designet til at fodre enheder, der ikke kræver stor kapacitet.
I en beta-voltatisk strømkilde udsender en isotopkilde beta-partikler, der opsamles på en halvleder. Som følge heraf genereres en konstant strøm. Processen med at omdanne energi, som ligner processen med fotokalvanisk (solar) celle, er effektivt selv under ekstreme miljøforhold. Hvis du vælger mængden og typen af \u200b\u200bisotop, kan du oprette en brugerdefineret strømforsyning med en given udgang og levetid. Sådanne batterier giver praktisk taget ikke gammastråler, og blød beta-stråling forsinkes af batterikassen og fosforlaget. Betavantatiske kilder har høj energitæthed og ultra-lav effekt. Dette gør det muligt for beta en voltatisk enhed at fungere længere end kondensatorer eller batterier til lavt strømforsyning. Varigheden af \u200b\u200barbejdet, såsom en beta-voltatisk kilde på prommetikens oxid omkring to og et halvt år, og 5 mg af industriens oxid giver energi i 8 W. Betjeningstiden for betavvoltatiske kilder kan overstige 25 år.
|
Beta-voltatisk effekt.Betavantatiske konverterens arbejde er baseret på, at elektroner eller positroner af høje energier har udsendt under forfald, komme ind i regionen p-n.overgangen af \u200b\u200bhalvlederpladen genereres der et elektronhulspar, som derefter er rumligt adskilt af det rumlige ladningsområde (ORZ). Som et resultat, på n.og p-overfladerne på halvlederpladen opstår forskellen i elektriske potentialer. En fundamentalt transformationsmekanisme ligner den, der implementeres i halvleder solpaneler, men med udskiftning af fotonbestråling med elektrisk bestråling eller positron af betaforfald af radionuklider. |
Piezoelektrisk radioisotopmikroelektronerator
Radioisotopt Thin-Film Mkropower Generator)
Hjertet af dette element er cantilever, en tynd plade af piezokrystallinsk. Samleren ved spidsen af \u200b\u200bcantilever fanger de ladede partikler, der udsendes fra den tynde film radioaktive kilde. På grund af bevarelsen af \u200b\u200bladningen forbliver radioisotopfilmen med lige og modsatte ladninger. Dette fører til de elektrostatiske kræfter mellem cantilever og den radioaktive kilde, bøjningen af \u200b\u200bcantilever og transformation af den udstrålede energikilde i den lagrede mekaniske energi. Cantilever er i stigende grad bøjet og endelig kommer spidsen af \u200b\u200bcantilever i kontakt med den radioaktive tynde film, og de akkumulerede ladninger neutraliseres ved at overføre ladningen. Dette sker regelmæssigt. Når den elektrostatiske kraft undertrykkes, frigives cantileveren. En pludselig frigivelse spænder oscillationer, der fører til afgifter induceret i et piezoelektrisk element ved bunden af \u200b\u200bcantilever. AC-signal fra en piezoelektrisk strømkilde kan anvendes direkte gennem impedansen af \u200b\u200bbelastningen eller retter sig med dioder og filtrer gennem en ekstern kondensator. Den offsetspænding, der hæves på denne måde, bruges til at styre lavkraftsensorer og elektronik.
Hovedområdet for brugen af \u200b\u200bisotopkilder er rumforskning. Undersøgelsen af \u200b\u200bde "dybe kosmos" uden at bruge radioisotopgeneratorer er umulig, da der med en signifikant afstand fra solen er solenergi niveau, som kunne bruges til at producere elektricitet, der er nødvendigt for udstyrets funktion og transmission af radiosignaler, er meget lille. Kemiske kilder begrundede heller ikke sig selv.
På jorden har radioisotopkilder fundet anvendelse i navigationsfyrene, radiokoner, meteorologiske stationer og lignende udstyr installeret i området, hvor det ifølge tekniske eller økonomiske grunde ikke var muligt at bruge andre strømkilder. Især blev termoelektriske generatorer af flere arter fremstillet i Sovjetunionen. Som radioaktive isotoper blev 90 SR og 238 PU brugt i dem. Men de har en meget stor periode med at opnå sikker aktivitet. De udviklede deres levetid, hvilket er 10 år, og må i øjeblikket bortskaffes. På grund af risikoen for strålingslækage og radioaktive materialer er praksis at installere ikke-overkommelige radioisotopkilder stoppet.
Radioisotop energikilder anvendes, hvor det er nødvendigt at sikre udstyrets autonomi, kompaktitet, pålidelighed.
Radioisotoper og deres brug
Med udviklingen og væksten i atomkraften falder priserne på de vigtigste generatorisotoper hurtigt, og produktionen af \u200b\u200bisotoper øges hurtigt. Samtidig reduceres omkostningerne ved isotoper opnået ved bestråling (U-232, PU-238, PO-210, CM-242 osv.). I den forbindelse søges metoderne for mere rationelle ordninger for bestråling af mål, mere grundig raffinering af bestrålet brændstof. Høje forhåbninger for at udvide produktionen af \u200b\u200bsyntetiske isotoper er forbundet med stigende reaktorsektor på hurtige neutroner. Især er det præcist reaktorer på hurtige neutroner ved hjælp af betydelige mængder thorium gøre det muligt at håbe på store industrielle mængder uran-232.
Ved anvendelse af isotoper er problemet med udnyttelse af brugt nukleart brændsel stort set løst, og radioaktivt affald fra farligt affald konverteres ikke kun til en yderligere energikilde, men også til en kilde til betydelig indkomst. Næsten fuldstændig behandling af bestrålet brændstof er i stand til at tjene penge, der kan sammenlignes med omkostningerne ved energi produceret ved at dividere urankerne, plutonium og andre elementer.
Plutonium-238, Curiy-244 og Strontsia-90 anvendes oftest isotoper. Ud over dem anvendes ca. 30 radioaktive isotoper i teknologi og medicin.
| Isotop | Kvittering (kilde) | Specifik strøm til ren isotop. W / G. | T 1/2 |
|---|---|---|---|
| 60 S. | Eksponering i reaktoren | 2.9 | 5.271. |
| 238 PU. | nuklear reaktor | 0.568 | 87,7 år |
| 90 Sr. | Shards of Division. | ~2.3 | 28,8 år |
| 144 CE. | Shards of Division. | 2.6 | 285 dage |
| 242 cm. | nuklear reaktor | 121 | 162 dage |
| 147 PM. | Shards of Division. | 0.37 | 2.64 år |
| 137 CS. | Shards of Division. | 0.27 | 33 år |
| 210 PO. | Bismuth bestråling | 142 | 138 dage |
| 244 cm. | nuklear reaktor | 2.8 | 18,1 år |
| 232 U. | Implementering af Thoria. | 8.097 | 68,9 år gammel |
| 106 RU. | Shards of Division. | 29.8 | ~ 371.63cut. |
238 PU. I den 238 PU halveringstid på 87,7 år (krafttab på 0,78% om året), specifik kraft til rent isotop 0,568 m / g og ekstremt lave niveauer af gamma og neutronstråling. 238 PU har de laveste krav til afskærmning. Mindre end 25 mm blyafskærmning er påkrævet for at blokere stråling 238 PU. 238 PU er blevet det mest anvendte brændsel til rites, i form af plutoniumoxid (PUO 2).
I midten af \u200b\u200bdet sidste århundrede blev 236 PU og 238 PU brugt til fremstilling af radioisotopelektriske batterier til ernæring af pacemakere, hvis levetid nåede 5 år eller mere. Men snart begyndte dem at anvende ikke-reaktive lithiumbatterier, der kommer til 17 år.
238 Pu bør specielt syntetiseres; Dens lille (~ 1% - 2%) I nukleart affald er dets isotopallokering vanskelig. Ren 238 PU kan for eksempel opnås ved bestråling med neutron 237 np.
Curium. To isotop 242 cm og 244 cm er alfa-emittere (energi på 6 meV); De har relativt korte perioder med et halvt liv på 162,8 dage og 18,1 og producerer op til 120 m / g og
2,83 vægt / g termisk energi. Curiy-242 i form af oxid anvendes til fremstilling af kompakte og ekstremt kraftfulde radioisotopkilder. Men 242 cm er meget dyrt (ca. $ 2000 pr. Gram). For nylig bliver mere alvorlig Curia-isotop stadig mere populær - 244 cm. Da begge disse isotoper er praktisk taget rene alfa-emittere, er problemet med strålingsbeskyttelse ikke skarp.
90 Sr. 90 SR β-emitter med mindre γ-emission. Hans halveringstid på 28,8 år er meget kortere end i 238 Pu, en kæde af to β-nedfald (90 SR → 90 Y → 90 ZR) giver den samlede energi på 2,8 MeV (et Gram giver ~ 0,46 W). Da energiudbyttet er lavere, når det lavere temperaturer end 238 PU, hvilket fører til et fald i effektiviteten af \u200b\u200btermoelektrisk transformation. 90 SR - Nuclei Division produkt og fås i store mængder til en lav pris. Strontium er en kilde til høj permeabilitet ioniserende stråling, hvilket gør relativt høje krav til biologisk beskyttelse.
210
Po. 210 PO har en halveringstid på kun 138 dage med en enorm indledende varmegenerering på 142 m / g. Dette er en praktisk ren alpha-emitter. På grund af den lille halveringstid på 210 PO er det dårligt for ritualer og bruges til at skabe kraftige og kompakte varmekilder (halvdelen af \u200b\u200bGrampoloniet kan opvarme op til 500 ° C). Standardkilder med en termisk effekt på 10 W blev installeret i rumfartøjtype "COSMOS" og på "Lunas" som en varmekilde for at opretholde instrumentets normale funktion i instrumentrummet.
210 PO er også i vid udstrækning brugt, hvor de aktive antistatik er nødvendig. På grund af den lille halveringstid kræver udnyttelsen af \u200b\u200bbrugte enheder fra 210 PO ingen særlige foranstaltninger. I USA er det tilladt at kaste dem i et affald af generelle formål.
Når du bruger alfa-aktive isotoper med høj specifik energiudløsning, er det ofte nødvendigt at fortynde arbejdsisotopen for at reducere varmeafledning. Derudover er polonium meget flyvende, og det er nødvendigt at skabe en solid kemisk forbindelse med ethvert element. Bly, yttrium, guld, som de danner ildfaste og holdbare polonider, foretrækkes som sådanne elementer.
241 Am.På grund af manglen på 238 PU kan en 241 AM være alternativ til ham som brændstof til ries. I 241 hand halveringstid på 432 år. Han er næsten ren alpha emitter. 241 AM er i nukleart affald og næsten isotopisk rent. Den specifikke effekt på 241 AM er dog kun 1/4 af den specifikke effekt på 238 PU. Desuden kommer desintegrationen af \u200b\u200b241 am mere gennemtrængende stråling og kræver bedre afskærmning. Kravene til emissionsafskærmning i 241 am er imidlertid ikke meget strenge end i tilfælde af 238 PU.
241 AM er meget udbredt i røgdetektorer. Et lille stykke af Amerika-241 anvendes i røg ioniseringsdetektoren. Rummet fyldt med luft mellem de to elektroder skaber et kammer, der tillader strømmen af \u200b\u200ben lille likestrøm mellem elektroderne. Hvis røg eller varme kommer ind i kammeret, afbrydes den elektriske strøm mellem elektroderne, og alarmen udløses. Denne røgalarm er billigere end andre enheder.
63 ni. 63 Ni Pure β - Emission. Maksimal elektron energi 67 KEV, Half-Life 100.1 liter. I begyndelsen af \u200b\u200bde to tusinde år i USA og Rusland blev ernæringselementer udviklet, hvis grundlag er 63 ni. Betingelser for drift af enheder i over 50 år, og dimensioner er mindre end en kubisk millimeter. For at opnå elektricitet anvendes en beta-voltatisk effekt. Arbejdet er også i gang for at skabe en piezoelektrisk radio isotopgenerator. Sådanne batterier kan bruges i neuro og pacemakere.
144 CE. Heat Source - 144 CE. 144 CE PURE β - Emission. Half-Life 144 CE 285 dage, specifik kraft til ren isotop 2,6 w / g. Riteg er beregnet til at levere radiosendere og automatiske meteorologiske stationer. Standard Power 200 W.
Radioisotoper anvendes i vid udstrækning i blandinger med fosfor for at tilvejebringe permanent luminescens i kontrolanordninger om bordkøretøjer i timer, lanterne på polære flyvepladser og navigationsskilte og endda i juletræslegetøj. Tidligere blev 226 RA brugt oftest for dette, hvis halveringstid er 1620 år gammel. Af hensyn til strålingssikkerhed efter 1970'erne er det dog ikke brugt til disse formål. I dag bruges ubrugelige beta-emittere oftest til disse formål:\u003e 2 / 2.64 pm t 1/2 \u003d 2.64), CRYPTON (85 kr T 1/2 \u003d 10,8 år) og titiya (3 timer 1/2 \u003d 12,3 år) . Selvfølgelig er perioderne i deres halveringstid ikke nok, men deres ioniserende stråling trængte ikke ind i shell af enheder.