Riteg (RadioisotoP-thermo-elektrische generator) - radioisotoP-bron Gebruikte elektriciteit thermische energieuitgescheiden in het natuurlijke verval van radioactieve isotopen en het transformeren tot elektriciteit met behulp van een thermoelectrogenerator.

In vergelijking met nucleaire reactoren met behulp van een kettingreactie is de rithi veel compacter en eenvoudiger structureel. Het uitgangsvermogen van de Riteg is erg klein (tot enkele honderden watt) met een kleine efficiëntie. Maar er zijn geen bewegende delen in hen en ze vereisen niet onderhoud in de hele levensduur, die per decennia kan worden berekend.

Toepassing

Riteg ruimtevaartuig "NIEUWE HORIZONTEN"

Rygie, in de regel, zijn de meest acceptabele energiebron voor autonome systemenbehoefte aan meerdere dozijn honderd watt met een zeer lange werktijd, te lang voor brandstofelementen of batterijen.

In de ruimte

Riega-schema gebruikt op ruimtevaartuig Cassini-guigens

Rygie zijn de belangrijkste bron van macht op een langetermijnmissie en sterk verwijderd van (bijvoorbeeld Voyager-2 of Cassini guigens), waar gebruik zonnebatterijen inefficiënt of onmogelijk.

Plutonium-238 in 2006, bij de lancering van de nieuwe horizon-sonde, vond ik mijn gebruik als een stroombron voor de apparatuur van het ruimtevaartuig. De radioisotoP-generator bevatte 11 kg hoogzuiverheidsdioxide 238 PU die gemiddeld 220 W elektrisch stroomt in het gehele pad (240 W aan het begin van het pad en, volgens nederzettingen, 200 W tot het einde).

Het gebeurde dus dat we in de "Peace Space Atom" -serie van fantastisch naar gemeenschappelijk gaan. De laatste keer dat we over energiereactoren praatten, is de voor de hand liggende volgende stap om te vertellen over radio-isotope thermo-elektrische generatoren. Onlangs was Habré een geweldige post over de Rieta Probe "Cassini", en we zullen dit onderwerp vanuit een breder gezichtspunt beschouwen.

Procesfysica

Warmte productie

In tegenstelling tot de nucleaire reactor, die het fenomeen van de ketencerleaire reactie gebruikt, gebruiken radioisotoP-generatoren het natuurlijke verval van radioactieve isotopen. Bedenk dat atomen bestaan \u200b\u200buit protonen, elektronen en neutronen. Afhankelijk van het aantal neutronen in de kern van een bepaald atoom, kan het stabiel zijn, of om een \u200b\u200bneiging te tonen aan spontane verval. Bijvoorbeeld, een Cobalt Atom 59 CO met 27 protonen en 32 neutronen in de kernel is stabiel. Zo'n kobalt werd sindsdien door de mensheid gebruikt Het oude Egypte. Maar als we toevoegen aan 59 CO Één neutronen (bijvoorbeeld door het "gewone" kobalt in een nucleaire reactor) te plaatsen, dan 60 COS, een radioactieve isotoop met een halfwaardetijd van 5,2 jaar. De term "halfwaardetijd" betekent dat na 5,2 jaar een atoom uiteengaat met een kans van 50%, en ongeveer de helft van de atomen zal blijven. Alle "gewone" elementen hebben hun eigen isotopen met andere periode Semistry:

3D-kaart van isotopen, dank u Leer de CruptGroup op de foto.

De juiste isotoop selecteren, kunt u een Riteg krijgen met de vereiste levensduur en andere parameters:

Isotoop	Ontvangstmethode	Specifieke macht, w / g	Volumekracht, w / cm³	Halveringstijd	Geïntegreerde isotoop-vervalsenergie, kWh / g	Workout isotoop
60 CO (Cobalt-60)	Blootstelling in de reactor	2,9	~26	5.271 jaar	193,2	Metaal, legering
238 PU (Plutonium-238)	kernreactor	0,568	6,9	86 jaar oud	608,7	Plutonia carbide
90 SR (Strontium-90)	scherven van divisie	0,93	0,7	28 jaar	162,721	Sro, srtio 3
144 CE (cerium-144)	scherven van divisie	2,6	12,5	285 dagen	57,439	CEO 2.
242 cm (Curie-242)	kernreactor	121	1169	162 dagen	677,8	Cm 2 o 3
147 PM (vemetig-147)	scherven van divisie	0,37	1,1	2.64 jaar	12,34	PM 2 O 3
137 CS (Cesium-137)	scherven van divisie	0,27	1,27	33 jaar	230,24	CSCL
210 PO (polonium-210)	bismut-bestraling	142	1320	138 dagen	677,59	legeringen met lood, yttrium, goud
244 cm (curiy-244)	kernreactor	2,8	33,25	18.1 jaar	640,6	Cm 2 o 3
232 U (uranium-232)	thoria implementeren	8,097	~88,67	68.9 jaar oud	4887,103	dioxide, carbide, uraniumnitride
106 RU (Ruthenium-106)	scherven van divisie	29,8	369,818	~ 371.63 SUT.	9,854	metaal, legering

Het feit dat het verval van isotopen onafhankelijk voorkomt, betekent dat de Ritega niet kan worden beheerd. Na het laden van de brandstof, warmt het op en produceert het jarenlang elektriciteit, geleidelijk vernederend. Het verminderen van het aantal delende isotoop betekent dat er minder nucleaire vervalling zal zijn, minder warmte en elektriciteit. Bovendien zal de daling van de elektrische stroom de degradatie van de elektrische generator verergeren.
Er is een vereenvoudigde versie van de Ricega, waarin het verval van de isotoop alleen wordt gebruikt voor verwarming, zonder elektriciteit te ontvangen. Deze module wordt de verwarmingseenheid of RHG (radio -ISotoop warmte-generator) genoemd).

Warmte in elektriciteit draaien

Zoals in het geval van een atoomreactor, hebben we warmte, die op enigerlei wijze in elektriciteit moet worden omgezet. Om dit te doen, kunt u gebruiken:

• Thermo-elektrische omzetter. Twee dirigent aansluiten van verschillende materialen (Bijvoorbeeld Chromine en aluminium) en een van hen verwarmen, kunt u een elektriciteitsbron krijgen.
• Thermisian converter. In dit geval wordt een elektronische lamp gebruikt. De kathode is verwarmd en elektronen krijgen genoeg energie om te "darven" naar de anode, waardoor een elektrische stroom wordt gemaakt.
• Thermofoto-elektrische omzetter. In dit geval is een fotocel die werkt in de warmtebron is verbonden met de warmtebron. infraroodbereik. De warmtebron emitteert fotonen die worden vastgelegd door de fotocel en worden omgezet in elektriciteit.
• Thermo-elektrische omzetter op alkalimetaal. Hier wordt een elektrolyt van gesmolten natrium- en zwavelzouten gebruikt om warmte om te zetten in elektriciteit.
• Stirling's Engine - warmte machine Om het temperatuurverschil in mechanisch werk te converteren. Elektriciteit wordt verkregen mechanisch werk een generator gebruiken.

Geschiedenis

De eerste experimentele radio-beschikbaarheidsbron van energie werd gepresenteerd in 1913. Maar alleen uit de tweede helft van de 20e eeuw, met de verspreiding van kernreactoren, waarop het mogelijk was om isotopen te ontvangen in industriële schaal, Rygie begon actief te worden gebruikt.

VS

In de VS is de Rygami al bekend met de naam van de Snap-organisatie.
Snap-1..
Het was een experimentele Riteg bij 144 CE en met een generator op een Renkina-cyclus (stoommachine) met kwik als koelmiddel. De generator werkte met succes 2500 uur op aarde, maar vloog niet in de ruimte.

Snap-3..
De eerste rieting, die in de ruimte vlogen op de navigatie-satellieten van Transit 4A en 4B. Energie vermogen 2 W, Gewicht 2 kg, gebruikte plutonium-238.

Schildwacht.
Riteg voor meteorologische satelliet. Energie Power 4.5 W, Isotoop - Strontium-90.

Snap-7..
Familie van terrestrische ries voor vuurtorens, lichte boeien, weerstations, akoestische boeien en dergelijke. Zeer grote modellen, gewicht van 850 tot 2720 kg. Energievergoeding - tientallen watt. Snap-7d - 30 W met een massa van 2 ton.

Snap-9.
Seriële Rieteg voor doorvoernavigatie-satellieten. Gewicht 12 kg, elektrisch vermogen 25 W.

Snap-11.
Experimentele Riteg voor landingstations van Lunar Lunar. Er werd voorgesteld om de Curie-242-isotoop te gebruiken. Elektrische energie - 25 W. Niet gebruikt.

Snap-19.
Seriële Riteg, gebruikt in een verscheidenheid aan missies - meteorologische satellieten Nimbus, Pioneer Probes -10 en -11, Viking Mars-landingsstations. Isotoop - Plutonium-238, Power Power ~ 40 W.

Snap-21 en -23
Rygi voor onderwatergebruik op Strontium-90.

Snap-27.
Rygie om de wetenschappelijke uitrusting van het Apollo-programma aan te pakken. 3,8 kg. Plutonium-238 gaf de energiekracht van 70 W. De Lunar-wetenschappelijke uitrusting werd in 1977 teruggestuurd (mensen en apparatuur op aarde eisten geld, en ze waren niet genoeg). Rygie voor 1977 werd uitgegeven van 36 tot 60 W elektriciteit.

MHW-RTG.
De naam wordt ontcijferd als "Multi-vertegenwoordigd Riteg". 4,5 kg. Plutonium-238 kreeg 2400 W Thermal Power en 160 W elektrisch. Deze Rygie stond op de experimentele satellieten van Lincoln (Les-8.9) en al 37 jaar oud worden geleverd door de warmte en elektriciteit van Vodygan. Voor 2014 bieden Ritags ongeveer 53% van hun initiële kracht.

Gphs-rtg.
De meest krachtige kosmische ries. 7.8 KG Plutonium-238 gaf 4400 W thermale kracht en 300 W elektrisch. Wordt gebruikt op de Sunny Probe "Ulysses", Galileo-sondes, Kassini Guygens en vliegen naar Pluto op "New Horizons".

Mmrtg.
Riteg voor "Curiositi". 4 kg Plutonium-238, 2000 W Thermal Power, 100 W Electing.


Warm Lamp Cube Plutonium.

Ons ritey met tijdbinding.

Samenvattingstabel:

Naam	Media (hoeveelheid op de machine)	Maximale kracht		Isotoop	Brandstofgewicht, kg	Vol gewicht, kg
		Elektrisch, W.	Tepplovaya, W.
Mmrtg.	MSL / Curiosity Rover	~110	~2000	238 PU	~4	<45
Gphs-rtg.	Cassini (3), nieuwe horizonten (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
wijziging Snap-19	Viking 1 (2), Viking 2 (2)	42.7	525	238 PU	~1	15.2
Snap-27.	Apollo 12-17 ALSEP (1)	73	1,480	238 PU	3.8	20

USSR / RUSLAND

In de USSR en Rusland waren kosmische ries weinig. De eerste experimentele generator was de Riteg "Limon-1" in Polonia-210, gemaakt in 1962:

.

De eerste kosmische ritus van de elektrische kracht van "Orion-1" van 20 W in Polonia-210 en de "Strela-1" -serie draaien op verbonden satellieten - "Space-84" en "Space-90" -serie. De verwarmingsblokken stonden op de "Lunas" -1 en -2, en de Rieta stond op de Mars-96-missie:

Tegelijkertijd werd de Rygie zeer actief gebruikt in vuurtorens, navigatieboei en andere grondapparatuur - de BBT-serie, Rieg-IEU-serie en vele anderen.

Ontwerp

Bijna alle Ritags gebruiken thermo-elektrische converters en hebben daarom hetzelfde ontwerp:

Perspectieven

Alle vliegende rhythi onderscheidt zich door een zeer lage efficiëntie - in de regel is elektrisch vermogen minder dan 10% van thermisch. Daarom werd aan het begin van de XXI eeuw het ASRG-project gelanceerd in NASA - Riteg-motor met Stirling-engine. Een toename van de efficiëntie werd verwacht tot 30% en 140 W elektrisch vermogen bij 500 W thermal. Helaas werd het project in 2013 gestopt vanwege het overschot van het budget. Maar theoretisch is het gebruik van efficiëntere warmtetransducers tot elektriciteit in staat om de efficiëntie van Rieta serieus te verhogen.

Voor-en nadelen

Voordelen:

1. Zeer eenvoudig ontwerp.
2. Het kan al jaren en decennia werken, geleidelijk vernederen.
3. Kan gelijktijdig worden gebruikt voor verwarming en voeding.
4. Vereist geen management en toezicht.

Nadelen:

1. Zeldzame en dure isotopen zijn nodig als brandstof.
2. Brandstofproductie is complex, duur en traag.
3. Lage efficiëntie.
4. Power is beperkt tot honderden watt. Rieng van kilowatte elektrische stroom is al zwak gerechtvaardigd, Megawatta - het is praktisch niet logisch: het zal te duur en zwaar zijn.

De combinatie van dergelijke voordelen en nadelen betekent dat de ritags en verwarmingsblokken hun niche in de ruimte-energie bezetten en het verder zullen bewaren. Ze laten je eenvoudig en effectief warm en voeden de interplanetaire apparaten met elektriciteit, maar ze moeten niet wachten op elke energie doorbraak.

Bronnen

Naast Wikipedia gebruikt:

• Document "Space Nuclear Energy: de laatste horizon openen."
• Het onderwerp "Binnenlandse Rieta" op het "nieuws van astronautics".

Tags:

• Riteg
• MCA

Tags toevoegen

Het gebeurde zo dat in de serie we van fantastisch naar gemeenschappelijk gaan. De laatste keer dat we over energiereactoren praatten, is de voor de hand liggende volgende stap om te vertellen over radio-isotope thermo-elektrische generatoren. Onlangs, in Habré, was er een geweldige post over de Rieta Probe "Cassini", en we zullen dit onderwerp overwegen met een breder gezichtspunt.

Procesfysica

Warmte productie

In tegenstelling tot de nucleaire reactor, die het fenomeen van de ketencerleaire reactie gebruikt, gebruiken radioisotoP-generatoren het natuurlijke verval van radioactieve isotopen. Bedenk dat atomen bestaan \u200b\u200buit protonen, elektronen en neutronen. Afhankelijk van het aantal neutronen in de kern van een bepaald atoom, kan het stabiel zijn, of om een \u200b\u200bneiging te tonen aan spontane verval. Bijvoorbeeld, een Cobalt Atom 59 CO met 27 protonen en 32 neutronen in de kernel is stabiel. Zo'n kobalt werd door de mensheid gebruikt sinds de tijden van het oude Egypte. Maar als we toevoegen aan 59 CO Één neutronen (bijvoorbeeld door het "gewone" kobalt in een atoomreactor) te plaatsen, blijkt het 60 CO, een radioactieve isotoop met een halfwaardetijd van 5,2 jaar. De term "halfwaardetijd" betekent dat na 5,2 jaar een atoom uiteengaat met een kans van 50%, en ongeveer de helft van de atomen zal blijven. Alle "gewone" elementen hebben hun eigen isotopen met verschillende halfwaardetijd:

3D-kaart van isotopen, bedankt crustgroup. Achter de foto.

De juiste isotoop selecteren, kunt u een Riteg krijgen met de vereiste levensduur en andere parameters:

Isotoop	Ontvangstmethode	Specifieke macht, w / g	Volumekracht, w / cm³	Halveringstijd	Geïntegreerde isotoop-vervalsenergie, kWh / g	Workout isotoop
60 CO (Cobalt-60)	Blootstelling in de reactor	2,9	~26	5.271 jaar	193,2	Metaal, legering
238 PU (Plutonium-238)	kernreactor	0,568	6,9	86 jaar oud	608,7	Plutonia carbide
90 SR (Strontium-90)	scherven van divisie	0,93	0,7	28 jaar	162,721	Sro, srtio 3
144 CE (cerium-144)	scherven van divisie	2,6	12,5	285 dagen	57,439	CEO 2.
242 cm (Curie-242)	kernreactor	121	1169	162 dagen	677,8	Cm 2 o 3
147 PM (vemetig-147)	scherven van divisie	0,37	1,1	2.64 jaar	12,34	PM 2 O 3
137 CS (Cesium-137)	scherven van divisie	0,27	1,27	33 jaar	230,24	CSCL
210 PO (polonium-210)	bismut-bestraling	142	1320	138 dagen	677,59	legeringen met lood, yttrium, goud
244 cm (curiy-244)	kernreactor	2,8	33,25	18.1 jaar	640,6	Cm 2 o 3
232 U (uranium-232)	thoria implementeren	8,097	~88,67	68.9 jaar oud	4887,103	dioxide, carbide, uraniumnitride
106 RU (Ruthenium-106)	scherven van divisie	29,8	369,818	~ 371.63 SUT.	9,854	metaal, legering

Het feit dat het verval van isotopen onafhankelijk voorkomt, betekent dat de Ritega niet kan worden beheerd. Na het laden van de brandstof, warmt het op en produceert het jarenlang elektriciteit, geleidelijk vernederend. Het verminderen van het aantal delende isotoP betekent dat er minder nucleaire vervalsingen, minder warmte en elektriciteit zal zijn. Bovendien zal de daling van de elektrische stroom de degradatie van de elektrische generator verergeren.
Er is een vereenvoudigde versie van de Ricega, waarin het verval van de isotoop alleen wordt gebruikt voor verwarming, zonder elektriciteit te ontvangen. Deze module wordt de verwarmingseenheid of RHG (radio -ISotoop warmte-generator) genoemd).

Warmte in elektriciteit draaien

Zoals in het geval van een atoomreactor, hebben we warmte, die op enigerlei wijze in elektriciteit moet worden omgezet. Om dit te doen, kunt u gebruiken:

• Thermo-elektrische omzetter. Door twee geleiders uit verschillende materialen (bijvoorbeeld Chromel en aluminium) te verbinden en een van hen te verwarmen, kunt u een bron van elektriciteit krijgen.


• Thermisian converter. In dit geval wordt een elektronische lamp gebruikt. De kathode is verwarmd en de elektronen krijgen genoeg energie om de anode te "drukken", waardoor een elektrische stroom wordt gemaakt.


• Thermofoto-elektrische omzetter. In dit geval is een fotocel die in het infraroodbereik werkt, verbonden met de warmtebron. De warmtebron emitteert fotonen die worden vastgelegd door de fotocel en worden omgezet in elektriciteit.


• Thermo-elektrische omzetter op alkalimetaal. Hier wordt een elektrolyt van gesmolten natrium- en zwavelzouten gebruikt om warmte om te zetten in elektriciteit.


• Stirling-motor is een warmte-machine voor het omzetten van het temperatuurverschil in mechanisch werk. Elektriciteit wordt verkregen uit mechanisch werk met behulp van een generator.

Geschiedenis

De eerste experimentele radio-beschikbaarheidsbron van energie werd gepresenteerd in 1913. Maar alleen uit de tweede helft van de 20e eeuw, met de voortplanting van kernreactoren, waarop het mogelijk was om isotopen op industriële schaal te ontvangen, begonnen de Ritags actief te worden gebruikt.

VS

In de VS is de Rygami al bekend met de naam van de Snap-organisatie.
Snap-1..
Het was een experimentele Riteg bij 144 CE en met een generator op een Renkina-cyclus (stoommachine) met kwik als koelmiddel. De generator werkte met succes 2500 uur op aarde, maar vloog niet in de ruimte.

Snap-3..
De eerste rieting, die in de ruimte vlogen op de navigatie-satellieten van Transit 4A en 4B. Energie vermogen 2 W, Gewicht 2 kg, gebruikte plutonium-238.

Schildwacht.
Riteg voor meteorologische satelliet. Energie Power 4.5 W, Isotoop - Strontium-90.

Snap-7..
Familie van terrestrische ries voor vuurtorens, lichte boeien, weerstations, akoestische boeien en dergelijke. Zeer grote modellen, gewicht van 850 tot 2720 kg. Energievergoeding - tientallen watt. Snap-7d - 30 W met een massa van 2 ton.

Snap-9.
Seriële Rieteg voor doorvoernavigatie-satellieten. Gewicht 12 kg, elektrisch vermogen 25 W.

Snap-11.
Experimentele Riteg voor landingstations van Lunar Lunar. Er werd voorgesteld om de Curie-242-isotoop te gebruiken. Elektrisch vermogen - 25 watt. Niet gebruikt.

Snap-19.
Seriële Riteg, gebruikt in een verscheidenheid aan missies - Meteorologische satellieten Nimbus, pridesmasters "Pioneer" -10 en -11, Mars Landing Stations "Viking". Isotoop - Plutonium-238, Power Power ~ 40 W.

Snap-21 en -23
Rygi voor onderwatergebruik op Strontium-90.

Snap-27.
Rygie om de wetenschappelijke uitrusting van het Apollo-programma aan te pakken. 3,8 kg. Plutonium-238 gaf de energiekracht van 70 W. De Lunar-wetenschappelijke uitrusting werd in 1977 teruggestuurd (mensen en apparatuur op aarde eisten geld, en ze waren niet genoeg). Rygie voor 1977 werd uitgegeven van 36 tot 60 W elektriciteit.

MHW-RTG.
De naam wordt gedecodeerd als "Multi-vertegenwoordigd Riteg". 4,5 kg. Plutonium-238 kreeg 2400 W Thermal Power en 160 W elektrisch. Deze ritags stonden op de experimentele satellieten van Lincoln (Les-8.9) en al 37 jaar oud worden geleverd door warmte en elektriciteit "Voyagon". Voor 2014 bieden Ritags ongeveer 53% van hun initiële kracht.

Gphs-rtg.
De meest krachtige kosmische ries. 7.8 KG Plutonium-238 gaf 4400 W thermale kracht en 300 W elektrisch. Wordt gebruikt op de Sunny Probe "Ulysses", de sondes "Galileo", "Cassini-guigens" en vliegen naar Pluto op "New Horizons".

Mmrtg.
Riteg voor "Curiositi". 4 kg Plutonium-238, 2000 W Thermal Power, 100 W Electing.


Warm Lamp Cube Plutonium.

Ons ritey met tijdbinding.

Samenvattingstabel:

Naam	Media (hoeveelheid op de machine)	Maximale kracht		Isotoop	Brandstofgewicht, kg	Vol gewicht, kg
		Elektrisch, W.	Tepplovaya, W.
Mmrtg.	MSL / Curiosity Rover	~110	~2000	238 PU	~4	<45
Gphs-rtg.	Cassini (3), nieuwe horizonten (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.	Tegelijkertijd werd de Rygie zeer actief gebruikt in vuurtorens, navigatieboei en andere grondapparatuur - BAT-serie, Rieg-IEU-serie en vele anderen. Ontwerp Bijna alle Ritags gebruiken thermo-elektrische converters en hebben daarom hetzelfde ontwerp: Perspectieven Alle vliegende rhythi onderscheidt zich door een zeer lage efficiëntie - in de regel is elektrisch vermogen minder dan 10% van thermisch. Daarom werd aan het begin van de XXI eeuw het ASRG-project gelanceerd in NASA - Riteg-motor met Stirling-engine. Een toename van de efficiëntie werd verwacht tot 30% en 140 W elektrisch vermogen bij 500 W thermal. Helaas werd het project in 2013 gestopt vanwege het overschot van het budget. Maar theoretisch is het gebruik van efficiëntere warmtetransducers tot elektriciteit in staat om de efficiëntie van Rieta serieus te verhogen. Voor-en nadelen Voordelen: Zeer eenvoudig ontwerp. Het kan al jaren en decennia werken, geleidelijk vernederen. Kan gelijktijdig worden gebruikt voor verwarming en voeding. Vereist geen management en toezicht. Nadelen: Zeldzame en dure isotopen zijn nodig als brandstof. Brandstofproductie is complex, duur en traag. Lage efficiëntie. Power is beperkt tot honderden watt. Rieng van kilowatte elektrische stroom is al zwak gerechtvaardigd, Megawatta - het is praktisch niet logisch: het zal te duur en zwaar zijn. De combinatie van dergelijke voordelen en nadelen betekent dat de ritags en verwarmingsblokken hun niche in de ruimte-energie bezetten en het verder zullen bewaren. Ze laten je eenvoudig en effectief warm en voeden de interplanetaire apparaten met elektriciteit, maar ze moeten niet wachten op elke energie doorbraak. Bronnen Naast Wikipedia gebruikt: Document "Space Nuclear Energy: de laatste horizon openen." Het onderwerp "Binnenlandse Rieta" op "News of Cosmonautics".

Radioisotoop energiebronnen - apparaten die gebruikmaken van energie die is vrijgegeven tijdens radioactief verval, voor het verwarmen van het koelvloeistof of transformeren deze tot elektriciteit.

Radio-elotope thermo-elektrische generatoren
RadioisotoP Thermo-elektrische generator (RTG, RITEG)

De RadioSotoP-thermo-elektrische generator (RITEG) zet thermische energie omgezet in het natuurlijke verval van radioactieve isotopen tot elektriciteit.
Riteg bestaat uit twee hoofdelementen: warmtebron, die een radioactieve isotoop bevat en thermokoppels van vaste toestand die de warmtedissipatie van plutonium omzetten in elektriciteit. Thermokoppels in Riteg gebruiken warmte uit het verval van radioactieve isotoop om de hete zijde van het thermokoppel en de kou van de ruimte of de planetaire atmosfeer te verwarmen om een \u200b\u200blage temperatuur op de koude zijde te produceren.
In vergelijking met nucleaire reactoren is Ritegi veel compacter en eenvoudiger constructief. Het uitgangsvermogen van de Riteg is erg klein (tot enkele honderden watt) en een kleine efficiëntie. Maar er zijn geen bewegende delen in hen en ze vereisen niet onderhoud in de hele levensduur, die per decennia kunnen worden berekend.
In een verbeterde type RYTEGA - de multi-missie-radio-isotope thermo-elektrische generator (MMRTG), die de laatste tijd is toegewijd, werd de compositie van thermokoppel gewijzigd. In plaats van SIGE in MMRTG wordt het thermokoppel gebruikt door PBTE / TAGS (TE, AG, GE, SB).
MMRTG is ontworpen om aan het begin van de missie 125 W elektriciteit te produceren, met een druppel van maximaal 100 W na 14 jaar. Met een massa van 45 kg biedt MMRTG ongeveer 2,8 W / kg elektriciteit aan het begin van het leven. MMRTG-ontwerp is in staat om zowel in een vacuüm van de ruimte als in de planetaire atmosferen te werken, bijvoorbeeld op het oppervlak van Mars. MMRTG biedt een hoge mate van beveiliging, gewichtsminimalisatie om de vermogensniveaus te optimaliseren tijdens de minimale levensduur van 14 jaar.
NASA werkt ook op de nieuwe RTG-technologie genaamd Advanced Stirling RadioisotoPope-generator ASRG (RadioSotoop Stirling-generator). ASRG, zoals MMRTG, converteert de hitte van het verval van plutonium-238 tot elektriciteit, maar gebruikt geen thermokoppels. In plaats daarvan zorgt de warmte van verval het gas om de zuiger uit te breiden en oscillat, zoals de automotor. Dit verplaatst de magneet heen en weer door de spoel van meer dan 100 keer per seconde, genereert elektriciteit voor het ruimtevaartuig. De hoeveelheid geproduceerde elektriciteit is groter dan die van MMRTG, ongeveer 130 watt, met een veel kleinere hoeveelheid plutonium-238 (ongeveer 3,6 kg minder). Dit is het resultaat van een efficiëntere conversie van de Stirling-cyclus. Als er meer energie is voor missie, kunt u verschillende ASRG gebruiken om meer energie te genereren. Tot op heden zijn er geen geplande missies die ASRG zullen gebruiken, maar ze zijn ontwikkeld voor een 14-jarige missie.
Er is een concept van het subkritische rhyet. De subkritische generator bestaat uit een neutronenbron en een verklaarde substantie met zoveel mogelijk kritische massa. De neutronen van de bron worden vastgelegd door de atomen van de scheidingsstof en veroorzaken hun divisie. Een zeer belangrijke plaats bij het kiezen van een werkende isotoop wordt gespeeld door de vorming van een kind isotoop die in staat is tot een aanzienlijke warmtegeneratie, aangezien de nucleaire transformatieketen wordt verlengd tijdens verval en de totale energie die respectievelijk kan worden gebruikt. Het beste voorbeeld van isotoop met een lange vervalketen en met energie-release is een orde van grootte groter dan die van de meeste andere isotopen is uranium-232. Het belangrijkste voordeel van een dergelijke generator is dat de hervorming van energie van de neutronenreactie veel hoger kan zijn dan de energie van spontane divisie. Dienovereenkomstig is de vereiste hoeveelheid substantie veel lager. Het bedrag van verval en stralingsactiviteit in termen van warmteafvoer is ook lager. Dit vermindert het gewicht en de grootte van de generator.

Vereisten voor de kenmerken van radio-isotopen die in Ritegas worden gebruikt, helaas tegenstrijdig. Om een \u200b\u200blange tijd te handhaven om de macht te behouden om de taak te vervullen, moet de halfwaardetijd van de radio-isotoop groot genoeg zijn. Aan de andere kant moet het voldoende hoge volumetrische activiteit hebben om een \u200b\u200bsignificante energie-release te verkrijgen in een beperkte instelling. En dit betekent dat de halfwaardetijd van hem niet te klein zou moeten zijn, omdat de specifieke activiteit omgekeerd evenredig is met de vervaltermijn.
De radioisotoop moet handig zijn voor het gebruik van het type ioniserende straling. Gamma-straling en neutronen blijven redelijk gemakkelijk het ontwerp achter, met een merkbaar deel van de vervalsenergie. High-energy elektronen β-decompositie Hoewel goed uitgesteld, maar tegelijkertijd wordt de röntgenstralenstraling gevormd, waardoor een deel van de energie wordt uitgevoerd. Bovendien vereisen gamma-, röntgen- en neutronenstraling vaak speciale ontwerpmaatregelen om personeel (indien aanwezig) en nabijgelichte apparatuur te beschermen.
Geprefereerd voor het genereren van radioisotoP-energie is alfa-straling.
Niet de laatste rol in de keuze van radioisotoop is de relatieve goedkope en eenvoud van de ontvangst.
Typische halfwaardetijd voor radio-ootopen die in Riteg worden gebruikt, vormen een aantal decennia, hoewel isotopen met kortere halfwaardetijd kunnen worden gebruikt voor gespecialiseerde applicaties.

Low-power en kleine radioisotoop voedingen

Beta-Voltatic-voedingen
(Betavoltaic Power Sources)

Er zijn ook neutriemische generatoren, vergelijkbaar met het beginsel van werk op zonnepanelen. Dit is bèta-galvanische en optische elektrische bronnen. Ze zijn klein en zijn ontworpen om apparaten te voeden die geen grote capaciteiten vereisen.
In een bèta-voltatische stroombron zendt een isotopische bron bèta-deeltjes die op een halfgeleider worden verzameld. Dientengevolge wordt een constante stroom gegenereerd. Het proces van het omzetten van energie, die vergelijkbaar is met het proces van fotocalvanische (zonne-energie), is effectief zelfs in extreme omgevingsomstandigheden. Het kiezen van het bedrag en het type isotoop kunt u een aanpasbare voeding maken met een gegeven uitvoer en tijd van het leven. Dergelijke batterijen geven praktisch gamma-stralen en zachte bèta-straling wordt vertraagd door de batterijhouder en de fosforlaag. Beta-Voltatic-bronnen hebben een hoge energiedichtheid en ultra-laag vermogen. Hierdoor kan BETA een voltatisch apparaat langer functioneren dan condensors of batterijen voor lage-power-apparaten. De werkduur, zoals een bèta-voltatische bron op het oxide van de prommetics ongeveer twee en een half jaar, en 5 mg van het oxide van de industrieën geven energie in 8 W. De levensduur van bèta-voltatische bronnen kan meer dan 25 jaar bedragen.

Beta-Voltatisch effect.Het werk van de bèta-voltatische omzetter is gebaseerd op het feit dat elektronen of positrons van hoge energieën tijdens verval zijn uitgestoten, in de regio komen p-n.de overgang van de halfgeleiderplaat wordt daar gegenereerd, een elektronengatpaar, die vervolgens ruimtelijk gescheiden wordt door het ruimtelijke laadgebied (ORZ). Als gevolg hiervan n.en p-de oppervlakken van de halfgeleiderplaat ontstaan \u200b\u200bhet verschil in elektrische potentialen. Een fundamenteel transformatiemechanisme lijkt op degene die wordt uitgevoerd in halfgeleider zonnepanelen, maar met de vervanging van fotonbestraling met elektrisch bestraling of positron van bèta-verval van radionucliden.

Piëzo-elektrische radioisotoop micro-elektrischrogenerator
De radio-isotoop dun-film MKROPOWER-generator)

Het hart van dit element is cantilever, een dunne plaat van piëzocristallijn. De collector aan de punt van de cantilever vangt de geladen deeltjes uit die uit de dunne film radioactieve bron worden uitgezonden. Vanwege het behoud van de lading blijft de radio -ISotope-film met gelijke en tegengestelde kosten. Dit leidt tot de elektrostatische krachten tussen de cantilever en de radioactieve bron, het buigen van de cantilever en de transformatie van de uitgestraalde energiebron in de opgeslagen mechanische energie. CantileVer wordt steeds meer gebogen en uiteindelijk komt de punt van de cantilever in contact met de radioactieve dunne film, en de geaccumuleerde kosten worden geneutraliseerd door de lading over te dragen. Dit gebeurt periodiek. Wanneer de elektrostatische kracht wordt onderdrukt, wordt de cantilever vrijgegeven. Een plotselinge afgifte prikkelt oscillaties die leiden tot kosten die worden geïnduceerd in een piëzo-elektrisch element aan de basis van de cantilever. AC-signaal van een piëzo-elektrische stroombron kan direct door de impedantie van de belasting worden gebruikt of rechtstreeks met diodes en filteren via een externe condensator. De op deze manier verhoogde offsetspanning wordt gebruikt om low-power-sensoren en elektronica te besturen.

Het hoofdgedeelte van het gebruik van isotoopbronnen is ruimteonderzoek. De studie van de "Diepe Cosmos" zonder gebruik van radioisotoP-generatoren is onmogelijk, omdat met een significante afstand van de zon, het niveau van de zonne-energie, dat kan worden gebruikt om elektriciteit te produceren die nodig is voor het functioneren van de apparatuur en transmissie van radiosignalen, heel klein. Chemische bronnen hebben zich ook niet rechtvaardigd.
Op aarde hebben radioisotoopbronnen gevonden in navigatie-vuurtorens, radiobeacons, meteorologische stations en soortgelijke apparatuur die in het gebied is geïnstalleerd, waar het volgens technische of economische redenen niet mogelijk was om andere stroombronnen te gebruiken. In het bijzonder werden thermo-elektrische generatoren van verschillende soorten geproduceerd in de USSR. Als radioactieve isotopen werden 90 SR en 238 PU in hen gebruikt. Ze hebben echter een zeer grote periode van het bereiken van veilige activiteit. Ze ontwikkelden hun levensduur, wat 10 jaar is en momenteel moet worden weggegooid. Momenteel, vanwege het risico van stralingslekkage en radioactieve materialen, is de praktijk van het installeren van niet-betaalbare radioisotoP-bronnen gestopt.
RadioisotoP energiebronnen worden gebruikt waar het nodig is om de autonomie van de apparatuur, compactheid, betrouwbaarheid te waarborgen.

Radio-isotopen en hun gebruik

Met de ontwikkeling en groei van kernenergie vallen de prijzen van de belangrijkste generator-isotopen snel, en de productie van isotopen neemt snel toe. Tegelijkertijd worden de kosten van isotopen die worden verkregen door bestraling (U-232, PU-238, PO-210, CM-242, enz.) ANLANDS VERMINDERD. In dit verband wordt de methoden van meer rationele regelingen van bestraling van doelen, een grondige raffinage van bestraalde brandstof ingewonnen. Hoge hoop voor het uitbreiden van de productie van synthetische isotopen worden geassocieerd met toenemende reactorsector op snelle neutronen. In het bijzonder is het nauwkeurig reactoren op snelle neutronen met behulp van aanzienlijke hoeveelheden thorium maken het mogelijk om te hopen op grote industriële hoeveelheden uranium-232.
Bij gebruik van isotopen wordt het probleem van het gebruik van verbruikte nucleaire brandstof grotendeels opgelost en wordt het radioactief afval van gevaarlijke afval niet alleen omgezet in een extra bron van energie, maar ook op een bron van significante inkomsten. Praktisch volledige verwerking van bestraalde brandstof is in staat om geld te verdienen in vergelijking met de geproduceerde kosten van energie door de uranium-kernen, plutonium en andere elementen te verdelen.

Plutonium-238, Curiy-244 en Stronktsia-90 worden meest gebruikte isotopen. Daarnaast worden ongeveer 30 radioactieve isotopen gebruikt in technologie en medicijnen.

Sommige beoefende warmtebronnen van radio-lawaai

Isotoop	Ontvangst (bron)	Specifieke kracht voor pure isotoop. W / g	T 1/2
60 s	Blootstelling in de reactor	2.9	5.271
238 PU	kernreactor	0.568	87,7 jaar
90 sr.	Scherven van divisie	~2.3	28.8 jaar
144 CE	Scherven van divisie	2.6	285 dagen
242 cm.	kernreactor	121	162 dagen
147 PM.	Scherven van divisie	0.37	2.64 jaar
137 CS.	Scherven van divisie	0.27	33 jaar
210 po.	Bismut-bestraling	142	138 dagen
244 cm.	kernreactor	2.8	18.1 jaar
232 U.	Thoria implementeren	8.097	68.9 jaar oud
106 ru	Scherven van divisie	29.8	~ 371.63Cut

238 PU In de 238 PU-halfwaardetijd van 87,7 jaar (vermogensverlies van 0,78% per jaar), specifiek vermogen voor pure isotoop 0,568 W / G en extreem lage niveaus van gamma en neutronenstraling. 238 PU heeft de laagste vereisten voor afscherming. Minder dan 25 mm loodafscherming is vereist om straling 238 PU te blokkeren. 238 PU is de meest gebruikte brandstof voor riten geworden, in de vorm van plutoniumoxide (PUO 2).
In het midden van de vorige eeuw werden 236 PU en 238 PU gebruikt voor de vervaardiging van elektrische batterijen van radio-isotoop voor voeding van pacemakers, waarvan de levensduur van de levensduur 5 jaar of langer bereikte. Binnenkort begon echter niet-reactieve lithiumbatterijen, die tot 17 jaar duurt.
238 PU moet speciaal worden gesynthetiseerd; Zijn kleine (~ 1% - 2%) in nucleair afval, de isotopische toewijzing is moeilijk. Clean 238 PU kan bijvoorbeeld worden verkregen door bestraling met neutronen 237 NP.
Curium. Twee isotop 242 cm en 244 cm zijn alfa-emitters (energie van 6 MEV); Ze hebben relatief korte perioden van een half leven van 162,8 dagen en 18.1 en produceren tot 120 w / g en
2,83 w / g thermische energie, respectievelijk. Curiy-242 in de vorm van oxide wordt gebruikt voor de productie van compacte en extreem krachtige radio -ISotoop energiebronnen. Echter, 242 cm is erg duur (ongeveer $ 2.000 per gram). Onlangs wordt een ernstigere Curia-isotoop steeds populairder - 244 cm. Aangezien beide isotopen praktisch zuivere alfa-emitters zijn, is het probleem van stralingsbescherming niet scherp.
90 sr. 90 SR β-emitter met kleine γ-emissie. Zijn halfwaardetijd van 28,8 jaar is veel korter dan in 238 PU, een keten van twee β-verval (90 SR → 90 y → 90 ZR) geeft de totale energie van 2,8 MEV (één gram geeft ~ 0,46 W). Aangezien de energieopbrengst lager is, bereikt deze lagere temperaturen dan 238 PU, die leidt tot een afname van de effectiviteit van thermo-elektrische transformatie. 90 SR - Nuclei Division-product en is verkrijgbaar in grote hoeveelheden tegen een lage prijs. Strontium is een bron van hoge permeabiliteit ioniserende straling, die relatief hoge vereisten voor biologische bescherming maakt.
210 Po. 210 PO heeft een halfwaardetijd van slechts 138 dagen met een enorme initiële warmte-generatie van 142 W / G. Dit is een praktische pure alpha-emitter. Vanwege de kleine halfwaardetijd van 210 PO, is het slecht voor riten en wordt het gebruikt om krachtige en compacte warmtebronnen te creëren (de helft van het gram-polonium kan tot 500 ° C verwarmen). Standaardbronnen met een thermisch vermogen van 10 W werden geïnstalleerd in het type ruimtevaartuig "Cosmos" en op "Lunas" als een warmtebron om de normale werking van het instrument in het instrumentencompartiment te handhaven.
210 PO wordt ook veel gebruikt waar de actieve antistatiek nodig is. Vanwege de kleine halfwaardetijd, vereist het gebruik van verbruikte apparaten van 210 PO geen speciale maatregelen. In de Verenigde Staten is het toegestaan \u200b\u200bom ze in een vuilnis te gooien.
Bij gebruik van alfa-actieve isotopen met een hoge specifieke energieafgifte, is het vaak noodzakelijk om de werkende isotoop te verdunnen om de warmtedissipatie te verminderen. Bovendien is het polonium zeer vliegen, en het is verplicht om een \u200b\u200bvaste chemische verbinding met elk element te creëren. De lead, yttrium, goud, terwijl ze een vuurvaste en duurzame polonids vormen, hebben de voorkeur als dergelijke elementen.
241 uur.Vanwege de tekortkoming van 238 PU kan een 241 uur een alternatief voor hem zijn als brandstof voor ries. In 241 uur is halfwaardetijd van 432 jaar. Hij is bijna pure alfa-emitter. 241 uur is in nucleair afval en bijna isotopisch schoon. Het specifieke vermogen van 241 AM is echter slechts 1/4 van de specifieke kracht van 238 PU. Bovendien komt de desintegratie van 241 uur meer penetrerende straling en vereist een betere afscherming. De vereisten voor emissiebescherming voor 241 uur zijn echter niet veel streng dan in het geval van 238 PU.
241 uur wordt veel gebruikt in rookmelders. Een klein stukje Amerika-241 wordt gebruikt in de rook-ionisatiedetector. De ruimte gevuld met lucht tussen de twee elektroden creëert een kamer die de stroom van een kleine gelijkstroom tussen de elektroden mogelijk maakt. Als rook of warmte de kamer binnenkomt, wordt de elektrische stroom tussen de elektroden onderbroken en wordt het alarm geactiveerd. Dit rook-alarm is minder duur dan andere apparaten.
63 NI. 63 Ni Pure β - Emissie. Maximale elektronenergie 67 KEP, halfwaardetijd 100.1 liter. Aan het begin van de tweeduizend jaar in de Verenigde Staten en Rusland werden voedingselementen ontwikkeld, waarvan de basis is 63 Ni. Voorwaarden voor gebruik van apparaten gedurende meer dan 50 jaar, en afmetingen zijn minder dan één kubieke millimeter. Om elektriciteit te verkrijgen, wordt een bèta-voltatisch effect gebruikt. Werk is ook aan de gang om een \u200b\u200bpiëzo-elektrische radio-isotooperator te maken. Dergelijke batterijen kunnen worden gebruikt in Neuro en pacemakers.
144 CE. Warmtebron - 144 CE. 144 CE pure β - emissie. Halfleven 144 CE 285 dagen, specifieke kracht voor pure isotoop 2.6 W / G. Riteg is bedoeld om radiozenders en automatische meteorologische stations te leveren. Standaard vermogen 200 W.
Radio-ootopen worden veel gebruikt in mengsels met fosfor om permanente luminescentie te bieden in controle-apparaten aan boord van voertuigen, in uren, lantaarns op polaire luchtvelden en navigatietekens en zelfs in kerstboomspeelgoed. Eerder werd 226 RA het vaakst gebruikt, waarvan de halfwaardetijd 1620 jaar oud is. Om redenen van stralingsveiligheid na de jaren zeventig wordt het echter niet voor deze doeleinden gebruikt. Tegenwoordig worden nutteloze bèta-emitters het meest gebruikt voor deze doeleinden:\u003e 2 / 2,64 PM T 1/2 \u003d 2.64), Crypton (85 KR T 1/2 \u003d 10,8 jaar) en Titiya (3H T 1/2 \u003d 12,3 jaar) . Natuurlijk zijn de periodes van hun halfwaardetijd niet genoeg, maar hun ioniserende straling penetreert de schaal van apparaten niet.