Ученые разработали генераторы для работы на Марсе — Naked Science
8 минут
НИТУ «МИСиС»

Ученые разработали генераторы для работы на Марсе

Научная работа материаловедов из НИТУ МИСиС приблизила освоение Марса и арктического шельфа.

Марсоход "Кьюриосити"
Марсоход “Кьюриосити” / ©hinews.mediasole.ru

Сотрудник лаборатории «Функциональные низкоразмерные структуры» НИТУ МИСиС, кандидат технических наук Александр Быков и аспирант кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников Ксения Кузьмина получили премию за работу, которая называется «Разработка и исследование радиационно-стимулированных элементов питания повышенного срока службы». Речь идет о генераторах электричества, работающих за счет распада радиоактивного вещества.

Процесс выработки электроэнергии похож на то, что происходит внутри солнечных батарей. Но есть и кардинальное отличие. Источник энергии — генератор β-частиц встроен в элемент. Попадая из радиоактивного материала в полупроводник, β-частицы генерируют электрический ток. Такой источник тока может работать непрерывно несколько лет и даже десятилетий. Это зависит от используемого радиоактивного элемента.

«Компактные и автономные источники питания с длительным сроком службы требуются в самых разных сферах, – пояснил Александр Быков. – Прежде всего, речь идет о независимых источниках электроэнергии в системах безопасности повышенной надежности. Например, на атомных электростанциях. Также такие элементы нужны для автономного питания спецтехники.

Кроме того, автономный источник питания бесценен в космических аппаратах, при работе в труднодоступных местах (например, в условиях Крайнего Севера или на дне океана). Не менее важно медицинское применение, например, в медицинских имплантатах».

На таких же батарейках работает и марсоход Curiosity. И вполне возможно, что на них же будут работать генераторы электроэнергии первой марсианской колонии.

Чем больше выделяющейся от распада энергии удастся преобразовать в электричество, тем лучше. Можно сказать даже, что в каждом из перечисленных случаев эффективность критически важна. Эффективный преобразователь позволяет использовать меньше делящегося материала, уменьшить вес генератора при сохранении заданных параметров тока, уменьшить расходы на производство.

Разработки бета-вольтаических генераторов электрического тока ведутся во всех ведущих странах мира. Но Александру Быкову и Ксении Кузьминой под руководством профессора Сергея Леготина удалось создать технологию, которая стала прорывной. Они предложили конструкцию преобразователя, в которой при неизменной площади p-n перехода  площадь поглощающей поверхности увеличилась в 7 раз. На основании этой идеи и был разработан и сконструирован преобразователь а затем и источник питания. Более того, удалось провести испытания генератора, которые доказали эффективность работы в диапазоне температур от –100°С до +150 °С больше 20 лет. Все эти годы устройство удерживает напряжение на электродах 10 В, а частоту переменного тока на уровне 50 Гц.

«В наших разработках в качестве полупроводникового материала преобразователя используется алмаз, а в качестве рабочего элемента механо-электрического преобразователя – пьезоэлектрическая монокристаллическая консоль, – рассказывает Ксения Кузьмина. – Такое сочетание позволяет получать рабочее напряжение от 1,5 до 9 В при последовательно-параллельной сборке алмазных преобразователей и выше 9 В – при использовании механо-электрических преобразователей».

Как рассказал Александр Быков, им не пришлось работать с радиоактивными элементами непосредственно. Вместе с Ксенией Кузьминой они пытались создать эффективный преобразователь, который бы превратил ионизирующее излучение в электроэнергию. Получившийся преобразователь позволяет улучшить выходные параметры на 10-20% в зависимости от технологического исполнения. Срок службы преобразователя такой же, как у самого генератора излучения, то есть не менее 20 лет.

Результаты работы опубликованы как минимум в 20 научных статьях, трижды поддержаны через ФЦПИР, проект поддержала также корпорация «Росатом». И теперь у нового элемента есть все шансы полететь в космос. Более того, увеличение производительности β-вольтаических источников электроэнергии сразу на 20 % серьезно приблизило человечество к жизни в космосе и на других планетах, а также к планомерной работе в самых суровых условиях арктического шельфа, где тоже порой требуется многолетняя автономная работа приборов.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» — российский технический университет; первый вуз в стране, получивший статус «Национального исследовательского технологического университета», лучший вуз России 2019 года по версии Forbes Россия. Сегодня в состав НИТУ «МИСиС» входят 9 институтов и 6 филиалов, 4 из которых работают в России и 2 за рубежом.
Вчера, 08:45
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

7 часов назад
8 минут
Мария Азарова

Блокирование рецептора, который помогает сохранять энергию в условиях голода, назвали ключом к более безопасным профилактике и лечению ожирения, вызванного неправильным образом жизни.

Вчера, 16:37
4 минуты
Ольга Иванова

Ученые из США выявили ряд подводных камней, связанных с повторным использованием мобильных номеров. Такие вещи могут нести в себе угрозу безопасности, связанную с захватом аккаунтов, фишинговыми и спам-атаками и даже препятствиями для регистрации в онлайн-сервисах.

Вчера, 08:45
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

8 мая
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

8 мая
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: