Ученые разработали генераторы для работы на Марсе — Naked Science
20.02.2018
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.
9 часов назад
Александр Березин

СМИ всего мира принялись рассказывать, что новые штаммы возникли из-за ослабления ограничений, снятия масок, а то и под воздействием вакцин. Якобы те оказали эволюционное давление, заставляющее вирус обходить вакцинную защиту. Увы, реальная биология указывает на совсем иную — и более устрашающую — картину. Разбираемся в деталях.

30 июля
Мария Азарова

Генеральный конструктор «Энергии» и руководитель полета российского сегмента МКС Владимир Соловьев назвал причину незапланированного включения двигателей нового модуля «Наука», из-за которого станцию развернуло на 45 градусов.

31 июля
Василий Парфенов

Изучение загадочной короны черной дыры, образованной рентгеновским излучением, преподнесло интересное открытие. Космические телескопы XMM-Newton и NuSTAR смогли «увидеть» свет, отраженный веществом сразу позади невероятно массивного объекта. И хотя это очередной раз подтверждает общую теорию относительности, про основной объект исследований ученые почти не получили новых данных.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

28 июля
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
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: