Почему не делают смартфоны и ноутбуки на атомных батарейках? И могут ли они появиться в будущем?

Спрашивает
Ильяс А.
#батарея
+2
#технологии
#электроника
25.03.2023
48 194
Средний вопрос

Краткий ответ — нет, не появятся. Атомные батарейки, то есть источники электрического тока, получающие энергию от распада радиоактивных веществ, существуют очень давно, и среди них есть довольно компактные. Их широкому применению мешают не сложности с безопасностью, а стоимость и удельная мощность — первая непозволительно велика, а вторая непрактично мала для потребительской электроники.

Чтобы понять, почему это проблема, рассмотрим возможные способы улавливания и преобразования энергии деления атома. В ходе радиоактивного распада энергия выделяется несколькими путями. Самый очевидный — тепло: делящийся материал может разогреваться сам, а может разогревать окружающие его субстанции за счет торможения в них продуктов распада. Последние представлены альфа- (ядро гелия, два протона и два нейтрона) или бета-частицами (высокоэнергетический электрон или позитрон). Кроме того в результате распада могут излучаться гамма-частицы (высокоэнергетический фотон) и свободные нейтроны.

Для выработки электричества чаще всего используется тепло. Наиболее эффективный способ — испарить воду, которая, расширяясь будет крутить турбину. Теоретически при этом можно перевести до 30-40 процентов тепла в электричество. Но для компактной «батарейки» такой метод не подойдет, нужны способы прямой конвертации — без промежуточного носителя. Так устроены радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГи). В них делящийся материал нагревает термопару, которая генерирует электрический ток между двумя разнородными проводниками с отличающейся температурой (эффект Зеебека). Они довольно широко используются в космонавтике, а также на Земле в отдаленных от цивилизации местах. Например, они применялись как элементы питания в советских маяках вдоль Северного морского пути (их было сделано более тысячи штук к концу 1980-х), или в американских долговременных зондах на океаническом дне.

Габариты РИТЭГов могут быть самыми разными. Чаще всего они весят несколько центнеров и обладают электрической мощностью до нескольких сотен ватт. Но существовали даже электрокардиостимуляторы с радиоизотопным питанием. Они не применяются с 1972 года, а их носителей к 2020-му году осталось менее десятка. Проблема таких устройств в очень низкой эффективности — термопары обеспечивают преобразование лишь считаных единиц процентов тепла в электричество. Есть проекты повышения этого показателя вкупе с удешевлением РИТЭГов: либо за счет добавления фотоэлектрических преобразователей (как в солнечных панелях, только для инфракрасного излучения), либо за счет использования двигателей Стирлинга.

Использовать продукты распада напрямую для выработки электричества тоже можно, особенно если они имеют заряд (альфа- и бета-частицы). Способов много, но проблемы все те же: низкая удельная мощность готового устройства из-за необходимости в экранировании, а также из-за низкой эффективности методов преобразования (физика процессов накладывает фундаментальные ограничения). Способов, кстати говоря, так много, что в формате простого ответа на ваш вопрос даже перечислить было бы сложно. Повысить эффективность таких устройств обещают метаматериалы, но прирост эффективности все равно вряд ли превысит десятки процентов.

Что же касается высокой стоимости радиоизотопных источников электричества, то она обусловлена сложностями с выбором делящегося материала. Ведь для этого нужны такие вещества, которые при собственной достаточно высокой активности в процессе распада не будут давать чрезмерно активных продуктов и нейтронов, иначе потребуется еще более мощное экранирование. Да и утилизация такого устройства окажется большой проблемой. Кроме того, гамма-излучатели и источники нейтронов безопасно использовать пока вовсе не получится. Так, в РИТЭГах наиболее часто используются плутоний-238, стронций-90, полоний-210 и америций-241.

Пожалуй, ближе всего к образу «атомной батарейки» для компактной электроники — бетавольтаические тритиевые элементы питания. Они выглядят как этакие золотистые чипы, или похожи на пузатые банковские карточки. Их стоимость колеблется в диапазоне от одной до трех тысяч долларов, и они могут более десятка лет выдавать ток в сотни наноампер при напряжении до 2,4 вольта. Такие элементы питания используются в слаботочных датчиках, где просто распаиваются на плате.

Комментарии

26 Комментариев

-
0
+
На данный момент самый дешёвая концентрированная энергия это бензин.
    Игорь
    29.03.2023
    -
    0
    +
    Атомная энергия дешевле и концентрированнее.
    +
      ещё комментарии
      Василий
      01.04.2023
      -
      0
      +
      В отрыве от инфраструктуры
        Игорь
        01.04.2023
        -
        0
        +
        Даже в отрыве от инфраструктуры атом может вполне быть полезным. Всему мешает радиофобия малограмотного электората и бессовестные демагоги, его запугивающие... От Чернобыльской аварии, учитывая отдаленные последствия, погибло 300-400 человек (непосредственно от аварии 32 человека). От последствий загрязнения от тепловых станций каждый год гибнут сотни тысяч. Но дурачки усираются при этом от атомной энергетики. В германии идиотизм победил, и АЭС закрывают...((
          Василий
          02.04.2023
          -
          0
          +
          И как на атоме летать?
          Ванечка
          02.04.2023
          -
          0
          +
          "Учитывая отдаленные последствия" цифра получается в 10 раз больше. Впрочем цифра "до 4000 чел" тоже взята с потолка (ВОЗ) и никто не знает точно. Но ваши 400 очень уж заниженная оценка даже известный апологет мирного Росатома наш Березин вряд ли с ней согласится.
            Игорь
            02.04.2023
            -
            0
            +
            Нет, эта цифра не взята с потолка, а базируется на имеющейся обширной статистике по воздействию радиации на человека. Это официальные цифры из докладов ВОЗ и МАГАТЭ. Если вы чего-то не знаете, это не означает, что никто больше не знает...
              Ванечка
              02.04.2023
              -
              0
              +
              А вот приведите ссылку на эти доклады дорогой наш знайка ))) 4000 это как раз усредненное мнение воз и магатэ от 2005 года и по мнению некоторых экспертов сильно заниженное чтобы не пугать "малограмотные электораты" Сильную дозу облучения получили 1000 ликвидаторов что немного больше 400 остальные получили сравнительно слабые и учесть смертность по ним затруднительно однако вы в своих тезисах потеряли нолик.
Zhe Sh
26.03.2023
-
0
+
Форд в 50-е - 60-е проектировал легковушку на атомном реакторе. Правда, даже в те ядерно-романтические времена дальше эскизов и игрушечной модели 1:10 дело не пошло.
    Victor
    27.03.2023
    -
    0
    +
    В СССР тоже занимались созданием атомного автомобиля, там дело продвинулось дальше, чем у Форда, хоть до серийного производства и не дошло
    Василий
    28.03.2023
    -
    0
    +
    До семидесятых атом вообще куда только не пытались приспособить. Даже на самолётах реакторы летали и в космос. Ядерное топливо имеет феноменальную плотность энергии само по себе, но если считать удельную мощность всей системы генерации электричества из этого топлива, цифры получаются гораздо менее удобные. Хотя все равно на больших масштабах практически безальтернативные.
-
0
+
Автор путает деление и распад.
    Василий
    26.03.2023
    -
    5
    +
    При простом объяснении они синонимичны, кмк. По сути, если совсем не углубляться, то деление (fission) — это управляемый/индуцированный распад. Без дальнейшего усложнения трудно будет это внести в текст. Наверное, и нет в этом необходимости. Хотя тут я предвзятая сторона
    +
      ещё комментарии

Есть что спросить?

Вы можете получить ответ на вопрос по любой теме от экспертов нашей редакции, хорошо разбирающихся в этой теме.

Задать вопрос

Похожие вопросы

Сама идея использования зеркал для компенсации недостатка освещенности в населенных пунктах не лишена...Читать далее

Правда ли, что сотовый телефон изобрели в СССР?
Спрашивает
Roman Markin
#история
+3
#сотовые телефоны
#СССР
#технологии
12.11.2022
161 454
Простой вопрос
72

Принято считать, что первый звонок по сотовому телефону был сделан 3 апреля 1973 года. Это был опытный...Читать далее

Как работает детектор лжи?
Спрашивает
Roman Markin
#полиграф
+1
#технологии
01.11.2022
109 378
Простой вопрос

Детектор лжи, или иначе полиграф, предназначен для регистрации и записи изменения физиологических...Читать далее

Новости о появлении новых, «особо перспективных» аккумуляторов, которые решат нынешние технологические...Читать далее

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно