Ученые ВНИИНМ сделали ядерную батарейку для авиации и космоса

Разбираемся, как работает бета-вольтаический источник питания на основе трития и в чем его преимущества.

ЧТО ЭТО?

Источник питания работает на тритии — ​радиоактивном изотопе водорода. Энергия его излучения с помощью полупроводникового преобразователя превращается в электричество. Сфера применения — ​самолето- и ракетостроение. Функция — ​подпитка маломощных электросистем, микроэлектромеханических схем, датчиков измерительных приборов и т. д.

ЭТАПЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

1. В цехе мехобработки ВНИИНМ готовят подложки в виде дисков для источников бета-излучения.

2. Химическая очистка и вакуумный отжиг подложек позволяют избавиться от негативных газовых примесей и подготовить поверхность.

3. На подложку методом магнетронного напыления наносят слой металлосорбента для трития.

4. Подложки с напылением хранятся в эксикаторах. Инертная среда не дает слою металлосорбента взаимодействовать с воздухом, препятствуя окислению. Перед началом следующего этапа специалисты проводят контроль параметров подложки: измеряют толщину, химический состав, диаметр, вес.

5. Насыщение заготовок тритием.

6. Радиометрическим и радиолюминографическим методами проводят контроль мощности и активности источников бета-излучения.

7. Финальная сборка батареи с измерением электрических параметров.

ХАРАКТЕРИСТИКИ

Мощность: 200 нВт | Срок службы: 15 лет
Мощность источника бета-излучения: 1 мкВт/см²
Диаметр: 30 мм | Высота: 15 мм

Александр Аникин
Начальник научно-исследовательского отдела разработки технологий и оборудования для получения изотопов и изотопной продукции, ВНИИНМ

— Во ВНИИНМ создано производство источников бета-излучения на основе трития. Производительность большинства стадий технологического процесса позволяет изготавливать продукцию в полупромышленных масштабах. Выпущена опытная партия, которая прошла все испытания.

На российском рынке аналогов нашей разработки нет, самый известный конкурент на Западе — ​американская компания CityLabs, выпускающая источники питания на основе трития. Мощность и цена сопоставимы. Наше устройство уступает зарубежному по КПД преобразования — ​мы принципиально использовали только российские комплектующие, и полупроводниковых преобразователей такого качества, как в США, на отечественном рынке нет. Но удельная активность потока бета-частиц в российских батареях выше. Если бы мы взяли американские полупроводники и поставили наши источники, то мощность батареек могла бы быть в два раза выше. Так что у нас большой потенциал для развития.

В рамках работ во ВНИИНМ созданы полупромышленные установки для отжига заготовок, насыщения источников тритием и финальной сборки. Для повышения безопасности работ при обращении с тритием создана уникальная система детритизации технологических газов методом фазового изотопного обмена. Тритий, который выходит из установки насыщения, попадает в специальный ресивер, где накапливается до определенной концентрации. После преодоления порогового значения тритий идет в каталитический блок, где окисляется до воды. Затем поступает в колонну фазового изотопного обмена, где пары тритированной воды переводятся в жидкость, которая затем скапливается в специальном контейнере. Затем вода поступает в емкость с сухой цементной смесью. Она затвердевает, и можно сразу передавать контейнер в специализированную организацию по обращению с РАО. Степень детритизации воздуха в установке — ​106 раз, то есть на выходе из системы поток в миллион раз чище, чем на входе.