具有独特用途的放射性同位素电池

放射性同位素电池是20世纪60年代发展起来的一种新型电源。由于它具有寿命长、工作可靠、对环境适应性强、不需经常维护、结构紧凑、比容量高等优点,因而在空间、陆地海上、海底以及医学领域都有独特的用途。本文分析了热电型放射性同位素电池的特点、基本原理、主要构成,介绍了热电型放射性同位素电池在空间地球卫星、月面试验站、外层星际探测以及在地面、海下、医学等方面的广泛应用,并展望了放射性同位素电池在21世纪的发展应用前景。

空间放射性同位素电池发展回顾和新世纪应用前景

迄今为止,美俄两国已向空间发射了80多台空间核电源(包括同位素电池和反应堆电源)。重点回顾了20世纪放射性同位素电池的研发历史和空间发射现状;概括介绍了目前放射性同位素温差发电器(RTG)业已达到的技术水平和提高热电转换效率的最近动向;综述了美国、俄罗斯和欧洲航天局在21世纪初期(20001/2015)使用RTG的空间和太阳系探索计划,展现了RTG的广阔应用前景。

伏特效应放射性同位素电池的原理和进展

本文介绍伏特效应放射性同位素电池的工作原理及电池类型。重点介绍了适用于心脏起搏器、微机电系统(MEMs)等的辐射伏特效应放射性同位素微电池,并对这种电池的应用前景作了展望。

基于MEMS的放射性同位素电池的设计与实现

介绍了放射性同位素63Ni同位素微电池(radioisotope micro battery)的工作原理、结构和性能指标,建立了电池电流的计算公式。针对传统同位素微电池的倒三角直槽型或倒金字塔型能量转换结构表面积较小的缺陷,设计了一种垂直侧壁方孔阵列型的能量转换结构,增大了其表面积,得到最佳结深范围2μm^3μm,最佳掺杂浓度NA=1020/cm3,ND=1017/cm3。在此基础上加工出63Ni同位素微电池,并对其进行测试性能,得到开路电压Voc=127 mV,电流密度JSC=4 nA/mm2,功率密度Pm=0.41 nW/mm2,与设计结果相符。

适用于放射性同位素电池的DC-DC升压与储能方法

与传统的电池相比,放射性同位素电池具有稳定性好、超长工作寿命等优点,但对比传统电池的输出电压,放射性同位素电池的输出电压依旧过低,针对放射性同位素电池的低电压输出,需设计一种适用于这种低压能量的DC-DC升压储能装置。首先对放射性同位素电池进行输出特性分析,使用高精度电源仪器进行仿真输出;其次设计一套基于BQ25570芯片的DC-DC升压电路,将100mV电压提升至3.25V后并进行储能,收集到的能量为微处理器、传感器供能;最后通过无线通信设备把数据传输到上位机显示。

放射性同位素电池的研究及进展

放射性同位素电池在能量密度、体积、寿命等方面有其自身的优势,因而在很多领域得到广泛应用。该文对各类型放射性同位素电池的工作原理、特点、发展情况及其应用等进行了全面介绍,展望了同位素电池的发展前景和方向。

放射性同位素电池用铱合金包壳材料的研究进展

放射性同位素电池(RTG)对包壳材料的高温抗氧化性能有特别的要求,百瓦级以下的包壳材料可以使用Pt-30Rh合金,百瓦级以上的包壳材料需使用工作温度更高的铱合金。本文对铱合金包壳材料中掺杂钨、钍和铝等元素对金相组织结构、高温耐腐蚀性能和加工性能的影响,概述了高频感应熔炼、电子束熔炼和真空电弧熔炼等加工工艺的发展。

GaN放射性同位素微电池源的选取

介绍了放射性同位素微电池的工作原理、选择GaN做为微电池能量转换材料的优势及同位素源选择的一些原则.为给GaN微电池找到一种合适的放射源,建立了Monte Carlo模拟计算模型.计算结果分析表明对于GaN放射性同位素微电池来说,最大能量为50 keV到100 keV区段的纯β放射体做源最为理想.

辐射伏特效应同位素电池研究进展

辐射伏特效应同位素电池(RVIB)以其独特的优势,将在以IC和MEMS为基础的微系统领域发挥重要作用。近年来,关于RVIB的研究主要集中于换能单元的三维结构以及新型半导体材料器件方面,结合驱动源放射性同位素选择的多样性,使能量转换效率和稳定性等电输出性能得到改善。本文概略介绍了放射性同位素电池(RIB),并针对近年来RVIB研究进展进行了系统综述,对其研究方向和应用前景作了展望。

等效同位素热源设计制备及其性能测试

通用热源(General-Purpose Heat Source,GPHS)是同位素温差电池(Radioisotope Thermoelectric Generators,RTG)中应用最成熟的热源模块,在同位素电源的研制与测试过程中,GPHS是电加热模拟热源等效性的关键参考。为满足同位素电源系统非核单元等效性测试与验证的需求,基于GPHS的各项实际性能参数,设计并仿制了一种电加热模拟热源。基于仿真计算与实验测试结果,分析评价了仿GPHS模拟热源的热输出特性、等效替代性及其在不同应用场景下的运行效果。当输入功率为250 W时,仿GPHS模拟热源表面平均温度可达515 K,且温度随功率变化的趋势与仿真结果相吻合。经实验测试,在250 W热源功率下,RTG模块的能量转化效率可提升至6%左右。本文提出并构建的仿GPHS模拟热源等效性良好,且可适用于同位素温差电池,对同位素电源的性能评价提供一种有效的、统一的参考标准。

微型同位素电池模型的研制与试验

放射性同位素电池具有体积小,寿命长等优点,文中简要介绍了一种功率为17.5 nW级的微型同位素电池模型的设计、结构、装配工艺和性能测试结果。该电池的基础体积在3 cm^3~6 cm^3之间,利用放射性物质产生的高能射线激发荧光物质发光并使用弱光型光伏板将其转换成电能,测量其输出参数。这种电池制作工艺简单,造价相对较低。

辐射伏特效应同位素电池研究进展

微机电系统（MEMS）正在受到越来越多的关注，但是缺少合适的机载电源使其应用被大大限制，成为制约其发展的瓶颈，因此开发一种小体积，高能量密度，长使用寿命的优质新型电源迫在眉睫。近年来，辐射伏特效应同位素电池的研究在国内外广泛开展，它是利用半导体结型器件的特殊性质，以放射性同位素作为驱动源，将衰变能转换为电能。这种电池具有理论转换效率高、使用寿命长、免维护、抗干扰性强等优点加之放射性同位素具有很大的能量密度，可以使电池（微）小型化和轻质（量）化；其主要结构一换能单元是半导体器件，因此很容易与MEMS一体化。这些特点使它成为可应用于MEMS的合适备选机载电源之一。

放射性同位素电池的研究进展

放射性同位素电池因其巨大的应用前景而受到学术界与工业界的广泛重视.本文简述了放射性同位素电池的历史背景、发展历程及现存的关键技术瓶颈;简单介绍了放射性同位素电池的基本原理与设计要求,讨论了目前国内外研究的不同换能方式同位素电池的技术方案,具体介绍了静态型热电式同位素电池、辐射伏特效应同位素电池、动态换能方式同位素电池、压电换能机制同位素电池的实验原理与研究进展;最后,对上述几种技术方案进行了分类总结与对比分析,并结合放射性同位素电池未来发展趋势、发展要求和用于放射性同位素电池燃料的同位素来源,展望了放射性同位素电池未来发展前景与潜在应用.

放射性同位素电池

对深空探测来说,飞船能依靠的只有太阳能与核能。飞船距离太阳越远,阳光越是微弱,太阳能电池板的发电能力就越低;为保证飞行器的能量供应,就需要应用放射性同位素电池（核电池）。这种电池不仅不受光照影响,还能应对真空、极冷、极热、宇宙辐射等恶劣的外部环境。目前,＂好奇号＂火星越野车已经采用了全核动力,我国的＂嫦娥三号＂也将采用核能保温。

放射性同位素电池

美国赖斯大学的研究人员制成了一种放射性同位素电池。在一种液体塑料中含有放射性同位素氚，通过同位素衰变作用产生电流。同位素释放出的电子撞击邻近的半导体即产生电流。塑料可以印刷到多孔半导体的表面，制成浸于孔洞中的放射性材料薄膜。这一工艺使衰变的原子核与半导体之间的距离缩短，电子可迅速被俘获并转变成电流。薄膜电池可制成多种形状，例如制成薄板。

美将大幅提升镅-241产能

【美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室网站2024年5月9日报道】美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室(LANL)正在稳步推进放射性同位素镅-241产能提升工作,以帮助美国降低对外国的依赖。镅-241是半衰期为432.6年的α发射体,广泛应用于医学、工业、科学研究等领域。此外,美国和英国还在积极研究以镅-241为燃料的放射性同位素电池(又被称为“核电池”)。美国家航空航天局(NASA)2023年7月向相关企业授予了镅-241核电池研究合同(详见2023年第8期相关报道)。

2023年美国钪统计分析

一、美国国内钪生产及应用,2023年美国国内既未开采含钪的矿物,也未从生产工序或者尾矿中回收钪。美国国内最后一次生产钪是在1969年,主要从含钪-钇硅酸盐的矿物-钪钇石以及生产铀的浸出液副产品中进行回收。美国衣阿华州埃姆斯市、亚利桑那州托尔森市以及伊利诺斯州的厄巴纳市有生产钪金属锭及蒸馏钪金属的设施,但是产能有限。2023年,美国钪的主要应用领域包括铝钪合金以及固体氧化物燃料电池。钪的其他应用领域包括陶瓷、电子行业、激光、照明以及放射性同位素。

β辐射伏特效应核电池的研发现状

近年来,关于β辐射伏特效应核电池的研究主要集中在放射源的选取以及新型半导体材料器件的加工工艺等方面.从能量转换机制、放射源的选择、换能器件材料的选择、电池的输出性能和能量转换效率等方面对β辐射伏特效应核电池进行了讨论和分析.最后对核电池的研究方向和应用前景进行了展望.