ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИПМех РАН |
||
Проект нацелен на разработку новых компактных источников электроэнергии с использованием радионуклидов и полупроводниковых преобразователей.
For microelectromechanical systems and semiconductor devices of a new generation (special and national economy purpose), miniature sources of electrical power are needed, which operate for a long time and have small dimensions. Research and development in this direction have great scientific and practical significance. The well-known advantages of energy sources based on radioisotopes (radionuclides) are a long period of continuous work (from 0,5 to 50 years and more, depending on the choice of radionuclide), small weight dimensions, wide temperature range and high reliability. That is why the creation of new radiation-stimulated energy sources with increased energy intensity represents an actual problem in a number of breakthrough scientific and technical areas. The project is aimed at developing new domestic autonomous sources of energy - beta-voltaic semiconductor batteries based on radionuclides. Beta-voltaic effect is an analogue of the photoelectric effect with the difference, that the formation of electron-hole pairs in a semiconductor with p-n transfer occurs under the influence of beta particles, rather than light radiation. In this direction, the most promising are autonomous current sources, whose operation is based on direct conversion of the beta decay energy into electrical energy using the p-n transfer of a semiconductor diode. On this basis it is also possible to create a hybrid current source with charge accumulation elements (battery), time of continuous operation of which depends, in the main, on the half-life of the radionuclide used. In terms of mass and volume energy consumption, the beta decay of radionuclides is second only to the fission of uranium and plutonium nuclei, but exceeds chemical sources (lithium-ion batteries, salt and alkaline batteries, fuel cells, etc.) in dozens and hundreds of thousands of times. In this regard, the simulation and experimental studies of the beta-voltaic effect with subsequent verification are an important and urgent scientific and technical task, the solution of which will allow creating highly effective multipurpose sources of autonomous power supply, based on new physical principles. The project will search for non-traditional solutions in related fields of physics and chemistry related to the creation of new composite structures (materials) for beta-voltaic semiconductor converters and increase of their efficiency.
Отработка методики нанесения расчетного количества сплавов на основе титана, ванадия, циркония на кремниевую матрицу оптимизированной конфигурации. Для полученных элементов исследовать процесс насыщения протием и подобрать оптимальные параметры реакции и концентрации водорода. Исследование и разработка способов достижения оптимальной величины удельной энергоёмкости базового бета-преобразователя.
Основные исполнители проекта - специалисты Химфака МГУ, ОИВТ РАН и НПП "БИАПОС" имеют большой опыт работы по проблемам прямого преобразования различных видов энергии. Поскольку данный проект носит комплексный характер и выполняется на стыке целого ряда научных направлений (радиохимия, физика, материаловедение, полупроводниковая техника, электротехника и др.), то привлечение научных специалистов различного профиля является необходимым условием успешного выполнения проекта.
Для полученных модифицированных кремниевых пластин был исследован процесс насыщения их тритием и подобраны оптимальные параметры реакции. Образцы кремниевых пластинок с нанесенным слоем титана помещали в реакционный сосуд с фиксированным объемом. Удаляли воздух до остаточного давления 10-5 Тор. Обработанные атомарным водородом пластинки подвергали анализу. В результате проведенных экспериментов оказалось, что основная масса водорода связывается на поверхности пластины титана в первые 5 мин после начала обработки.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 17 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Бета-вольтаический источник электрического питания с длительным ресурсом непрерывной работы с использованием трития |
Результаты этапа: Для точного расчетного описания процесса образования и рекомбинации носителей тока в полупроводнике при воздействии бета-излучения трития требуется использовать метод Монте Карло. В качестве входных данных необходимо знать электрофизические свойства полупроводника (длину диффузии и время жизни образовавшихся носителей, глубину залегания p-n перехода, область пространственного заряда) и набор программ по определению сечений взаимодействия бета-излучения с веществом при всех возможных видах взаимодействия. Повышение количества актов взаимодействия частиц от ионизирующего источника с веществом можно достигнуть разными методами и будут рассмотрены при выполнении данного проекта. В экспериментах по напылению использовались самарий и церий (99.999 %). Металлы напылялись на очищенные и обезжиренные пластины кремния размером 0.6 x 0.6 см2. Использованный способ гидрирования пленок можно использовать для введения изотопов водорода и в другие гидридообразующие металлы и сплавы. | ||
2 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Бета-вольтаический источник электрического питания с длительным ресурсом непрерывной работы с использованием трития |
Результаты этапа: Отрабатывалась методика нанесения расчетного количества сплавов на основе титана, на кремниевую матрицу оптимизированной конфигурации. Для полученных элементов исследовался процесс насыщения как протием, так и протием с добавкой трития. Проведены работы разработке способов достижения оптимальной величины удельной энергоёмкости базового бета-преобразователя. | ||
3 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Бета-вольтаический источник электрического питания с длительным ресурсом непрерывной работы с использованием трития |
Результаты этапа: Металл на поверхность кремниевых пластин наносили методом магнетронного напыления. Для напыления использовалась самодельная установка с двумя магнетронами [1]. Распыление проводили из Ti (99.999% частоты). Сначала установку откачивали до вакуума 10-5 Торр, после чего производили напуск рабочего газа (Ar 99.9998 % чистоты). Рабочее давление составляло 5∙10-2 Торр. Распыление титановой мишени производили на постоянном токе. Мощность энергии, вкладываемая в единицу поверхности мишени, составляла 1.6 Вт/см2, что соответствовало скорости распыления 0.75 нм/с. Указанным методом слой титана толщиной 300 нм был нанесен на кремниевый диск (подложку) толщиной 0.5 мм, после чего диск разрезали на одинаковые пластины с размерами 6 х 6 мм2. Слой циркония напыляли на кремниевые пластины по такой же методике. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".
№ | Имя | Описание | Имя файла | Размер | Добавлен |
---|---|---|---|---|---|
1. | Sposobyi_povyisheniya_udelnoj_energoemkosti_beta-voltaiches… | Sposobyi_povyisheniya_udelnoj_energoemkosti_beta-voltaiches… | 543,4 КБ | 30 ноября 2021 [Verbetsky] | |
2. | OSNOVYi_BETA-VOLTAIKI.pdf | OSNOVYi_BETA-VOLTAIKI.pdf | 153,3 КБ | 12 декабря 2019 [Verbetsky] | |
3. | OSNOVYi_BETA-VOLTAIKI_2M0z87v.pdf | OSNOVYi_BETA-VOLTAIKI_2M0z87v.pdf | 153,3 КБ | 8 декабря 2020 [Verbetsky] | |
4. | Influence_of_Hydrogen_on_the_Structure_of_Cerium_Films_Obta… | Influence_of_Hydrogen_on_the_Structure_of_Cerium_Films_Obta… | 692,7 КБ | 8 декабря 2020 [Verbetsky] |