ИСТИНА

Проект нацелен на разработку новых отечественных автономных источников энергии бета-вольтаических полупроводниковых батарей на основе радионуклидов. Бета-вольтаический эффект является аналогом фотоэлектрического эффекта с той разницей, что образование электрон-дырочных пар в полупроводнике с р-n переходом происходит под воздействием бета-частиц, а не светового излучения. В данном направлении наиболее перспективными представляются автономные источники тока, работа которых основана на прямом преобразовании энергии бета-распада в электрическую энергию с использованием p-n перехода полупроводникового диода. На этой основе возможно также создание гибридного источника тока с элементами накопления заряда (аккумуляторной батареи), время непрерывной работы которой зависит, в основном, от периода полураспада используемого радионуклида. По массовой и объемной энергоемкости бета-распад радионуклидов уступает лишь делению ядер урана и плутония, но превосходит химические источники (литий-ионные аккумуляторы, солевые и щелочные элементы питания, топливные элементы и др.) в десятки и сотни тысяч раз. В связи с этим, моделирование и экспериментальные исследования бета-вольтаического эффекта с последующей верификацией являются важной и актуальной научно-технической задачей, решение которой позволит создавать высокоэффективные многоцелевые источники автономного электропитания, основанные на новых физических принципах. В рамках проекта будет осуществлён поиск нетрадиционных решений в смежных областях физики и химии, связанных с созданием новых композитных структур (материалов) для бета-вольтаических полупроводниковых преобразователей и повышения их эффективности.

The project aims to develop a new Autonomous domestic sources of energy beta voltaic semiconductor cells on the basis of the radionuclides. Beta-voltaic effect is analogous to the photoelectric effect with the difference that the formation of electron-hole pairs in a semiconductor with a p-n junction under the influence of beta-particles, not light radiation. In this direction seem the most promising Autonomous sources of electricity, which are based on the direct conversion of energy beta decay into electrical energy using a p-n junction semiconductor diode. On this basis it is possible to create a hybrid current source with elements in the charge accumulation (battery), continuous operation time which depends, mainly, from the half-life of the used radionuclide. Mass and volumetric consumption of the beta-decay of radionuclides is second only to the fission of uranium and plutonium, but is superior to chemical sources (lithium-ion batteries, zinc-carbon and alkaline batteries, fuel cells, etc.) in the tens and hundreds of thousands of times. In this regard, modeling and experimental studies of the beta-voltaic effect with subsequent verification is an important and actual scientific-technical task, which will allow you to create high-performance, multipurpose power sources based on new physical principles. The project will be carried out to find innovative solutions in related...

В результате выполнения проекта будет подготовлено научно-техническое обоснование, необходимое для организации промышленного выпуска бета-вольтаических полупроводниковых батарей. В том числе: будут выбраны оптимальные, по доступности, стоимости и эффективности, полупроводниковые пластины, отработаны способы текстурирования их поверхностей; будут выбраны наиболее эффективные радионуклидные материалы, отработаны способы их нанесения на поверхность полупроводника; будет выявлено влияние на выходные электрические характеристики бета-преобразователя таких параметров как площадь поверхности диодной структуры покрытой бета-излучателем и толщина слоя нанесённого радионуклида, глубина залегания области p-n перехода, толщина слоя пространственного заряда и ряда других факторов. По итогам проекта будет предложена научно-обоснованная конструкция единичного бета-вольтаического преобразователя (включающая материал полупроводника, тип радионуклида, степень его обогащения и способ нанесения), а также возможные пути повышения эффективности преобразования бета-излучения в электроэнергию.

Авторский коллектив в последние годы проводил (в инициативном порядке) теоретические и экспериментальные исследования, нацеленные на создание компактных источников электроэнергии с использованием радионуклидов и полупроводниковых преобразователей. В результате было разработано несколько патентноспособных вариантов конструкции бета-вольтаического полупроводникового генератора для прямого преобразования бета-излучения в электроэнергию, которые можно рассматривать как задел по предлагаемому проекту: 1. Заявка на изобретение № 2015128489. Приоритет от 14.07.2015 г. Бета-вольтаический полупроводниковый генератор электроэнергии, А.А. Мандругин, Н.Н. Баранов (входящий № 044122). 2. Заявка на изобретение № 2015128488. Приоритет от 14.07.2015 г. Бета-вольтаический полупроводниковый генератор электроэнергии и способ его изготовления, А.А. Мандругин, Н.Н. Баранов (входящий № 044121). 3. Заявка на изобретение № 2015128490. Приоритет от 14.07.2015 г. Бета-вольтаический полупроводниковый генератор электроэнергии и способ повышения его эффективности, А.А. Мандругин, Н.Н. Баранов (входящий № 044123). 4. Патент № 2452060, от 10.12.2011 г. Полупроводниковый преобразователь бета-излучения в электроэнергию. Заддэ В. В., Пустовалов А. А., Цветков Л. А., и др.

Решение задач, поставленных в проекте, даст возможность создать мощностной ряд автономных необслуживаемых источников тока для гарантированного бесперебойного электропитания потребителей со сроком службы в диапазоне 50-100 лет.