Китайская компания «Betavolt Technology» объявила о разработке компактной батарейки на основе никеля-63. Эта новость была с интересом встречена в мировых СМИ.
Батарейка BV100
Батарейка под названием BV100 состоит из слоёв с никелем-63, алмазных полупроводниковых преобразователей, подложки и защитной оболочки.
Конструкция батарейки модульная. Каждый модуль включает в себя два преобразователя и один слой никеля-63 толщиной 2 мкм.
В минимальном варианте размер модуля, как указано на сайте компании, составляет 3×3×0,03 мм. Сама батарейка больше. Так, размеры батарейки мощностью 100 мкВт и напряжением 3 В составляют 15×15×5 мм.
Коэффициент преобразования энергии в батарейке достигает 8,8%. На сайте китайской компании аккуратно написано, что использование никеля-63 более высокой чистоты позволит улучшить эту характеристику.
В 2025 году компания планирует представить батарейку на 1 Вт. Говорится также о намерениях приступить к серийному производству никелевых батареек.
Видеоролик с представлением батарейки – по этой ссылке.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.
Изотоп никель-63
Изотоп никель-63 (63Ni) давно привлекает внимание инженеров как перспективный энергоисточник для атомных батареек.
Основные характеристики никеля-63 приведены ниже (здесь и данные, в основном, взяты из доклада на конференции NUCLEUS-2020, автор – В.А.Мазгунова):
• период полураспада 63Ni – 101,2 года;
• вид распада – бета-минус;
• удельная активность – 57 Ки/г;
• удельная мощность – 6,7 мВт/г;
• энергоёмкость – 3700 кВт×ч/кг;
• средняя энергия бета-частиц – 37 кэВ;
• максимальная энергия бета-частиц – 65 кэВ;
• химическая форма – металл.
Опасность никеля-63 для человека минимальна. Так, по данным на сайте Принстонского университета (США), максимальный пробег бета-частиц, испускаемых никелем-63, составляет 5 см в воздухе и менее 0,01 см в тканях.
Без каких-либо последствий для здоровья можно наблюдать точечный источник из никеля-63 с расстояния 10 см, экранировать его не потребуется. Впрочем, глотать или вдыхать чистый 63Ni университетский сайт всё же не рекомендует.
Никель-63 как источник
Для конструкторов неприятной особенностью 63Ni является сильное самопоглощение бета-излучения, поэтому в батарейках нужно использовать высокообогащённый никель-63.
Так, мощность батарейки при использовании обогащённого по изотопу 63 никеля будет почти в 50 раз меньше, чем мощность батарейки на 100% никеле-63.
В нейтронном потоке никель-63 можно нарабатывать различными реакциями на других изотопах никеля, меди и цинка. Наиболее перспективной является реакция захвата на изотопе 62Ni. Также возможно использование центрифужных методов разделения изотопов никеля.
Для обеспечения радиационной безопасности батареек на основе никеля-63 необходимо добиваться высокой степени очистки исходного сырья и готового продукта от гамма-излучающих примесей, в первую очередь, от кобальта-60.
Российский вариант
И раньше, и сейчас разработкой никелевых батареек занимаются во многих странах. Не останавливаясь на зарубежных проектах, отметим, что свои варианты предлагают и российские атомщики.
Так, на форуме «Атомэкспо-2017» посетителям был представлен макет компактного источника питания на основе никеля-63 (представляло НПО «Луч», разработчик – консорциум российских предприятий).
В источнике использовался никель, обогащённый до 20%, поэтому его мощность была невелика, порядка 1 мкВт. Переход на более высокие обогащения позволит резко поднять мощность источника и, что не менее важно, уменьшить его размеры.
В 2018 году на ЭХЗ было произведено обогащение газоцентрифужным методом никеля-63 до уровня более 69%, а также заявлены планы по выходу на уровень обогащения 80%.
Так что технологические возможности для наработки сырья для батареек у «Росатома» имеются.
Фото: Игорь Балакин (AtomInfo.Ru).
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.
Вопрос цены
Логичный вопрос – если батарейки на никеле-63 настолько хороши, то почему нет их массового производства? Ответ нужно искать в экономике, причём в первую очередь в стоимости получения никеля-63.
В докладе В.А.Мазгуновой на NUCLEUS-2020 были приведены оценки затрат и реализуемости производства никеля-63 на различных реакторах.
Рассматривалось производство 100 г никеля-63, что должно хватить для 1000 атомных батарей мощностью 50 мкВт каждая (при к.п.д. 10%).
Самым дешёвым из проверенных и реализуемых вариантов оказалась наработка никеля-63 в реакторах РБМК. При этом оценка затрат на получение 100 г 63Ni составила 200 миллионов рублей.
Таким образом, цена одного только никеля-63 для одной батарейки в условиях массового производства составила бы, по данной оценке, 200 тысяч рублей.
Следует учесть, что приведённая цена может быть не актуальной, так как в докладе у неё стоит ссылка на отчёт ВНИПИЭТ от 2008 года.
Возвращаясь к китайскому проекту, с которой началась статья, можно заключить, что батарейки на никеле-63 в обозримом будущем вряд ли станут, при таких ценах, доступными массовому покупателю.
В то же время никелевые батарейки могут найти свою нишу. Например, благодаря своей миниатюрности они могут оказаться полезными для космических исследований, так как цена доставки килограмма грузов в космос по-прежнему слишком велика.
ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru
