핵 반죽의 부흥

1970 년에 외과 의사 파리는 최초의 원자력 운동 맥박 조정기를 이식했으며 향후 5 년 동안 최소 1,400 명의 추가 사람들이 주로 프랑스와 미국에서 장치를 받았습니다. 티타늄에 싸인이 장치의 배터리에는 방사능 동위 원소가 포함되어 있으며, 특히 10 그램의 플루토늄 -238 그램에 걸쳐 유지 보수없이 수십 년 동안 작동 할 수 있습니다. 이 발명은 심박 조율기의 화학 배터리를 변경하기 위해 몇 년마다 수술이 필요한 사람들의 집단을 구호했습니다.

그러나 시간이 지남에 따라이 방사성 티커의 위치는 점점 더 어려워졌습니다. 미국에서는이 장치가 플루토늄 회복을 위해 미국 에너지 부로로 반환되어야했습니다. 그러나 종종 그 일은 일어나지 않았습니다. 의사는 일자리를 바꾸고 제조업체는 사업을 중단하고 환자가 사망했으며 가족은 사랑하는 사람의 맥박 조정기를 잊어 버렸습니다. 너무 자주, 방사성 물질은 화장터와 관에 착륙했습니다.

상황에 불편함에 따라 전 세계 규제 기관이 장치를 닉스했습니다. 마지막으로 알려진 핵 구동 맥박 조정기는 1988 년에 이식되었다. 그 후, 심해 프로브 및 시베리아 등대와 같은 몇 가지 특수 용도를 제외하고 핵전거리의 개발 및 배치는 효과적으로 중단되었다.

Medtronic의 1970 년 Laurens-Alcatel Pulse Generator Plutonium-238을 사용한 맥박 조정기. Smith Collection/Getty Images

기술은 결코 진정으로 죽지 않으며 핵 배터리도 예외는 아닙니다. 연구 2000 년 이후 다시 활성화되었습니다상업적 번역이 부족했지만. 그러나 지난해 전 세계의 많은 회사와 연구 그룹이 기술을 활기차게하고 로봇, 드론, 센서 및 태양 광 농장, 우주선 및 생물 의학 임플란트에 사용을 확장 할 것이라고 발표했습니다.

새로운 그룹은 과거의 디자인을 넘어서는 현대적이고 보이는 기술을 사용하여 지금까지 만든 최고의 핵 배터리를 추구 할 수 있습니다. 1 세대와 마찬가지로, 핵 배터리의 매력은 여전히 ​​수십 년 동안, 수십 년 동안, 아마도 수세기 동안 아마도 수십 년 동안의 긴 생명-스팬입니다. 또한 화학 배터리보다 무게가 적은 패키지로 더 많은 에너지를 제공 할 수 있습니다.

문제는 누가 그들을 살 것인가? 저는 거의 40 년 동안 원자력 엔지니어, 교수 및 컨설턴트 로이 분야에 참여했습니다. 내가 관찰 한 내용은 다음과 같습니다. 기술은 작동하고 화학 배터리에 대한 많은 장점이 있으며 안전하게 활용할 수 있습니다. 그러나 소수의 회사가 할 수있는 회사는 이러한 배터리의 새로운 시장을 찾아서 영향을 미치는 제품을 만드는 것입니다. 문제의 일부는 이러한 소스를 추적 할 필요가없고 배터리 수명이 끝날 때 올바르게 배치되어 있는지 확인해야한다는 것입니다.

내 경력에서 본 것보다 지금 도전 과제를 해결하는 회사가 더 많아지고 있으며, 이는이 분야에 좋습니다. 학업 연구를 시작하는 데 도움이됩니다. 그리고 이것이 핵 배터리가 마침내 번성하는 순간이 될 수 있기를 바랍니다.

핵 반죽은 어떻게 작동합니까?

“핵 배터리”라는 용어는 작은 원자로의 이미지를 불러 일으킬 수 있지만 그것이 작동하는 방식이 아닙니다. 핵 전원은 중성자 폭격으로 원자를 분할하지 않습니다. 대신, 그들은 원자 핵이 붕괴 될 때 자발적으로 방출되는 방사선 형태로 에너지를 포착합니다.

핵전기를 개발하는 대부분의 연구 그룹은 니켈과 수소의 방사성 동위 원소로부터 에너지를 활용하는 데 중점을 둡니다. 많은 원자력 배터리 설계에서, 인접한 반도체는 방사성 동위 원소의 핵에 의해 방사선을 흡수하여 태양 전지와 마찬가지로 전류로 변환합니다. 다른 설계에서, 열전 장치는 방출 된 방사선으로 생성 된 열을 전기로 변환합니다. 따라서 “방사성 동위 원소 전원”은 “핵 배터리”보다 더 나은 설명 자이지만 언어가 편리하기 위해이 용어를 상호 교환 적으로 사용하겠습니다.

Infinity Power는 새로운 전기 화학 공정을 사용하여 니켈 -63의 방사성 붕괴를 전기로 변환합니다. 이 회사는 전자 레인지에서 메가 와트까지 기술을 확장 할 수 있다고 밝혔다.인피니티 파워

일부 실험실 성공의 발 뒤꿈치에서 연구원들은 이러한 장치를 상용화하기 위해 경주하고 있습니다. 그만큼 영국 원자 에너지 당국 (UKAEA), 마이애미 기반 도시 실험실Beijing Betavolt New Energy Technology Co. 및 중국 노스 웨스트 일반 대학 지난 2 년 동안 반도체 기반 핵 배터리의 발전 및 자금을 발표했으며, 일부는 상용화 할 계획이 있습니다. 작년, 인피니티 파워샌디에고에서 방사성 동위 원소 에너지 전환에 대한 새로운 전기 화학적 접근법을 발표했습니다.

이 배터리가 상용화 될 수있는 경우, 비용, 안전 및 라이센스 문제에 크게 의존 할 것입니다. 가장 설득력있는 응용 중 하나는 수십 년 동안 신뢰할 수있는 전력이 필요합니다. 태양 광 발전은 태양과 가까운 임무를 수행하지만 우주선이 목성에 도달 할 때까지 사용 가능한 태양 조도는 지구상에서 4 % 미만으로 떨어집니다.

그것은 핵분열 및 방사성 동위 원소 전력을 심층 공간 임무를위한 유일한 실행 가능한 옵션으로 남깁니다. 핵분열은 우주에서 더 큰 전력 수요에 이상적이며 NASA의 제안 된 100 킬로와트 음력 원자로와 마찬가지로. 그러나 더 낮은 온보드 전력 요구를 위해 핵 배터리는 더 간단한 설계와 질량을 제공합니다. 우주의 현재 방사성 동위 원소 근무는 방사성 동위 원소 열전 발전기 또는 RTG이며 수백 와트를 생성합니다.

방사성 동위 원소 : 원자력 맥박 조정기뿐만 아니라

1977 년에 시작된 NASA의 2 개의 보이저 임무는 각각 4.5kg의 플루토늄 -238을 포함하여 약 38 킬로그램의 무게가 3 개의 RTG를 가지고 있습니다. 그것들은 원통형이며 사무실 폐기물 바스켓의 크기입니다. 그들은 처음에 157 와트의 전력을 생산했지만 Plutonium-238이 부패함에 따라 시간이 지남에 따라 떨어집니다. 1977 년에 출시 된 157-W 보이저 기반 RTG는 오늘 약 88W를 생산할 것입니다.

핵 반죽의 또 다른 사용은 지구의 원격 위치에 전력을 공급하는 것입니다. 예를 들어, 1970 년대부터 소련은 러시아 북서부에 1,000 개가 넘는 RTG를 배치하여 사라지지 않은 등대, 라디오 비콘 및 기상국에 전력을 공급했습니다. 이 배터리의 대부분은 Strontium-90에서 실행되었으며 각각 무게는 약 2,000kg입니다. 미국은 육지와 해저, 특히 북극의 원격 모니터링 사이트.

핵 배터리는 우주 탐사, 원격 전력 및 맥박 조정기에 성공한 것으로 입증되었지만 이러한 장기 배터리에 대한 새로운 용도는 나타나지 않았습니다. 많은 장치는 예를 들어 자동차 수명을 지속하는 무선 타이어 압력 센서를 상상하는 장기 배터리의 혜택을 누릴 수 있습니다. 그러나 방사성 배터리를 선택하는 위험과 비용은 이점과 균형을 이루어야합니다.

핵 반죽의 광범위한 사용에 대한 또 다른 요인은 연료를 추적해야한다는 것입니다. 거의 모든 국가에서 일반 대중을 대상으로 한 배터리의 판매자와 구매자는 라이센스를 받아야합니다 (상자,“소년의 집에서 다량의 방사성 재료 :주의 이야기”참조). 구매자는 일반적으로 자료 추적 및 폐기 부담을 겪습니다. 방사성 물질에 탭을 유지하는 것이 필수적이지만 이는 일반 대중과 관련된 응용 프로그램에 복잡성을 더합니다.

소년은 그의 집에서 다량의 방사성 물질을 축적합니다 :주의 이야기

거의 모든 국가에서는 방사성 동위 원소 연료 공급원 구매자가 예외를 제외하고 라이센스를 받아야합니다. 예를 들어 미국에서는 일부 방사선 동위 원소에 대한 라이센스가 필요하지 않습니다. 수량은 특정 수준보다 낮습니다 미국 원자력 규제위원회가 정한. 많은 연기 검출기에는 약 1 개의 소우주 또는 37,000 베르 컬 (Americium-241)이 있으며, 이는 5 µCI (185,000 bq)의 예외 제한보다 낮습니다. (방사성 동위 원소는 검출기 내의 공기를 이온화하고 연기의 존재가 이온화 속도를 변화시킬 때 경보가 트리거됩니다.)

누군가가 컬렉션을 시작하지 않는 한, 가장 작은 원자력 배터리조차도 너무 작습니다. 그게 바로 뭐야 미시간에있는 청년 1990 년대에 그랬습니다. 14 세에서 18 세 사이에 그는 연기 감지기, 캠핑 랜턴 맨틀의 토륨, 오래된 시계의 라듐 및 Gunsights의 삼중습을 수집하여 중성자 발전기를 구축하려고 시도했습니다. 그는 많은 방사성 물질을 모아 미국 환경 보호국이 자신의 집에 슈퍼 펀드 유해 폐기물 청소 현장을 선언했습니다.

그러나 방사성 동위 원소의 이점은 심오하며, 적절한 관리로 사용하는 것을 두려워해서는 안됩니다. 그들은 주로 의료 영상 및 암 치료에 주로 전 세계적으로 사용됩니다. 또한 유체 흐름을 모니터링하고 누출을 감지하는 추적자로 사용됩니다. 용접의 비파괴 검사 및 폭발성 감지.

혜택이 위험을 능가 할 수있는 새로운 용도 중 하나는 미군이 탐구 한 군인들에게 더 긴 전력을 제공하는 것입니다. 군인의 임무는 종종 전기를 사용할 수없는 원격 또는 불안정한 장소로 데려 가서 장비를 충전하지 못하게합니다. 이로 인해 병사들은 배터리를 운반하도록 강요하며, 그 무게와 수명은 임무를 제한합니다. 소형 핵 배터리는 화학 배터리에 비해 가벼운 대안 (무게 1/100)을 더 높은 에너지 밀도로 제공 할 것입니다. 그러나 그들은 방사선에서 병사들을 보호하기 위해 둘러싸여 있어야하고 가혹한 조건을 견딜 수 있도록 설계되어 무게를 더할 수 있습니다.

핵 반죽에 대한 또 다른 잠재적 인 새로운 용도는 통신, 이동 또는 비행하는 자율 센서 또는 로봇에 전원을 공급하는 것입니다. 하나의 설득력이 있습니다 곤충 크기의 비행 마이크로 드론 민간인 및 군사 목적을 위해. 그러나 비행이 끝날 때 그들을 모으는 것은 어려울 수 있으며 풍경을 쓰러 뜨리는 작은 방사성 물질도 남길 것입니다.

엔지니어링 과제 : Betavoltaics 대 알파 볼타 틱스

소형 원자력 배터리를 상용화하는 엔지니어링 과제를 봅시다. 일반적으로 실험실에서 대량 생산에 이르는 유망한 배터리 기술을 사용하는 것은 성공보다 실패로 끝날 가능성이 높은 복잡한 프로세스입니다. 핵 배터리를 사용하면 비용, 전력, 안전 및 수명 간의 많은 트레이드 오프를 협상하는 것이 포함됩니다.

먼저, 연료, 즉 방사선이 붕괴 될 때 방사선을 방출하는 요소의 동위 원소를 선택해야합니다. 이러한 동위 원소는 감마선, 베타 입자 및 알파 입자의 세 가지 유형의 방사선을 방출합니다. 감마선은 살아있는 조직을 포함하여 대부분의 고체로 깊숙이 이동할 수있는 짧은 파장 전자기파입니다. 그들은 포함하고 포착하기가 어렵 기 때문에 감마-방출 동위 원소는 일반적으로 피합니다.

표 1 : 핵 배터리에 사용되는 방사성 동위 원소

신용/출처 : Jake Blanchard

방사성 동위 원소는 스펙트럼의 에너지로 입자를 방출합니다. 붕괴 에너지는 방출 입자의 운동 에너지의 척도입니다. 그는 방사성 동위 원소가 부패합니다. 여기에 제공된 특정 전력은 이상적이고 순수한 방사성 동위 원소 소스가 수명 초기에 질량 단위당 얼마나 많은 힘을 생성 할 수 있는지를 측정합니다.

순수한 베타 또는 알파 이미터는 핵 전원에 더 나은 선택입니다. 베타 입자는 고체에서 중간 침투 범위를 갖는 전자입니다. 그들의 붕괴 에너지는 몇 킬로 엘렉트론 볼트 (삼중 수소 또는 수소 -3)에서 몇 메가 엘 전자 볼트 (YTTRIUM-90)로 이동합니다. 대조적으로 알파 입자는 베타 입자보다 더 높은 에너지 (특히 약 5 MeV)에서 방출되며 종이 한 장을 관통 할 수 없습니다. 그러나 장치의 핵과 충돌 할 때 결함을 생성하여 반도체를 손상시킬 수 있습니다. 이로 인해 Alpha Emitters는 소스 연료에 의해 생성 된 열을 전기로 변환하는 비분기 배터리 기술에 가장 적합합니다.

니켈, 탄소, 수소, 황, 프로 메이트, 폴로늄 및 플루토늄의 방사성 동위 원소는 모두 베타 또는 알파 입자를 방출하며 핵 배터리를위한 좋은 옵션입니다 (“표 1 : 핵 배터리에 사용되는 방사선 이소 탑”참조). 선택해야 할 것은 동위 원소의 반감기 및 붕괴 에너지를 포함한 여러 요인에 달려 있습니다.

배터리 수명이 가장 긴 경우 배터리의 출력 전원이 각 반감기에 걸쳐 2 배의 율이 떨어지기 때문에 반감기가 긴 방사성 동위 원소를 원할 것입니다. 즉, 삼중 수제 장치는 12 년마다 절반의 전력을 잃을 것이며, Plutonium-238 배터리는 88 년마다 절반의 전력을 잃게됩니다.

거의 회사가 할 수 없었던 일은 이러한 배터리의 새로운 시장을 찾고 영향을 미치는 제품을 만드는 것입니다.

대신 곤충 크기의 마이크로 드론과 같은 배터리의 전력 밀도를 최대화하는 것이 목표라면, 반감기가 짧은 사람이 필요합니다.. 예를 들어, Polonium-210은 반감기가 몇 개월이지만 그램 당 141 와트의 전력 밀도는 페이로드를 운반하기에 충분한 전력을 줄 수 있습니다. 짧은 반감기는 몇 달 동안 만 작동하고 몇 년 안에 완전히 부패 할 것임을 의미합니다. 그러나 아마도 어딘가에 버릴 수있는 마이크로 드론의 경우 아마도 좋은 일일 것입니다. (이 전력 밀도는 열 전력을 설명하지만 전기로 변환하는 데 손실이 있으므로이 연료를 사용하여 생성 된 모든 장치의 출력 전력 밀도는 낮습니다.)

가장 안전한 원자력 배터리 연료는 삼중 수소 및 니켈 -63입니다. 이들은 알파 입자보다 방패가 쉽고 반도체에 덜 손상되는 저에너지 베타 입자를 생성하기 때문입니다. 순수한 삼중습은 실온에서 가스이기 때문에 작업하기가 어려울 수 있습니다. 그것은 금속 수 소화물로 변환 될 수 있지만,이 과정은 안정적인 동위 원소와 혼합하여 에너지 밀도를 감소시킵니다. 또 다른 설계 고려 사항은이 더 안전하고 저에너지의 침투 깊이가 낮다는 것입니다. 베타 방출기 소스를 매우 얇게 만들어야합니다. 그렇지 않으면 입자가 배터리의 반도체에 도달하지 않습니다.

공급과 비용은 어떻습니까? 모든 방사성 동위 원소는 조달 비용이 많이 들며 일반적으로 소량으로만 사용할 수 있습니다. 원자로 코어에 전용 표적 재료를 배치함으로써 핵분열 동안 이들 중 거의 모든 것을 만들 수 있습니다. 입자 가속기를 사용하여 만들 수 있습니다. 일부 유형의 방사성 동위 원소는 소비 된 핵 연료에서 얻을 수 있습니다. 그러나 모든 단계에는 방사성 재료의 취급이 필요하기 때문에 이러한 옵션 중 어느 것도 간단하거나 저렴하지 않습니다.

1 그램의 3 그램 비용은 약 3 만 달러이며 약 0.3W의 열 전력을 생산할 것이며, 이는 일반적으로 몇 밀리 와트의 전력 만 생산할 것입니다. Plutonium-238의 공급은 너무 제한되어 NASA가 연료의 가용성에 따라 발사 일정을 설정해야합니다. 결과적으로 NASA는 Americium-241을 대안으로 추구하고 있습니다. 이러한 재료 시장이 크게 증가하면 이러한 비용이 어떻게 변할 것인지는 불분명합니다.

방사성 동위 원소 전원을 변환하는 방법

연료를 선택한 후에는 전환 기술을 선택해야합니다. 1950 년대에 개발 된 초기 방사성 동위 원소 전원은 단순히 하전 된 붕괴 입자를 수집하여 수집기와 소스, 즉 전압 사이의 전기 전위차를 생성하여 전기를 생산할 수 있습니다. 이 설계의 전류는 본질적으로 낮았으므로 배터리는 합리적인 변환 효율을 달성하기 위해 고전압 (킬로 볼트)으로 실행해야했으며, 이는 너무 어려운 것으로 판명되었습니다.

이 문제를 해결하려면 반도체를 사용하여 소스에 의해 방출 된 각 하전 입자를 수천 개의 전하 운반체로 전환하여 장치가 몇 킬로 볼트 대신 몇 볼트로 작동 할 수 있습니다. 이러한 장치의 물리학은 본질적으로 방사선의 공급원이 태양 대신 방사성 동위 원소에서 나온 것을 제외하고는 태양 전지의 물리학입니다. 방사성 동위 원소가 베타 입자 이미 터 인 경우 장치를 “Betavoltaic”이라고 부릅니다.

방사능을 전기로 변환하는 세 가지 방법

방사성 동위 원소가 부패함에 따라 핵은 자발적으로 방사선 형태로 에너지를 방출합니다.. 에너지는 포착되어 전기로 변환되어 저장되어 핵 배터리를 생성 할 수 있습니다. 일반적인 설계에서, 인접한 반도체는 방사선을 흡수하여 전류로 변환하거나 열전 장치는 방사성 이소탑이 생성 된 열을 전기로 변환합니다. 그러나 방사성 발광, 열전 및 열 요포 복착 전환과 같은보다 보이는 기술도 탐구되고있다.

방사선 발광 전환

이 접근법에서, 세륨 도핑 된 루테 티움 알루미늄 결정과 같은 신틸 레이터는 동위 원소로부터의 이온화 방사선에 노출되어 빛을 방출한다. 광은 포획되어 광전지로 전기로 변환되어 전환 효율을 향상시키기 위해 방출 된 빛의 주파수로 조정할 수 있습니다. 그러나 조명 생산 자체는 비효율적입니다.

열 전환

이 개념은 방사성 동위 원소를 사용하여 뜨거운 표면을 생성합니다 (일반적으로 1,500 이상 그런 다음 열 배출을 통해 전자를 방출합니다. 방출 된 입자가 소스 원자와의 상호 작용을 통해 고체로 동역학 에너지를 증착함에 따라 소스는 가열된다. 표면에 의해 방출되는 전자는 전위 및 현재 공급원을 생성하기 위해 수집 될 수있다. 전환 효율은 20 %에 도달 할 수 있지만 필요한 온도를 달성하려면 큰 공급원이 필요 하므로이 기술은 고출력 적용에만 적합합니다.

열 요소 전환

이 전략은 사용합니다 뜨거운 표면을 생성하는 방사성 동위 원소와 뜨거운 표면의 전자기 방사선은 태양 광 셀 내에서 전기를 생성합니다. 우수한 효율성을 얻으려면 이러한 장치는 29 %의 전환 효율을 위해 2,000 ° C에 매우 뜨겁게 작동해야합니다.

1950 년대 이래로 개발중인 Betavoltaic 배터리는 방사성 이미 터와 실리콘-디오드 흡수기를 특징으로합니다. 이미 터가 자연스럽게 붕괴되면 전자 (베타 입자 형태로)가 흡수기를칩니다. 이것은 전자 구멍 쌍의 계단식을 만듭니다. 이는 전자가 원래 위치에서 제거 될 때 발생하여 작지만 안정적인 전류 공급을 생성하는 “구멍”을 남깁니다. 이 과정은 빛이 전자 구멍 쌍을 생성하는 태양 전지와 유사합니다.

실리콘 다이오드가 장착 된 베타 볼타 배터리는 실리콘 카바이드에서는 몇 %, 최대 10 %의 전환 효율을 가지며 일반적으로 약 1 볼트에서 작동 할 수 있습니다. 일부 모델은 이것을 나타냅니다 효율은 23.5 % 나 높을 수 있습니다. Betavoltaics에 대한 최근의 연구는 다이아몬드 반도체를 사용하여 더 높은 밴드 갭으로 인해 더 높은 전환 효율을 제공합니다.

Betavoltaics는 견고한 상태, 단순하며 비교적 저렴하기 때문에 핵전거 시설의 저전력 옵션 (약 밀리 와트 미만)을 생산하는 이상적인 방법을 제공합니다. 그들은 고전력 장치를 만드는 데 사용될 수 있지만,이 경우 더 높은 전력 밀도를 달성하기 위해 알파 이미 터로 전환하는 것이 좋습니다. 그러나 알파 입자는 반도체를 손상시키기 때문에 사용하려면 일반적으로 전기로 전환 된 열에 의존하는 전환 옵션이 필요합니다.

예를 들어, NASA는 RTG에서 열전 전환을 사용하며 보이저 1 그리고 2또한 2 개의 화성 로버와 오버 40 기타 NASA 임무. 영화를 본 적이 있다면 화성당신은 화성에 혼자 갇힌 Matt Damon의 캐릭터가 RTG를 어떻게 사용했는지 기억할 수 있습니다. 그는 로버를 여행하는 동안 따뜻하게 유지하기 위해 열원이 필요했기 때문에 이전 미션에서 오래된 RTG를 파고 차량 안에 넣었습니다.

열을 전기로 변환하기 위해, RTG는 일련의 열전대를 사용하며, 이는 2 개의 이종 도체의 접합으로 구성됩니다. 이러한 구성 요소는 온도 구배가있을 때 잠재력을 생성합니다 ( Seebeck 효과). 1970 년대의 맥박 조정기는 또한 더 작은 규모에도 불구하고 열전 전환에 의존했습니다.

보다 악의적 인 전환 기술로는 방사선 발광 전환, 열전 전환 및 열 예방 전환 (사이드 바,“방사능을 전기로 변환하는 세 가지 다른 방법”참조)이 포함되지만 실험실에서 잘 작동하지만 작동 온도가 높거나 분해 문제가 발생합니다. 대부분의 회사는 Betavoltaic 기술 개발에 중점을두고 있습니다.

누가 핵 배터리를 개발하고 있습니까?

1970 년대에 소규모 베타 볼타 전력 공급원의 발명 이후, 핵 배터리에 대한 대부분의 연구는 1 마이크로이트 미만의 전력 수준에 중점을 두었습니다 (“표 2 : 핵 배터리 개발중인 WHO”참조). 현재까지 이러한 노력 중 많은 부분이 비밀리에 갇혀 있었고, 현장에서 특허가 부족해서 자신의 특징과 장점을 판단하기가 어려워졌습니다.

베이징 베타 볼트 New Energy Technology Co. 시리얼 스퀘어 크기 (15 x 15 x 5 밀리미터)의 크기는 100 µW 배터리를 가지고 있으며 50 년 동안 지속될 수 있다고 말합니다. 이 회사는 Nickel-63, Tritium, Promethium-147 및 Strontium-90을 사용하여 Betavoltaics와 협력하여 에너지를 전기로 변환하기 위해 다이아몬드 반도체를 사용하고 있습니다.

표 2 : 누가 핵 배터리를 개발하고 있습니다

베이징 베타 볼트 (Beijing Betavolt)는 작년에 2025 년에 1-W 버전을 상업적으로 출시 할 계획을 발표했지만, 언론 시간이 지남에 따라 여전히 라이센스와 자금을 찾고있었습니다. 항공 우주, 의료 임플란트, 웨어러블 장치, MEMS 시스템, 고급 센서, 소형 드론, 미니어처 로봇, 법률 집행 장비 및 화재 안전 원격 통신이 잠재적으로 응용 프로그램에 적용됩니다.

베이징 베타 볼트의 장치가 약 5 %의 전환 효율을 가지고 있다고 가정하면 배터리는 약 20 개의 코퍼 또는 7,400 억 개의 베르큐어 (0.4 그램)의 니켈 -63을 보유해야합니다. 이것은 시장에서 사용할 수있는 전형적인 니켈 -63의 양보다 훨씬 높으며, 일반적으로 Millicurie 범위에 있습니다.

현재까지 많은 노력이 비밀리에 가려져 있었고, 현장에서 특허가 부족하여 자신의 특징과 장점을 판단하기가 어려워졌습니다.

Infinity Power는 또한 코인 크기 배터리에 니켈 -63을 사용하지만 개발 한 새로운 전기 화학 전환 프로세스로 인해 덜 필요할 수 있습니다. 이 회사는 전환 효율이 60 %를 초과하여 최고의 방사성 동위 원소 발전기보다 약 6 배를 초과한다고 밝혔다.

Infinity의 설계에서 동위 원소는 독점 액체 전해질에 용해되거나 현탁됩니다. 방사성 동위 원소의 붕괴는 전해질을 이온화하는 고 에너지 베타 입자를 생성하여 용액에 담그고 외부 회로를 통해 전자 흐름을 구동하여 전기를 생산하는 전자 흐름 사이의 잠재적 차이를 만듭니다.

학업 및 정부 연구원들도 핵전기를 추구하고 있습니다. 영국의 브리스톨 대학교 (University of Bristol)와 지난해 UKAEA는 방사능 형태의 탄소 인 Carbon-14에 의해 연료를 공급받은 배터리를 개발했다고 발표했습니다. Carbon-14의 반감기가 5,700 년으로 인해 배터리는 이론적으로 수천 년 동안 지속될 수 있습니다. 영국은 국가의 흑연-수조 가스 냉각 핵분열 반응기에서 청소 될 수 있기 때문에 충분한 연료를 공급하고 있습니다. Carbon-14는 최대 에너지가 156 킬로 엘렉트로 볼트의 베타 입자를 생성하며, 이는 배터리의 다이아몬드 반도체의 손상을 방지하기에 충분히 낮아야합니다.

한편, 중국 연구원의 협력이 2024 년 12 월에 보고서를 발표했습니다. 원자력 과학에 관한 IEEE 거래 a 방사선 발광 원자력 배터리. 이 팀은 전자기 방사선을 방출하는 X- 레이 소스를 사용하여 전자를 방출하는 베타 소스를 모방하여 장치의 작동 방식을 이해하도록 돕습니다. X- 레이 광자는 2 개의 무기 신선질체를 흥분시켜 빛을 방출하고 상업적인 실리콘 포토 다이오드는 빛을 전기로 변환했습니다.

이 신생 기업이 계획 한 제품은 큰 약속을 제공합니다. 그들의 지속적인 성공의 핵심은 핵장 배터리의 이점이 문제를 능가하는 시장을 식별하는 것입니다. 우주 응용 분야의 이러한 장치 시장은 강력하지만 새로운 시장이 발생하는지 여부는 여전히 남아 있습니다.

승인 :이 기사에 대한보고에 기여한 Yu-Tzu Chiu에게 특별한 감사를드립니다.