BG110821A - Метод и устройство за пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа - Google Patents

Abstract

Методът и устройството намират приложение в енергетиката, по-специално в ядрената, и в електропромишлеността. Устройството, наречено преобразувател (1), представлява обемна система от линейно подредени плоски електрически кондензатори, в междуелектродното пространство на които е поставен сменяем, наноразмерен, кластерен, с композитен строеж прахообразен материал (4), притежаващ изолационни и феромагнитни свойства и изпълняващ функцията на дискретен изолатор (5). Така оформен, преобразувателят (1) е поставен в защитен кожух (16), имащ странични срещуположни отвори (17). Той се подлага на комбинирани, управляеми и проникващи в обема му въздействия на радиационно лъчение от алфа-, бета- и гама-лъчи и управляемо магнитно поле (7). Радиационното лъчение се генерира от радиоактивен източник (6), разположен над преобразувателя (1) и поставен в защитна камера (20), имаща подвижно дъно (21), която е свързана към кожуха (16). Управляемото проникващо магнитно поле се реализира от електромагнит (8), разположен около кожуха (16), с бобини (23), поставени върху стъблата на магнитните полюси (22), въведени в кожуха (16) през отворите (17). В резултат на взаимодействието между дискретния изолатор (5) с радиационното лъчение и магнитното поле (7), той се превръща в междуелектродното пространство на всеки плосък кондензатор от преобразувателя (1) в обемна, заредена с електрически товари, поляризирана, магнитно-електрическа, диполна, суперхетерогенна управляема сист

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до метод и устройство за пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа и представлява източник (батерия - акумулатор)

на електрическа енергия.

Изобретението ще намери приложение в енергетиката, по-специално ядрената, както и в електропромишлеността и в области, използващи автономни и компактни захранващи източници, изискващи висока изходяща и управляема електрическа мощност.

Предшестващо състояние на техниката

От преглед и анализ на публикуваната информация, като най-близък до нашия

метод и устройство, е известен метод (технология) на инж. Liviu Popa-Simil от частна изследователска компания LAVM и проф. Claude Montel от Университета Алабама,

САЩ. Авторите са представили метода пред „Американското научно общество за изследване на материали” през месец март 2006 г. в Сан Франциско, Калифорния. Той включва изграждане на преобразувател от подредени слоеве, образувани от въглеродни (електрически непроводими обработенени с бор) нанотръбички, покрити отвън с литиев хидрид и запълнени (покрити) отвътре със злато. Всички златни окончания се извеждат на един колектор, а окончанията на литиевия хидрид - на друг. Така построен, преобразувателят по своята електрическа същност представлява блок (масив) образуван от паралелно включени наноразмерни кондензатори с коаксиална конструкция (геометрия). Подложен на радиационно лъчение, което преминава (прониква) през пластовете на нанотръбичките, и чрез вътрешен фотоефект лъчението избива от златните проводници високо енергийни електрони, с което обединеният златен колектор придобива положителен потенциал. Излитайки навън, те преминават през стената на нанотръбичките и попадат в литиевия хидрид, който като проводник ги отвежда към другия колектор, придобиващ отрицателен потенциал. Получената сумарна (от всички кондензатори) потенциално разлика се извежда на двата колектора

и може да се подаде към консуматор на електрическа енергия. Авторите съобщават за изключително висок коефициент на преобразуване на радиационната енергия в електрическа, над 90%, и незначително отделяне на топлина.

Построеният преобразувател се зарежда (акумулира и натрупва) с електрически товари, преобразувайки радиационното лъчение в електрическа енергия, а се разрежда по експоненциална зависимост на разрядния ток, чиято големина зависи от стойността на включения товар.

Заради технологическа сложност в изграждането на такъв вид преобразувател

авторите преминават към обемна система - масив от подредени наноразмерни слоеве (пластове) в следната последователност: злато 10 пт; силициев диоксид (изолатор) 20 пт; алуминий 20 пт и алуминиев оксид 10 шп. Те представляват наноразмерни по дебелина плоски електрически кондензатори, свързани паралелно (може и комбинирано) към два колектора. Методът за пряко преобразуване на радиационната енергия в електрическа е близък и аналогичен на гореописания (1,2).

Известен е патент (3), в който авторът предлага да се използва високата енергия на γ-, а- и β-лъчение за по-ефективно зареждане на напрежение в ядрените батерии.

Методът включва: две електрода поставени в близък контакт, единият - метален, • · · · · -99 ··· · ···· другият - полупроводник. По този начин се създава енергийна бариера между плоскостите им. Когато този контакт е подложен на радиационно облъчване, поради състоянието на повърхността на полупроводника, енергетичната бариера нараства. Така се генерира потенциално разлика, която се използва за източник на електрическа енергия и ток в разрядната верига.

Известен е патент (4), в който авторът предлага да преобразува радиационна енергия в електрическа, като изработва преобразувател от полупроводников материал и го облъчва с радиационно лъчение. По този начин се образува известен брой двойки електрон-дупка в него. Прилагайки върху него магнитно поле в посока перпендикулярна на посоката на дифузия на създадените двойки електрон-дупка се цели да се разделят електроните от дупките в посока, перпендикулярна на посоката на дифузията и на магнитното поле. По този начин се извеждат електроните и дупките в крайните плоскости (колектори) на преобразувателя, като потенциална разлика, т.е. електрическа енергия.

Известен е патент (5), в който авторът предлага диодна атомна батерия направена от обемен полупроводников кристал, включващ триразмерни масиви от колони и тънкослойни р-п връзки. Батерията са зарежда от емисия на γ- и Х-лъчи от радиоактивен източник, вграден във вътрешността на полупроводниковия кристал. По този начин се генерират носители на електрически товари в преобразувателя, които се извеждат върху крайни колектори.

Известен е и друг начин, предложен с патент (6), в който авторът предлага радиоизотопен фотоелектрически генератор за източник на високо напрежение. Методът се базира на фотоелектричен ефект. Реализира се чрез генератор, съставен от материали подредени в редуващи се слоеве с голям и малък атомен номер Ζ, които са изолирани чрез вакуум или друг изолационен материал. Ниско енергийни фотони от

радиоактивен източник взаимодействат предимно с материал с голям Z чрез фотоелектричен процес, излъчвайки фотоелектрони, чиято енергия достига тази на падащите γ-лъчи. Дебелината на материала с голям Z е по-малка от дължината на един пробег на електрона в този материал, а дебелината на материала е малък Z е по-голяма. По такъв начин възниква пренос на електрони от пластове с голям Z към тези с малък Z. Този трансфер се получава, защото електроните се излъчват предимно от пластове с голям Z и се спират в тези с малък Z. Създадената потенциална разлика между обединените пластини с голям Z и малък Z е в киловолта. Батерията доставя енергия на

външен електрически консуматор (резистор), чиято стойност е избрана така, че да се произвежда нужния волтаж и се контролират други експлоатационни параметри на батерията.

Друг метод (7) се базира на многослойни хетероструктури с калибрирани междузонни преходи. Състав от непрекъснат твърд разтвор на SiO₂ до Si се променя плавно, за да се достигне висока степен на разсейване на радиационно облъчвателната кохерентност. По този начин радиацията на който и да е център на разсейване е във фаза с външни разсеяни радиационни лъчи. Получава се резонансно взаимодействие

между външните разсеяни радиационни лъчи и атомите и молекулите на хетероструктурата. В резултат става ефективно преобразуване на радиационна честота и на радиационно лъчение в електрически ток в преобразувателя.

Известни са разсъждения, становища и идеи, дадени в статии (1,2), че при ядрени реакции съпроводени е отделяне на топлина, се пренасят масовите дефекти, т.е.

свързващата излишна енергия в ядреното гориво се трансформира в кинетична енергия на генерираните частици (лъчения). Те преминават през решетката на материала и взаимодействат с него чрез йонизация и ядрени сблъсъци. При направа на композитни слоеве от проводник - изолатор и поставянето им на пътя на такова лъчение енергията на йонизация се превръща в натрупване (акумулиране) на електрически товари поради поляризацията. Резултатът е супер кондензатор зареждан от движещите се частици, който се зарежда от тях.

Друго обсъждано становище е да се използват композитни (от два материала) наночастици, организирани така, че да действат като последователно свързани електрически диполи, представляващи наноизточници на потенциал, даващи висок сумарен волтаж (2).

Известен е метод за създаване на три размерни наноструктури. Той е публикуван

в съобщение за печата на сайта (8) на Масачузетския технологичен институт (MTI).

Първите резултати са получени още през 2005 г., когато изобретателите са успели да създадат миниатюрен кондензатор, притежаващ триизмерна структура. В момента изследователите работят над няколко технологии за създаване на структури от плоски заготовки. Според тях най-трудно и сложно в присъединяването на нанокомпонентите е привличането между различните плоскости. За тази цел в момента те използват магнит. Представители на MTI считат, че изобретението ще намери приложение в създаването на миниатюрни електронни устройства от ново поколение и в други област.

Основните несъвършенства на разглежданите методи (начини) за пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа са: използване на източници на радиационно лъчение от един вид, с ниски стойности на създаваното радиационно поле и технологичната му несменяемост. Липсва и управляемост на радиационното лъчение. Няма батерии, които за източник (с комбинирано лъчение) да използват отработено ядрено гориво, остатък от преработено такова, или твърди и формирани радиоактивни отпадъци. Не са отработени технологии за построяване на преобразуватели, работещи с управляеми (по отношение на зареждане и извличане на енергия) дискретни, наноразмерни суперхетерогенни системи и кондензатори. В тяхното изграждане да е заложен сменяем специфичен наноразмерен материал, имащ способността при определени управляеми въздействия да изгражда такива хетерогенни контролируеми системи. Процесът (методът) силно се усложнява, когато преобразувателите генерират висока по стойност електрическа мощност, особено в частта за безопасна радиационна защита и материалите за нейната реализация.

Известно е устройство (9), представляващо специфична атомна батерия.

Характеризира се с това, че при облъчване на тънка полупроводникова пластина (слънчева батерия) с а-лъчи от плутониев източник се генерира електрически ток.

Предлага се атомна батерия (блок - масив) от полупроводникови елементи, между които се разполага плутоний. Авторът счита, че такава батерия може да генерира значителна електрическа мощност.

Известни са метод и устройство (10), като методът включва: два електрода с висока електропроводимост, разположени на известно разстояние един от друг, като единият е положителен, а другият - отрицателен. Между тях от страната на отрицателния електрод се разполага (обособява) пореста изолационна мембрана. Върху вътрешната страна на положителния електрод се изгражда слой от прахообразен

актиноиден елемент като торий актиний и др., смесено със свързващо вещество. В резултат на това между двата електрода възниква електродвижеща сила. Актиноидният елемент претърпява промени от α-разпадане и се образуват йонизиращи електрони когато а-лъчението преминава през изолираното пространство в посока към отрицателния електрод. Активното вещество, освен актиноидни елементи съдържа и вещество, акумулиращо положителни йони, образувани след α-разпада при отделянето на йонизиращи електрони. Това акумулиращо вещество представлява прахообразни кристали на въглеродна основа или на кобалтова основа.

Акумулирането на електричество става възможно и при подаване на външно напрежение между двата електрода, а в слоя на активното вещество се вкарват електрони отвън. Батерията може да стане многоклетъчна като между тях се поставя диелектричен слой, съдържащ въглерод и слоевете се припокриват.

Известно е устройство (11), наречено композитна изотопна батерия от тип с микроканална пластина. Композитната (съставна) батерия включва: изолирана подложка, върху която отляво надясно са поставени изолирано първи източник на лъчение, първи приемащ полюс, втори източник на лъчение, втори приемащ полюс.

Особеността на батерията е в това, че между втория източник на лъчение и втория приемащ полюс е поставена микроканална пластина, като първият източник на лъчение е свързан чрез проводник с края на високото напрежение (+) на микроканалната пластина, а краят на ниското напрежение (-) на микроканалната пластина е свързан чрез проводник с първия приемащ полюс. Вторият източник на лъчение служи за анод, а вторият приемащ полюс - за катод. Другата особеност е разстоянието между многоканалната пластина и втория източник на лъчение (анода), което е от 0,5 до 5 см.

Другото разстояние между пластината и втория приемащ полюс (катода) е от 0,5 до 5 см. Разстоянието между първия източник на лъчение и първия приемащ полюс е от 0,5 до 5 см. Следваща особеност е, че за микроканална пластина се използва многополюсна микроканална пластина.

Батерията действа по следния начин: от образуваната първа изотопна батерия е първични електрони се генерира високо напрежение. Вторият източник на лъчение е излъчващ полюс, подаващ входящи електрони към микроканалната пластина, последната ги умножава (действа като фотомножител) като ги подава на втория приемащ полюс. Вторият източник на лъчение и вторият приемащ полюс образуват втора изотопна батерия с първични електрони. Между тях е разположена микроканална • · пластина, която умножава електроните. Батерията е поставена под вакуум и между втория източник на лъчение (анод) и втория приемащ полюс (катод) се генерира електрическо напрежение (потенциална разлика) и при включен товар между тях протича ток.

Микроканалната пластина е направена от материал (оловно стъкло) като представлява масив от умножителни елементи, съдържащи хиляди или милиони паралелни цилиндърчета. Когато в пространството на цилиндърчетата е налице силно електрическо поле, приблизително 10⁴ волт/см, навлизащите излъчени частици бомбардират отрицателния полюс и се отделят електрони, които се умножават.

Създадените сега (реализирани или патентовани) изотопни батерии с пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа имат ниски енергийни стойности, но с голям срок на експлоатация. Това определя използването им във важни области като мобилни телефони, микро- и нано електроника, наномеханика и роботика и др., но не и там, където се изисква мощност в киловати. Те не са управляеми както по отношение на преобразуване и акумулиране на електрически товари, т.е. зареждане, а също и по извличане (разреждане) на натрупаната енергия. Използваният радиоактивен

източник, най-често изотоп, веднъж заложен, е технологично несменяем. При големия срок на експлоатация на такава батерия и при износване на захранващото устройство, напр. мобилен телефон има вероятност от замърсяване на битовата и околната среда.

Като конструкция батериите представляват видоизменени (специфични) плоски електрически кондензатори (преобразователни клетки), които могат да образуват масиви (блокове) чрез определено свързване между тях. Сложна е технологията за изграждане на отделната клетка, включващо много различни компоненти, оформени като микро- и нанослоеве (пластове) с дадена размерност. Това изисква сложно технологично оборудване и висока научна квалификация на изпълнителите.

·

9999 999

Техническа същност на изобретението

Цел на настоящето изобретение е да се предложи метод и създаде устройство за пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа, представляваща управляема за преобразуване и акумулиране на електрически товари и извличането им чрез дискретна диполна магнитноелектрическа, суперхетерогенна обемна кондензаторна система, базирана главно върху използване за изолатор в нея на сменяем кластерен наноразмерен материал със специфични свойства, строеж и химически състав, както и да се избегнат установените сега несъвършенства в нивото на

техниката.

При метод за пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа, съгласно изобретението започва с предварително изграждане на обемна система с открит корпус отгоре и оформен вътрешно в линейно подредени плоски електрически кондензатори, наречена преобразувател. В него за електродни плоскости на кондензаторите се използва метален диамагнетик. В пространството, образувано между електродните плоскости се поставя сменяем, наноразмерен, кластерен, композитен, прахообразен материал. Последният притежава изолационни и феромагнитни свойства.

Този материал изпълнява функцията на дискретен изолатор в преобразувателя. Така изграден, преобразувателят се поставя в защитен кожух и съгласно изобретението се подлага на комбинирано, управляемо и проникващо в обема на преобразувателя въздействие. Те са радиационно лъчение от α·, β- и γ-лъчи и магнитно поле. Съгласно изобретението при тези въздействия върху преобразувателя, дискретният изолатор в него се преобразува и променя. Всяка отделна наноразмерна частица от него се превръща в зареден, поляризиран, магнитноелектрически дипол, представляващ обединен върху една наноразмерна частица двоен дипол, магнитен и електричен. Те са ориентирани по магнитните силови линии на въздействащото магнитно поле.

Дискретният изолатор като цяло, заложен в преобразувателя, се превръща в обемна, заредена, поляризирана, магнитноелектрическа суперхетерогенна управляема система, а кондензаторите в него - в заредени суперхетерогенни управляеми магнитнодиполни кондензатори, образуващи обединена кондензаторна батерия - акумулатор. Тази кондензаторна батерия, съгласно изобретението, се зарежда от радиационните лъчения на α-, β- и γ-лъчи, генерирани от сменяем, управляем радиоактивен източник, а се разрежда също управляемо чрез промяна на стойността на коефициента на поляризация на дискретния изолатор, т.е. на неговата електрическа възприемчивост. Големината на

стойността на коефициента на поляризация на дискретния изолатор зависи функционално от стойността на интензитета на въздействащото магнитно поле и феромагнитните свойства на наноразмерните частици.

Съгласно изобретението комбинираните, управляеми и поникващи в обема на преобразувателя въздействия на радиационно лъчение от α-, β- и γ-лъчи и магнитно поле с неговите силови линии довеждат до взаимодействие с всяка частица на дискретния изолатор в преобразувателя. Така я зареждат с електрически товари и я поляризират, т.е. ориентират по и върху магнитните силови линии. По този начин

поставеният дискретен изолатор в преобразувателя се превръща в обемна, управляема, заредена суперхетерогенна система. Нейната структура е наноразмерна от магнитноелектрически диполи. Това превръщане се реализира във всеки отделен кондензатор на преобразувателя.

Съгласно изобретението суперхетерогенната система в хоризонтално направление представлява подредени, контактуващи помежду си, заредени с електрически товари, поляризирани нанопластове от линейни магнити. Те са образувани от линейни нишкови магнити, които пък са съставени от подредени, контактуващи, заредени и поляризирани по магнитните силови линии на магнитното • · поле магнитноелектрически диполи. Създаваните от тях линейни магнити имат обратна ориентация спрямо въздействащото магнитно поле.

Съгласно изобретението, суперхетерогенната, заредена, поляризирана и управляема система във вертикално направление и перпендикулярно на въздействащото магнитно поле е образувана от: подредени, контактуващи помежду си, поляризирани, заредени с едноименни електрически товари, но различен за всеки нанопласт от структурата, представляващ листов магнит. Те са образувани (организирани) в нанопластове от краищата на заредените магнитноелектрически

диполи, имащи в резултат на поляризацията еднакъв магнитен и електрически поляритет. Граничните и заредени магнитни листове, образувани във всеки кондензатор на преобразувателя, контактуват е електродните метални диамагнитни плоскости. По такъв начин им придават своя получен електрически потенциал. Тези наноразмерни магнитни листове имат обратна полюсна ориентация спрямо въздействащото магнитно поле.

Съгласно изобретението, всеки кондензатор от преобразувателя запълнен с дискретен изолатор, получава сумарна потенциално разлика между електродните

метални плоскости, защото по своята електрическа същност подредените, контактуващи, заредени и поляризирани наноразмерни магнитни листове представляват последователно свързани плоски електрически кондензатори. Така получена тази сумарна потенциална разлика се извежда към междинните електродни плоскости на преобразувателя чрез проводници, скрити в корпуса му. Стойността на тази обща сумарна от всички кондензатори в преобразувателя потенциална разлика се извежда върху крайните колектори. Тя се управлява е промяна на стойността на коефициента на поляризация на дискретния изолатор, т.е. на неговата електрическа • · *

възприемчивост. Последната е функционално зависима от интензитета на въздействащото магнитно поле и феромагнитните свойства на дискретния изолатор.

Съгласно изобретението, използваният за дискретен изолатор сменяем, наноразмерен, кластерен композетин материал, който се поставя в преобразувателя, е образуван от отделни, пространствено обособени в зони наночастици. Те имат определен химически състав, структура, форма и композитен строеж на отделния кластер. Външната зона е оформена като изолатор, образувана от отделни най-често със сферична форма, и съединени чрез допир и залепване една към друга при висока

температура наноразмерни частици, образуващи форма на грозд. По такъв начин полученото изолаторно покритие на отделния композитен кластер придобива голяма специфична повърхност и дълбока открита наноканална порьозност. Получава се способност при взаимодействие на радиационното облъчване с α-, β- и γ-лъчи с отделната частица последната да акумулира голям брой електрически товари. Те проникват в обема на изолаторното покритие.

Съгласно изобретението, вътрешната зона под изолаторното покритие на композитния кластер е изградена с наноразмерни частици от чист метал, метални

съединения и сплави, имащи силно изразени феромагнитни свойства. При проникване на γ-лъчите в дълбочина през изолаторната зона на отделната частица се реализира вътрешен фотоефект и от металите, заложени във вътрешната зона се генерират допълнителни електрически товари, които зареждат активно дискретния изолатор.

Съгласно изобретението, външната изолаторна зона на сменяемия, наноразмерен, кластерен, композитен, прахообразен материал, служещ за дискретен изолатор в преобразувателя, е образувана от наноразмерни изолаторни сферички, контактуващи чрез прилепване една към друга при висока температура и даваща обща форма на грозд. Материалът на тези частици е остъклен (аморфен) силициев диоксид.

• ·

Вътрешната зона на дискретния изолатор е изградена от наноразмерни частици от чисто желязо, магнетит, железни и желязоникелови, кобалтови и хромови сплави, които могат да са покрити със злато.

Техническата същност на устройството реализиращо метода за пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа, се състои в следното: ограничен и изграден от изолаторни стени корпусът на преобразувателя е с вътрешно подредено линейно клетъчно оформление. Клетките са подредени линейно и последователно една на друга. Те имат еднакво напречно и надлъжно сечение, а дебелината им е много по

малка от дълбочината и широчината. Така построен, корпусът на преобразувателя е поставен в защитен кожух чрез вакуумно-херметична връзка, в който в две от успоредните му и срещуположни стени, които са успоредни на надлъжното сечение на клетките в корпуса, са направени отвори. Кожухът и преобразувателят са открити в горната си плоскост.

Същността на устройството се състои в това, че върху крайните срещуположни и успоредни стени на първата и последната клетка на преобразувателя, а и върху всяка успоредна на тях, разделяща изолаторна стена в клетките, вътрешно се нанасят

(формират) метални диамагнитни елктродни плоскости с равно надлъжно сечение, но по-малко от изолаторната основа. Така вътрешността на преобразувателя се превръща в линейна, обемна система от последователно наредени плоски електрически кондензатори. Те могат да се свържат помежду си последователно, паралелно или комбинирано чрез проводници, скрити в изолаторния корпус. Крайните им изводи са свързани към крайните колектори на преобразувателя. Пространството между електродните метални диамагнитни плоскости на преобразувателя е запълнено със сменяем, наноразмерен, композитен, прахообразен материал, имащ изолационни и феромагнитни свойства. Този материал е дискретният изолатор в линейно обемната система от плоски електрически кондензатори на преобразувателя. От крайните му колектори са изведени навън изолирани електрически проводници. Те са свързани към консуматор на електрическа енергия. В пространството над преобразувателя е разположен сменяем и управляем радиоактивен източник, генериращ радиационно лъчение от α-, β- и γ-лъчи. Те могат да бъдат с различна интензивност на създаваното от тях радиационно поле. Източникът е поставен и закрепен в защитна камера, свързана чрез вакуумно-херметично връзка с горната открита плоскост на защитния кожух, в който е заложен корпусът на преобразувателя. Защитната камера е е подвижно дъно (бленда), което спира или пропуска радиационното лъчение към преобразувателя чрез горната открита плоскост. В направените странични отвори в защитния кожух на преобразувателя, направен от диамагнитен материал, са поставени магнитните полюси на електромагнит, създаващ въздействащото магнитно поле. Този електромагнит е разположен външно и разглобяемо спрямо защитния кожух и неговите магнитни полюси преминават през страничните му отвори. Те се допират външно е челата си до крайните странични изолационни стени на първата и последна клетка на преобразувателя. Напречното сечение на магнитните полюси покрива или е по-голямо от това на крайните колектори на преобразувателя. Бобините на електромагнита са свързани последователно помежду си и към изводите от крайните колектори на преобразувателя чрез PID устройство (9) за регулиране, което също е включено към изводите от крайните колектори.

Технологичните предимства и получаваните ефекти от реализацията на предложените метод и устройство за пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа са: започва се с една опростена в технологично отношение операция по изграждане на обемна система от последователно подредени плоски електрически кондензатори. За дискретен изолатор в тях е поставен сменяем, наноразмерен, с

композитен строеж и кластерна структура материал, имащ обединени изолационни и феромагнитни свойства. Така изградена, обединената обемна кондензаторна система се нарича преобразувател. Подложен на комбинирано, управляемо и проникващо в обема му въздействие от радиационна енергия от α-, β- и γ-лъчи и от магнитно поле се постига обемно взаимодействие между всяка частица на дискретния изолатор е тях и помежду им. От този момент дискретният изолатор започва да изпълнява основната си функция (ефект) в процеса на преобразуване на радиационната енергия в електрическа, независимо от това какъв вид е лъчението - α, β или γ, генерирано от радиоактивния

източник. Тази универсалност на процеса (ефект) на преобразуване в кондензаторната система, т.е. преобразувателя, от един вид енергия в друг, се дължи на ефекта на обемно превръщане на дискретния изолатор в суперхетерогенна, заредена, поляризирана, магнитноелектрическа, диполна и управляема (ефект) система за всеки отделен кондензатор на преобразувателя. Полученият ефект на универсалност в преобразуването означава и универсалност (ефект) в избора на вида на радиоактивния източник, служещ за носител на радиационна енергия. Управляемостта на обемното трансформиране на дискретния изолатор в суперхетерогенна система е динамично

(ефект) за всяка отделна частица от него. Тя едновременно се зарежда, поляризира и ориентира чрез завъртане в обемното междуелектродно пространство на кондензатора, където е проникнало комбинираното въздействие. Това рязко повишава коефициента на превръщане (КПД) от една енергия в друга (ефект) достигащ > 90%. За тази висока стойност на КПД помагат още два ефекта. Единият е способността на наноразмерния дискретен изолатор да акумулира голям брой електрическ товари в единица обем, когато е облъчен с радиационно лъчение, а вторият ефект е, че по своята електрическа същност получаваната обемна, суперхетерогенна, заредена, поляризирана и управляема система, имаща наноразмерна структура, представлява система от последователно

свързани и заредени плоски електрически кондензатори. Те запълват изолаторния обем на всеки предварително изграден кондензатор в преобразувателя. Такъв кондензатор, наречен магнитнодиполен суперхетерогенен, е управляем (ефект) както по отношение на зареждане с електрически товари, така и за извличане на натрупаната енергия от него. Реализира се (ефект) чрез промяна на коефициента на поляризация на дискретния изолатор, т.е. на електрическата му възприемчивост, зависеща функционално от интензитета на въздействащото магнитно поле.

Описание на приложените фигури

На фиг. 1 е показано едно примерно изпълнение на устройството, реализиращо изобретението в общ вид и частични разрези. На фиг. 2 е показан схематично в увеличен вид дискретен изолатор, намиращ се между електродните плоскости на един кондензатор, трансформиран в суперхетерогенна, заредена, поляризирана и ориентирана система в резултат на комбинираното въздействие.

Примери за изпълнение на изобретението

Методът съгласно изобретението се състои в следното: изграждане на обемна система 1 от плоски електрически кондензатори, 11 на брой, с общ обем между

електродните метални диамагнитни плоскости 220 см . Дебелината на разглобяемите изолаторни основи - стени 18, 19 в клетките е 3 мм. Срещуположните електродни метални диамагнитни плоскости 2, 3 се нанасят върху стените 18, 19 вътрешно по плазмен спрей метод. Материалът може да бъде мед, алуминий, молибден, волфрам и др. Дебелина им е от 0,4 до 0,8 мм след полиране. В долния и горния край на изолаторните основи двустранно остава ивица от непокрит изолатор. Така подготвени, изолаторните стени 18, 19 се поставят в изолаторно дъно с канали, а отгоре се притискат (фиксират) с рамка с канали. Чрез проводници 15 скрити в корпуса на изолаторното тяло кондензаторите се свързват паралелно спрямо колекторите 3. В полученото пространство между електродните плоскости 2, 3 на всеки кондензатор за дискретен изолатор между тях се поставя наноразмерен от 50 до 150 нм кластерен, композитен, прахообразен материал 4, притежаващ външна изолаторна зона получена от силициев диоксид и вътрешна - от феромагнитни чисти метали и сплави като желязо, никел, кобалт, магнетит и др., които могат да са покрити външно със злато. Изградената по този начин обемна система от кондензатори, наречена преобразувател 1 се поставя в защитен кожух 16, изработен също от метален диамагнитен материал, имащ в срещуположните и успоредни стени отвори 17. При поставянето в защитния

кожух 16 се осигурява вътрешна електрическа връзка между проводниците 15 и 24, свързани към колекторите 3. Кожухът 16 е отлят от олово с добавъчни примеси и е открит заедно с преобразувателя 1 в горната плоскост 11. Поставяме в отворите 17 на кожуха 16 магнитните полюси 22 така, че да се допират с челата си към външната плоскост на стените 18. След това върху стъблата монтираме бобините 23 и затваряме механически магнитопровода на електромагнита 8 към магнитните полюси 22. Върху така оформения преобразувател 1 провеждаме тестови изпитания с въздействащото магнитно поле 7 чрез външно захранване на бобините 23 и покрита със стъкло плоскост

11. Трябва да наблюдаваме динамика и поляризационно ориентиране на дискретния изолатор 5 във всеки обем от кондензаторите при промяна на подаваното напрежение към бобините (23). Това означава, че магнитните силови линии 12 на създаваното въздействащо магнитно поле 7 прониква в целия обем, т.е., че магнитните линии се затварят между двата му полюса 22. Измерваме и отчитаме при този резултат напрежението към бобините 23 и тока през тях. Изключваме външното захранване, при което дискретният изолатор 5 трябва да се деполяризира. Свързваме бобините 23 последователно една на друга и ги подключваме към PID регулиращо устройство 9, а него - към изводите 24 от колекторите 3. В специализиран участък се провежда зареждане на камерата 20 със сменяем радиоактивен източник 6, генериращ α-, β- и γлъчи. При затворено дъно 21 се извършва дозиметричен контрол за защита от проникване на радиационно лъчени в околното пространство в близост до камерата 20. Последващата операция, при установена съгласно приетите международни норми радиационна защита, е монтиране на камерата 20 към кожуха 16 чрез вакуумно херметична връзка. С помощта на дистанционно управляемо устройство (не показано в примерното изпълнение) се отваря напълно дъното 21 и се провежда втори дозиметричен контрол за липса или наличие на проникване на радиационно лъчение в

околното пространство. Когато не се налага допълнителна работа по радиационната защита, към изводите 24 се свързва консуматора 25. Позиционираме PID устройството за поддържане на нужното за консуматора 25 напрежение. Батерията, образувана от кондензаторите на преобразувателя 1 започва да се зарежда с електрически товари от радиационните лъчения на α-, β- и γ-лъчи, а магнитното поле 7 чрез PID устройство 9 поддържа нужния му интензитет, т.е. напрежението към бобините 23. По този начин се регулира електрическата възприемчивост на дискретния изолатор 5 (коефициента на поляризация) и постоянство по стойност на подаваното напрежение към консуматора

Устройството, съгласно примерното изпълнение на изобретението, показано на фиг. 1 е следното: ограничен от изолаторни стени преобразувател 1 има вътрешно линейно клетъчно оформление. Клетките са подредени линейно и последователно една на друга. Те имат еднакво напречно и надлъжно сечение, а дебелината им е много помалка от дълбочината и широчината. Така построен, преобразувателят 1 е поставен чрез вакуумно херметична връзка в защитен кожух 16. В него в две от успоредните и срещуположни стени са направени отвори 17. Кожухът и преобразувателят 1 са открити в горната си плоскост 11. Съгласно изобретението върху срещуположните и успоредни стени 18 на първата и последната клетка на преобразувателя 1, както и върху изолаторните преградни стени 19 са оформени вътрешно метални диамагнитни електродни плоскости 2 и 3, наречени крайни колектори. Сечението на електродните плоскости е по-малко от изолаторните им основи. Вътрешността на преобразувателя 1 става линейна и обемна система от последователно наредени плоски електрически

кондензатори. Те са свързани последователно, паралелно, а може и комбинирано спрямо колекторите 3 чрез скрити в корпуса проводници 15. Тези плоски кондензатори съответстват на броя на клетките в преобразувателя 1. В пространството между

металните диамагнитни електродни плоскости 2 на клетките, т.е. плоските електрически кондензатори, е запълнено със сменяем, наноразмерен, композитен прахообразен материал 4. Последният представлява дискретен (образуван от отделни частици) изолатор 5 на преобразувателя!. От крайните му колектори 3 са изведени навън изолирани електрически проводници 24, към които е свързан консуматор 25.

В пространството над преобразувателя 1 е разположен сменяем радиоактивен източник 6, генериращ радиационно лъчение от α-, β- и γ-лъчи е малка, средна или голяма стойност на интензивност на създаваното радиационно поле. Източникът 6 е

поставен в защитна камера 20, свързана чрез вакуумно херметична връзка е горната плоскост на корпуса на защитния кожух 16. В него е поставен преобразувателят 1.

Дъното 21 на камерата 20 е подвижно и дистанционно управляемо за пропускане или спиране на радиационното лъчение от източника 6 към преобразувателя 1. В страничните отвори 17 на защитния кожух 16 са поставени магнитните полюси 22 на електромагнита 8, разположен външно спрямо кожуха 16 и преобразувателя 1. Полюсите 22 преминават през страничните отвори 17 в кожуха 16 и се допират външно до крайните странични изолационни стени 18 на първата и последната клетка в преобразувателя 1. Напречното сечение на магнитните полюси 22 покрива или е по голямо от това на колекторите 3. Върху телата на полюсите 22 са поставени бобините

23, като полюсите 22 са затворени механически с магнитопровода на електромагнит 8. Бобините 23 са свързани последователно една на друга и към P1D устройството, което е свързано към изводите 24.

Приложение на изобретението

Подготвената за експлоатация батерия - акумулатор 1 се свързва чрез проводниците 24 към консуматор 25, който може да представлява постояннотоков двигател, изискващ определено по стойност постоянно напрежение. Чрез PID

устройството (9) се подбират необходимите параметри, осигуряващи това постоянство.

Claims (5)

Патентни претенции

1. Метод за пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа, включващ следните технологични операции и средства:

- изграждане на обемна система (1) от плоски електрически кондензатори, подредени линейно, имащи клетъчна форма, с общо дъно и горна фиксираща рамка, открити в горната плоскост (11), която система наричаме преобразувател 1, чийто корпус е направен от топлоустойчив, имащ висока стойност на пробивно напрежение, изолаторен материал и пропускащ магнитните силови като в така изградения преобразувател 1 срещуположните електродни плоскости (2) и крайните колектори (3) се изпълняват от метален диамагнетик, нанесен вътрешно върху широките вертикални и успоредни изолаторни стени (18,19) за всяка клетка, а в полученото пространство между електродните плоскости (2) и колекторите (3) на преобразувателя (1) се поставя сменяем, наноразмерен, кластерен, композитен прахообразен материал (4), притежаващ изолационни и феромагнитни свойства и по този начин изпълнява функцията на дискретен изолатор (5) в преобразувателя (1)

- така изграден преобразувателят (1) се поставя в защитен кожух (16) и се подлага на комбинирано и управляемо въздействие:

- на радиационно лъчение от α-, β- и γ-лъчи, генерирани от сменяем и управляем радиоактивен източник (6), разположен над откритата горна плоскост (11) в преобразувателя (1)

- и от магнитно поле (7), създавано от електромагнит (8), разположен около преобразувателя (1), чиито бобини (23) са свързани последователно една спрямо друга и крайните им изводи са свързани към устройство за PID (9) регулиране, характеризиращ се с това, че поставеният в преобразувателя (1) сменяем, наноразмерен, кластерен, композитен прахообразен материал (4), притежаващ изолационни и феромагнитни свойства и изпълняващ функцията на дискретен изолатор (5) в преобразувателя (1)

- когато се подложи на комбинирани, управляеми и проникващи в обема му въздействия на радиационно лъчение от α-, β- и γ-лъчи и магнитно поле (7)

- отделните наноразмерни частици на материала (4) се преобразуват в магнитноелектрически диполи (10), представляващи обединен върху една наноразмерна частица двоен дипол, магнитен и електрически

- които се зареждат (наелектризират, акумулират) с електрически товари от радиационното въздействие на α-, β- и γ-лъчи, а се ориентират и поляризират по и върху магнитните силови линии (12) на въздействащото магнитно поле (7),

- а като цяло дискретният изолатор (5), който се поставя в преобразувателя (1) се превръща във всеки плосък кондензатор от него в обемна заредена с електрически товари, поляризирана, суперхетерогенна управляема система, а преобразувателят (1) - в управляем зареден суперхетерогенен обединен кондензатор (батерия, акумулатор)

- който се зарежда (акумулира) електрически товари от радиационното лъчение на α-, β- и γ-лъчи, генерирани от сменяем и управляем радиоактивен източник (6),

- а се разрежда също управляемо чрез промяна на стойността на коефициента на поляризация на дискретния изолатор (5), т.е. на електрическата му възприемчивост, зависеща от стойността на интензитета на въздействащото > · ···· «· ·· • ·· • ·· • ·· ··· ·· магнитно поле (7), създавано от електромагнит (8) и феромагнитните свойства на частиците от изолатора (5)

2. Метод за пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа, съгласно претенция 1, характеризиращ се е това,

- че управляемото въздействащо магнитно поле (7) с неговите магнитни силови линии (12) прониква в обема на преобразувателя (1), т.е. дискретния изолатор (5)

- като по такъв начин се постига взаимодействие между тях и изолатора (5)

- а през откритата горна плоскост (11) на преобразувателя и перпендикулярно на магнитните силови линии (12) на полето (7) в него прониква радиационно лъчение α-, β- и γ-лъчи, генерирани от сменяем

- и управляем по наличие или липса на радиационно лъчение от източника (6), както и по сечение на излъчвания радиационен поток,

- като по такъв начин се постига взаимодействие между изолатора (5) и радиационните лъчения α, β и γ

- в резултат на това комбинирано и управляемо въздействие изолаторът (5) се преобразува в суперхетерогенна наноразмерна обемна структура, заредена, поляризирана и управляема система за всеки отделен кондензатор на преобразувателя (1), представляваща в хоризонтално направление подредени, контактуващи и заредени е електрически товари (наелектризирани), поляризирани нанопластове, образувани от линейни нишкови магнити, които пък са образувани от подредени и поляризирани по магнитните силови линии (12) магнитноелектрически диполи (10) създаващи линейни магнити (13) е обратна ориентация на въздействащото магнитно поле (7) и чиито магнитни и електрически полюси контактуват към металните диамагнитни електродни плоскости (2), колекторите (3) на преобразувателя (1), а във вертикално направление и перпендикулярно, но въздействащото магнитни поле (7) в подредени, контактуващи, поляризирани и заредени (наелектризирани) с едноименен електричен товар, но различен за всеки от нанопластовете, представляващи листови магнити, образувани в нанопластове от краищата на магнитноелектрическите диполи (10), имащи еднакъв магнитен и електрически поляритет, получени във всеки кондензатор на преобразувателя (1), те контактуват с електродните диамагнитни метални плоскости (2) и колекторите (3), като по такъв начин им придават своя получен граничен електрически потенциал и тези магнитни наноразмерни листове (14)имат обратна ориентация спрямо магнитното поле (7)

- като по този начин във всеки запълнен с дискретен изолатор (5) предварително изграден кондензатор на преобразувателя (1) се получава сумарна потенциално разлика върху електродните му плоскости (2), защото по своята електрическа същност, подредените, заредени и поляризирани наноразмерни магнитни листове (14) представляват последователно свързани с наноразмерна дебелина заредени плоски електрически кондензатори и така получена тази сумарна потенциална разлика

- се извежда към междинните електродни плоскости (2) на преобразувателя (1), чрез скрити в корпуса му проводници (15), а стойността на общата от всички кондензатори в преобразувателя обща сумарна потенциална разлика е изведена върху колекторите (3)

- се управлява с промяна на стойността на коефициента на поляризация на изолатора (5), т.е. на неговата електрическа възприемчивост, която зависи функционално от интензитета на въздействащото магнитно поле (7) и феромагнитните свойства на изолатора (5)

3. Метод за пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа, съгласно претенция 1 и 2, характеризиращ се с това,

- че поставеният сменяем, наноразмерен, кластерен, композитен прахообразен материал (4) в преобразувателя (1) и служещ за дискретен изолатор (5) в него

- е образуван от отделни, пространствено разпределени и обособени в зони наночастици с определен химически състав, структура, формат и композитен строеж на отделния кластер,

- като външната му зона е оформена като изолатор, образувана от отделни найчесто със сферична форма и съединени чрез допир и залепени една към друга при висока температура наноразмерни изолаторни частици имащи като цяло форма на грозд, като по такъв начин полученото изолаторно покритие на отделния кластер придобива голяма по стойност развита специфична повърхност и дълбока открита наноканална обемна нанопорьозност, както и способност за повърхностно и обемно наелектризиране с електрически товари, чрез повърхностно прилепване и разпределението им в дълбочина, чрез Кулоново взаимодействие, които електрически товари представляват радиационните α и β лъчения (частици) идващи от радиационния източник (6), както и други генерирани от проникването на γ лъчението в дълбочина на кластера и получавания там вътрешен фотоефект,

- където вътрешната зона под изолаторната обвивка на кластера е изградена от отделни наноразмерни частици, получени от чист метал, метални съединения и сплави със силно изразени феромагнитни свойства

- и така получен материалът (4) от отделни композитни кластери • · · · · · » • · · ····· • · · · · · · • ·· · ····· • · · ·· · · ···· ··· ··· ···· ··· ·· се поставя в преобразувателя (1) и изпълнява функцията на дискретен изолатор (5) в линейно-обемната система от последователно подредени плоски електрически кондензатори на преобразувателя (1)

4. Метод за пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа, съгласно претенция 1,2 и 3, характеризиращ се с това, че външната изолаторна зона на сменяемия наноразмерен кластерен, композитен прахообразен материал (4) е образуван от изолаторни наноразмерни частици, имащи форма на сфери и като цяло представляващи грозд, даваща висока стойност на специфичната повърхност и дълбока, обемна, открита, наноразмерен канална порьозност, като материалът на тези частици е остъклен (аморфен) силициев диоксид, а вътрешната зона на отделните наноразмерни кластери на сменяемия, композитен, прахообразен материал (4) е получена и изградена от наноразмерни частици от чисто желязо, магнетит, железни и желязно-никелови, кобалтови и хромови сплави, които могат да са покрити със злато

5. Устройство, реализиращо метода за пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа, включващо:

Ограничен от изолаторни стени преобразувател (1) с вътрешно-линейно клетъчно оформление, като клетките са подредени линейно и последователно една на друга и имат еднакво напречно и надлъжно сечение, а дебелината им е много по-малка от дълбочината и широчината, така построеният преобразувател (1) е поставен чрез вакуумно-херметична връзка в защитен кожух (16), в който в две от успоредните и срещуположни стени са направени отвори (17), като кожухът (16) и преобразувателят (1) са открити в горната си плоскост (11), характеризиращо се с това, че върху крайните срещуположни и успоредни • · · изолаторни стени (18) на първата и последната клетка на преобразувателя (1) са оформени вътрешно метални диамагнитни електродни плоскости (3) наречени крайни колектори, а върху всяка успоредна на тях преградна изолаторна стена (19) от последователно подредените клетки е нанесено от двете им страни също метални диамагнитни електродни плоскости (2) със сечение равно на колекторите (3) но по-малко от изолаторните им основи, при което вътрешността на преобразувателя (1) представлява линейна и обемна система от последователно наредени плоски електрически кондензатори, свързани последователно, паралелно, а може и комбинирано спрямо колекторите (3), чрез скрити в корпуса на преобразувателя проводници (15) и тези плоски кондензатори съответстват на броя на клетките в преобразувателя (1) като в пространството между металните диамагнитни електродни плоскости (2) на клетките, т.е. на плоските електрически кондензатори е запълнено със сменяем наноразмерен композитен прахообразен материал (4), представляващ дискретен (образуван от отделни частици) изолатор (5) на преобразувателя (1) и от крайните му колектори (3) са изведени навън изолирани електрически проводници (24), към които е свързан консуматор (25) както и бобините (23) на електромагнита (8) чрез PID устройство (9) за регулиране, а в пространството над преобразувателя (1) е разположен сменяем радиоактивен източник (6) генериращ дискретен, а може и комбиниран вид на радиационно лъчение от α-, β- и γ-лъчи с малка, средна или голяма стойност на интензивност на създаваното радиационно поле, като източникът (6) е поставен в защитна камера (20) свързана чрез вакуумно-херметична връзка с горната плоскост на корпуса на защитния кожух (16), в който е поставен преобразувателят (1), а дъното (21) на камерата (20) е подвижно и управляемо за пропускане или спиране на радиационното лъчение от източника (6) към преобразувателя (1), а в страничните отвори (17) на защитния кожух (16) са поставени магнитните полюси (22) на електромагнита (8) разположен външно спрямо кожуха (16) и преобразувателя (1) като полюсите (22) преминават през страничните отвори (17) в кожуха (16) и се допират външно до крайните странични изолационни стени (18) на първата и последната клетка в преобразувателя и напречното сечение на магнитните полюси (22) покрива или е по-голямо от това на колекторите (3).