BG66599B1 - Метод и устройство за пряко прео­ бра зуване на радиационна енергия в електрическа - Google Patents

Abstract

Методът и устройството намират приложение в енергетиката, по-специално в ядрената, и в електропромишлеността. Устройството (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 система, а преобразувателят (1) - в управляема, заредена суперхетерогенна обединена кондензаторна батерия-акумулатор. Батерията-акумулатор се зарежда от сменяем и управляем радиоактивен източник (6), независимо какъв вид радиационно лъчение генерира, а се разрежда също управляемо с промяна на коефициента на поляризация на дискретния изолатор (5). Това се постига с промяна на интензитета на магнитното поле (7), реализирано от електромагнит (8), посредством бобините (23), свързани последователно една с друга и подключени към изводите (24) от колектори (3) чрез PID регулиращо устройство (9) като към изводите (24) е подключен и консуматорът на електрическа енергия (25).

Description

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

Известен е преобразувател на енергия, (публикация “Американското научно общество за изследване на материали”, March 2006, San Francisco, USA, LAVM, eng. Liviu Popa-Simil & prof. Claude Montel), който се състои от последователно подредени слоеве, образувани от въглеродни нанотръбички, по същество електрически непроводими, обработени с бор, покрити отвън с литиев хидрид и запълнени (покрити) отвътре със злато. Всички златни накрайници са изведени и свързани в един колектор, а окончанията на литиевия хидрид са свързани към друг колектор. По своята електрическа същност описаният преобразувател представлява блок, образуван от паралелно свързани наноразмерни кондензатори с коаксиална геометрична конструкция. Когато преобразувателя се подложи на радиационно въздействие лъчението преминава (прониква) през пластовете на нанотръбичките и благодарение на фотоефекта лъчението избива от златните проводници високо енергийни електрони, с което обединеният златен колектор придобива положителен потенциал. Освободените високоенергийни електрони преминават през стената на нанотръбичките и попадат в литиевия хидрид другия колектор, който придобива отрицателен потенциал. Получената от всички кондензатори сумарна потенциална разлика се извежда на двата колектора и може да се подаде към консуматор на електрическа енергия. Изследванията показват изключително висок коефициент на преобразуване на радиационната енергия в електрическа, над 90% при незначително отделяне на топлина.

Описаният 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. Доколкото описаният преобразувател има сложна от технологична гледна точка конструкция, авторите са разработили обемно вариантно изпълнение на преобразувателя, включващо масив от подредени в следната последователност наноразмерни слоеве (пластове): злато - 10 nm; силициев диоксид (изолатор) - 20 nm; алуминий - 20 nm и алуминиев оксид - 10 nm. Тези слоеве представляват наноразмерни по дебелина плоски електрически кондензатори, свързани паралелно към два колектора.

Методът за пряко преобразуване на радиационната енергия в електрическа е близък и аналогичен на гореописания [1,2].

Известна е патентна публикация [3], в която е разкрита възможността да се използва високата енергия на γ-, а- и β-лъчението за целите на поефективно зареждане на напрежение в ядрените батерии. За целта се използват два електрода, съответно метален и полупроводник, поставени в близък контакт, като 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 и по този начин се генерира потенциална разлика, която се използва за източник на електрическа енергия и ток в разрядната верига.

Известна е патента публикация [4], в която е описан метод за преобразуване радиационна енергия в електрическа, като използва преобразувател от полупроводников материал и го облъчва с радиационно лъчение. По този начин се образува известен брой двойки електрон-дупка в него, след което върху преобразувателя се прилага магнитно поле, ориентирано в посока, перпендикулярна на посоката на дифузия на създадените двойки електрон-дупка се постига разделяне на електроните от дупките в посока, перпендикулярна на посоката на дифузията и на магнитното поле. По този начин електроните и дупките се извеждат в крайните плоскости (колектори) на преобразувателя като потенциална разлика, т.е. електрическа енергия.

66599 Bl

Известна е патента публикация [5], в която е описана диодна атомна батерия, състояща се 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 крайните колектори.

Известна е патентна публикация [6], в която е описан радиоизотопен фотоелектричен генератор за източник на високо напрежение, в който се използва принципа на фотоелектричния ефект. Радиоизотопният генератор е съставен от материали, подредени в редуващи се слоеве с голям и малък атомен номер Ζ, които са изолирани чрез вакуум или някакъв изолационен материал. Нискоенергийни фотони от радиоактивен източник взаимодействат предимно с материал с голям Ζ чрез фотоелектричен процес, излъчвайки фотоелектрони, чиято енергия достига тази на падащите γ- лъчи. Дебелината на материала с голям Ζ е по-малка от дължината на един пробег на електрона в този материал, а дебелината на материала с малък Ζ е по-голяма. По такъв начин възниква процес на пренос на електрони от пластове с голям Ζ към тези с малък Ζ, който се реализира благодарение на обстоятелството, че електроните се излъчват предимно от пластове с голям Ζ и се спират в тези с малък Ζ. Създадената потенциална разлика между обединените пластини с голям Ζ и малък Zee киловолти. 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.

Известен е метод за преобразуване на енергия [7], който е базиран на многослойни хетероструктури с калибрирани междузонни преходи. Съставът от непрекъснат твърд разтвор на SiO₂ до Si се променя плавно, за да се достигне висока степен на разсейване на радиационно облъчвателната кохерентност, при което радиацията на който и да е център на разсейване е във фаза с външните разсеяни радиационни лъчи и се получава резонансно взаимодействие между външните разсеяни радиационни лъчи и атомите и молекулите на хетероструктурата.

В резултат на описаните процеси се наблюдава ефективно преобразуване на радиационна честота и на радиационно лъчение в електрически ток в преобразувателя.

Известно е [1,2], че при ядрени реакции, съпроводени с 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 използването на композитни слоеве от “проводник - изолатор” и поставянето им на пътя на такова лъчение, поради протичащата поляризация, енергията на йонизация се превръща в натрупване (акумулиране) на електрически товари. В резултат се получава кондензатор, който се зарежда от движещите се частици,.

Известно е също така, че за преобразуването на енергия е подходящо да се използват композитни (от два материала) наночастици, които са организирани така, че да действат като последователно свързани електрически диполи, представляващи наноизточници на потенциал, които осигуряват висок сумарен волтаж [2].

Известен е метод за създаване на триразмерни наноструктури [8], съгласно който се създава миниатюрен по размери кондензатор, с триизмерна структура, като се разработват различни технологии за създаване на структури от плоски заготовки. Значителни технологични трудности възникват по отношение на присъединяването на нанокомпонентите, а именно привличането им между различните плоскости. За тази цел е подходящо да се използва магнит.

Основните недостатъци на описаните известни методи за пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа са свързани с използването на източници на радиационно лъчение от един вид, които се отличават с ниски стойности на създаваното радиационно поле и технологичната му несменяемост, като едновременно с това радиационното лъчение не може да бъде управлявано. Освен това няма батерии, които за източник (с комбинирано лъчение) да използват отработено ядрено гориво, остатък от преработено такова или твърди и формирани радиоактивни отпадъци. Към настоящия момент не са известни методи за създаване на преобра

66599 Bl зуватели, работещи с управляеми (по отношение на зареждане и извличане на енергия) дискретни, наноразмерни суперхетерогенни системи и кондензатори. При тяхното изграждане е необходимо да бъде предвиден сменяем специфичен наноразмерен материал, който има способността при определени управляеми въздействия да изгражда такива хетерогенни контролируеми системи. От друга страна методът значително 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 за преобразуване на енергия [9], представляващо по същество атомна батерия, което работи на принципа на облъчване на тънка полупроводникова пластина (слънчева батерия) с а- лъчи от плутониев източник, в резултат на което се генерира електрически ток. Описана е също така атомна батерия (блок - масив), състояща се от полупроводникови елементи, между които се разполага плутоний, като при облъчване 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 електродите, по-специално от страната на отрицателния електрод, е разположена пореста изолационна мембрана. Върху вътрешната страна на положителния електрод е изграден слой от прахообразен актиноиден елемент като торий актиний и др., смесен със свързващо вещество. В резултат на това между двата електрода възниква електродвижеща сила. Актиноидният елемент претърпява промени от а- разпадане и се образуват йонизиращи електрони, когато а-лъчението преминава през изолираното пространство в посока към отрицателния електрод. Активното вещество представлява прахообразни кристали на въглеродна или на кобалтова основа и освен актиноидни елементи съдържа и вещество, акумулиращо положителни йони, образувани след а- разпада при отделянето на йонизиращи електрони. Акумулирането на електричество става възможно и при подаване на външно напрежение между двата електрода, докато в слоя на активното вещество се подават електрони отвън.

В този случай е подходящо батерията да бъде изпълнена като много клетъчна, при което между електродите има диелектричен слой, съдържащ въглерод и слоевете се припокриват.

Известно е устройство [11], представляваща композитна изотопна батерия с микроканална пластина. Композитната съставна батерия включва: изолирана подложка, върху която отляво надясно са разположени изолирано един от друг първи източник на лъчение, първи приемащ полюс, втори източник на лъчение и 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. За целите на по-ефективно протичане на процесите е подходящо микроканалната пластина да бъде многополюсна, както и да се предвидят разстояния между източниците на лъчение и приемащите полюси, като например: разстоянието между първия източник на лъчение и първия приемащ полюс е от 0,5 до 5 cm, разстоянието между многоканалната пластина и втория източник на лъчение (анода), което е от 0,5 до 5 cm, а разстоянието между пластината и втория приемащ полюс (катода) е от 0,5 до 5 cm. Батерията работи по следния начин: от образуваната първа изотопна батерия с първични електрони се генерира високо напрежение. Вторият източник на лъчение е излъчващ полюс, подаващ входящи електрони към микроканалната пластина, а 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, при което между втория източник на лъчение (анод) и втория приемащ полюс (катод) се генерира електрическо напрежение (потенциална разлика), респективно при включен товар между тях протича ток. Подходящо е микроканалната пластина да е направена от оловно

66599 Bl стъкло, като представлява масив отумножителни елементи, съдържащи хиляди или милиони паралелни цилиндьрчета. Когато в пространството на цилиндърчетата е налице силно електрично поле, приблизително 10⁴ v/cm, навлизащите излъчени частици бомбардират отрицателния полюс и се отделят електрони, които се умножават.

Описаните дотук известни 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 наноелектроника, наномеханика и роботика и др., но не и там, където се изисква мощност в киловати. Съществен недостатък на тези батерии е обстоятелството, че те не са управляеми както по отношение на преобразуване и акумулиране на електричните товари, т.е. зареждане, така и по извличане (разреждане) на натрупаната енергия. Друг недостатък е фактът, че 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, съществува 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 подходящо свързване между тях. Технологията за изграждане на отделна клетка е значително усложнена, доколкото включва голям брой различни компоненти, оформени като микро- и нанослоеве (пластове) с дадени размери, което от своя страна изисква сложно технологично оборудване и висока научна квалификация на изпълнителите.

Техническа същност на изобретението

Цел на настоящото изобретение е да се предложат метод и устройство за пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа, които да се отличават с възможности за управление при преобразуване и акумулиране на електрически товари и извличането им чрез дискретна магнитноелектрическа кондензаторна система, базирана върху използване в качеството на изолатор на сменяем диполен наноразмерен материал със специфични свойства, строеж и химически състав, както и да се отстранят недостатъците на устройствата, известни от нивото на техниката.

Задачата на изобретението се решава с метод за пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа, при който преобразувател от полупроводников материал се подлага на облъчване с радиационно лъчение с α-, β- и γ-лъчи, след което върху образуваните двойки електрон - дупка се прилага магнитно поле.

Съгласно изобретението върху преобразувателя първоначално се въздейства с управляемо магнитно поле, след което преобразувателят на енергия се облъчва с управляем радиоактивен източник, като интензитетът и честотата на двете полеви въздействия, съответно магнитно и радиационно, са различни.

Съгласно едно предпочитано изпълнение на метода, въздействието с магнитното поле се осъществява върху изолатор с композитен строеж, представляващ прахообразен материал от наноразмерни частици, след което изолаторът се облъчва с радиационно лъчение от α, β и γ лъчи до получаване на дълбочинно проникване в обема на преобразователя.

Задачата се решава с устройство за пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа, състоящо се от корпус с изолирани дъно и страни, при което във вътрешното му пространство са поместени източници на лъчение, между които е разположен електромагнит, при което между източника на лъчение и приемащия полюс на електромагнита е разположена микроканална разделителна пластина, свързвана чрез проводници с приемащия, полюс, а върху изолираната основа са разположени катодни и анодни електроди.

Съгласно изобретението корпусът е поставен чрез вакуумно-херметична връзка в защитен кожух, при което във вътрешното му пространство линейно са разположени клетки, изпълнени като плоски електрически кондензатори, свързани помежду си последователно чрез проводници, монтирани в корпуса, като върху крайните срещуположни и успоредни изолаторни стени на първата и последната клетка на преобразувателя и върху всяка успоредна на тях преградна изолаторна стена от последователно подредените клетки вътрешно са оформени метални диамагнитни електродни плоскости, със сечение, равно на сечението на кондензаторите, но по-малко от

66599 Bl сечението от изолаторните им основи, като в пространството между металните диамагнитни електродни плоскости на клетките на плоските електрически кондензатори е запълнено със сменяем наноразмерен композитен прахообразен материал, представляващ дискретен (образуван от отделни частици) изолатор на преобразувателя, а към крайните кондензатори чрез електрически проводници е свързан консуматор, както и бобините на електромагнитът чрез PID устройство за регулиране, а в пространството над преобразувателя е разположен радиоактивен източник, със степенен регулатор на интензитета на създаваното радиационно поле, като източникът е поместен в защитна камера, свързана чрез вакуумно-херметична връзка с горната плоскост на защитния кожух, в който е поставен преобразувателят, а дъното на камерата е подвижно и управляемо за пропускане или спиране на радиационното лъчение от източника към преобразувателя, при което в странични отвори на защитния кожух са поставени магнитните полюси на електромагнита, разположен външно спрямо кожуха и преобразувателя, като магнитните полюси преминават през страничните отвори в кожуха и се допират външно до крайните странични изолационни стени на първата и последната клетка в преобразувателя, като напречното сечение на магнитните полюси покрива или е по-голямо от това на кондензаторите.

Съгласно изобретението плоските електрически кондензатори са изпълнени с еднакво напречно и надлъжно сечение, а дебелината им е многократно по-малка от дълбочината и ширината.

Съгласно едно предпочитано изпълнение на устройството радиоактивният източник генерира дискретен или комбиниран вид на радиационно лъчение от α-, β- и γ-лъчи.

Композитният прахообразен материал в преобразувателя е образуван от отделни наночастици, в които пространствено са разпределени и обособени зони с конкретен химически състав, структура и форма и в тази композитна структура на отделния дипол, външната зона е оформена като изолатор, образуван от отделни частици със сферична форма, съединени чрез допир и свързани една с друга при условията на висока температура, като наноразмерните изолаторни частици имат формата на грозд, и където вътреш ната зона - ядрото под изолаторната обвивка на дипола е синтезирана в зони, получени от чист метал, метални съединения и сплави със силно изразени феромагнитни свойства

Външната изолаторна зона на сменяемия наноразмерен композитен прахообразен материал е образувана от изолаторни наноразмерни частици с форма на сфери и представлява тяло, наподобяващо грозд, като материалът на тези частици е стъкловиден силициев диоксид, а вътрешната зона - ядрото на отделните наноразмерни диполи на сменяемия, композитен, прахообразен материал е съставена от зона от чисто желязо, магнетит, железни и желязно-никелови, кобалтови и хромови сплави, която отвън е покрита със злато.

Методът и устройство за пряко преобразуване на радиоактивна в електрическа енергия се отличават с редица технологични предимства, като осигуряват ефективно преобразуване на радиационна енергия в електрическа такава: методът се извършва при едни максимално опростени в технологично отношение операции, провеждането на които се извършва при условия и параметри, осигуряващи гарантирано преобразуване на енергията, получавана от радиоактивното излъчване в преобразувателя.

Преобразувателят се отличава с ефективно от техническа гледнаточка конструктивно решение, в което се използва обемна система от последователно подредени плоски електрически кондензатори. За дискретен изолатор в тях е поставен сменяем, наноразмерен композитен материал с изолационни и феромагнитни свойства. 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 с 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

66599 Bl 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 електрически 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 и честотата на въздействащото магнитно поле. Друго предимство е, че може да се построи батерия, която да се зарежда с подаване към нея на външно напрежение. Това става при предварително поляризиран дискретен изолатор. Батерията се зарежда със своя максимален кондензаторен капацитет, включително и тези, получени в суперхетерогенната система.

Пояснение на приложените фигури

По-нататък в описанието е представено едно примерно изпълнение на метода и устройството за преобразуване на радиоактивна енергия в електрическа, като преобразувавателят е представен детайлно с помощта на придружаващите описанието чертежи, както следва:

Фигура 1 представя устройството, реализиращо изобретението в общ вид и частични разрези.

Фигура 2 представя схематично в увеличен вид на дискретен изолатор, разположен между електродните плоскости на един кондензатор, трансформиран в суперхетерогенна, заредена, поляризирана и ориентирана система.

Примери за изпълнение на изобретението

Прякото преобразуване на радиационна енергия в електрическа, съгласно изобретението се извършва чрез последователно прилагане на магнитно и радиоактивно въздействие върху преобразувател на енергия, който се отличава с конструкция, която осигурява ефективното й преобразуване.

Преобразувателят 1, както е показан на фиг. 1 и фиг. 2, се състои от корпус 2 с линейно клетъчно оформяне на вътрешното му пространство, представляващо обемна система от плоски електрически кондензатори 3, например 11 броя, с общ обем между електродните плоскости 220 cm³. Клетките са подредени линейно и последователно една до друга. Те имат еднакво напречно и надлъжно сечение, а дебелината им е много по-малка от дълбочината и ширината. Клетките са разделени помежду си чрез изолаторни стени 18, 19 с дебелина 3 mm. Върху стените 18, 19 са нанесени електродни метални диамагнитни плоскости 6, като нанасянето се извършва чрез прилагане на известен метод, например по плазмен спрей метод. Материалът, който се нанася, може да бъде мед, алуминий, молибден, волфрам и др., като дебелината на диамагнитните плоскости след полирането им е от 0,4 до 0,8 mm. В долния и горния край на изолаторните стени 18,19, по-специално от двете им страни е формиран сектор, който не е покрит от диамагнитен елемент.

Така подготвени и оформени, изолаторните стени 18, 19, са разположени в изолаторно дъно с оформени в него канали, а върху горната част на стените е разположена профилна рамка с канали. Разположените в корпуса 2 на изолаторното тяло кондензатори 3 са свързани посредством проводници 15. В полученото между електродните диамагнитни плоскости 6, на всеки от кондензаторите 3, в качеството на дискретен

66599 Bl изолатор 5 се помества композитен, прахообразен материал 4, с наноразмерни частици от 50 до 150 nm, 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. Изграденият по този начин преобразувател 1, представляващ линейна и обемна система от последователно наредени плоски електрически кондензатори 3 е разположен чрез вакуумно херметична връзка в защитен кожух 16, изработен също от метален диамагнитен материал, например от олово, с добавъчни примеси и е открит в горната плоскост 11 заедно с преобразувателя 1. В срещуположните и успоредните стени на защитния кожух на корпуса са оформени отвори 17, в които са поместени магнитните полюси 22 на електромагнит 8, разположен външно спрямо кожуха 16 и преобразувателя 1, като споменатите магнитни полюси 22 се допират с челата си към външната плоскост на изолаторните стени 18, а върху стъблата на електромагнитите са монтирани бобини 23, като по този начин се затваря механически магнитопровода на електромагнита 8 към магнитните полюси 22. 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. Магнитните полюси 22 са изпълнени с напречно сечение, което е еднакво или по-голямо от това на колекторите. Върху телата на полюсите 22 са поставени бобините 23, като полюсите 22 са затворени механически с магнитопровода на електромагнита 8. Бобините 23 са свързани последователно една на друга и към PID устройството, което е свързано към изводите 24.

При поставянето в защитния кожух 16 се осигурява вътрешна електрическа връзка между колекторите и проводниците 15 и 24, към които е свързан консуматор 25, като кондензаторите могат да бъдат свързани последователно, паралелно или комбинирано спрямо колекторите.

В пространството над преобразувателя 1 е разположен в защитна камера 20 сменяем радиоактивен източник 26, генериращ радиационно лъчение от α-, β- и γ-лъчи с малка, средна или голяма стойност на интензивност на създаваното радиационно поле. Защитната камера 20 е свър зана чрез вакуумно херметична връзка с горната плоскост на корпуса на защитния кожух 16. В него е поставен преобразувателят 1. Дъното 21 на камерата 20 е подвижно, което позволява да бъде управлявано дистанционно за целите на реализиране на режим на пропускане или прекратяване на радиационното лъчение от радиактивния източник 6 към преобразувателя 1. Подготвената за експлоатация батерия - акумулатор е свързана 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 поддържането на тези параметри.

Методът, съгласно изобретението се провежда в следната последователност: върху описания дотук преобразувател на енергия 1 се въздейства с магнитно поле 7, като за целта чрез външно захранване се подава напрежение на бобините 23 и покрита със стъкло плоскост 11.

Магнитните силови линии 12 на създаваното въздействащо магнитно поле 7 прониква в целия обем, доколкото магнитните линии се затварят между двата му полюса 22, в резултат на което при промяна на подаването напрежение към бобините 23 се наблюдава динамика и поляризационно ориентиране на дискретния изолатор 5 във всеки обем от кондензаторите. При изключване на външното захранване на бобините 23, дискретният изолатор 5 се деполяризира. След това бобините 23 се свързват последователно една към друга, както и към регулиращото устройство 9, респективно към изводите 24 от кондензаторите 3. Отваря се подвижното дъно 21 на камерата 20, при което батерията, образувана от кондензаторите на преобразувателя 1 започва да се зарежда с електрически товари от аа-, β- и γ-лъчи, а магнитното поле 7 чрез PID устройството 9 поддържа нужния му интензитет, т.е. напрежението към бобините 23. По този начин се регулира електрическата възприемчивост на дискретния изолатор 5 (коефициентът на поляризация) и постоянна стойност на подаваното напрежение към консуматора 25, в резултат на което отделните наноразмерни частици на материала 4 се преобразуват в магнитноелектрични диполи 10, представляващи обединен върху една наноразмерна частица магнитен и електричен двоен дипол. Наноразмерните частици на прахо

66599 Bl образния материал се зареждат (наелектризират, акумулират) с електрически товари от радиационното въздействие на α-, β- и γ-лъчи, при което се ориентират и поляризират по и върху магнитните силови линии 12 на въздействащото магнитно поле 7. При така описаните протичащи процеси в преобразувателя дискретният изолатор 5 се превръща във всеки плосък кондензатор в обемна, заредена с електрични 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 26, а съответно 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. 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. Получената по този начин сумарна потенциална разлика се извежда към междинните електродни плоскости 2 на преобразувателя 1, чрез разположените в корпуса му проводници 15, а стойността на общата от всички кондензатори в преобразувателя обща сумарна потенциална разлика е изведена върху колекторите и се управлява чрез промяна на стойността на коефициента на поляризация на изолатора 5, т.е. на неговата електрична възприемчивост, която зависи функционално от интензитета на въздействащото магнитно поле 7 и феромагнитните свойства на изолатора 5.

Claims (7)

1. Патентни претенции

   1. Метод за пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа, включващ облъчване на преобразувател от полупроводников материал с радиационно лъчение с α-, β- и γ-лъчи, след което върху образуваните двойки електрон - дупка се прилага магнитно поле, характеризиращ се с това, че върху изолатора на преобразувателя първоначално се въздейства с магнитно поле, след което се облъчва с радиационно лъчение, като радиоационното облъчване се извършва от управляем радиоактивен източник, а магнитното от управляем електромагнит, като интензитета и честотата на радиоактивното и магнитното полета са различни.
2. 2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че въздействието с магнитното поле се осъществява върху изолатор с композитен строеж, представляващ прахообразен материал от наноразмерни частици, след което изолаторът се облъчва с радиационно лъчение от α-, β- и γ-лъчи до получаване на дълбочинно проникване в обема на преобразователя.
3. 3. Устройство за пряко преобразуване на радиационна енергия в електрическа, състоящо се от корпус с изолирани дъно и страни, при което във вътрешното му пространство са поместени източници на лъчение, между които е разположен електромагнит, при което между източника на лъчение и приемащият полюс на електромагнита е разположена микроканална разделителна пластина, свързвана чрез проводници с приемащият полюс, а върху изолираната основа са разположени катодни и анодни електроди, характеризиращо се с това, че корпусът (2) е поставен чрез вакуумно-херметична връзка в защитен кожух (16), при което във вътрешното му пространство линейно са разположени клетки, изпълнени като плоски електрически кондензатори (3), свързани помежду си последователно чрез проводници (15), монтирани в корпуса (2), като върху крайните срещуположни и успоредни изолаторни стени (18) на първата и последната клетка на преобразувателя (1) и върху всяка успоредна на тях преградна изолаторна стена (19) от последователно подредените клетки вътрешно са оформени метални диамагнитни електродни плоскости (6), със сечение, равно на сечението на кондензаторите (3), но по-малко от сечението от изолаторните им основи, като в пространството между металните диамагнитни електродни плоскости (6) на клетките на плоските електрически кондензатори е запълнено със сменяем наноразмерен композитен прахоо

   66599 Bl бразен материал (4), представляващ дискретен (образуван от отделни частици) изолатор (5) на преобразувателя (1), а към крайните кондензатори (3) чрез електрически проводници (24) е свързан консуматор (25), както и бобините (23) на електромагнитът (8) чрез PID устройство (9) за регулиране, а в пространството над преобразувателя (1) е разположен радиоактивен източник (26), със степенен регулатор на интензитета на създаваното радиационно поле, като източникът (26) е поместен в защитна камера (20), свързана чрез вакуумно-херметична връзка с горната плоскост 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 (26) към преобразувателя (1), при което в странични отвори (17) на защитния кожух (16) са поставени магнитните полюси (22) на електромагнита (8), разположен външно спрямо кожуха (16) и преобразувателя (1), като магнитните полюси (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), като напречното сечение на магнитните полюси (22) покрива или е по-голямо от това на кондензаторите (3).
4. 4. Устройство съгласно претенция 3, характеризиращо се с това, че плоски електрически кондензатори (3), изпълнени с еднакво напречно и надлъжно сечение, а дебелината им е многократно по-малка от дълбочината и ширината.
5. 5. Устройство съгласно претенция 3, характеризиращо се с това, че радиоактивният източник (26) генерира дискретен или комбиниран вид на радиационно лъчение от α-, β- и γ-лъчи.
6. 6. Устройство съгласно претенция 3, характеризиращо се с това, че композитният прахообразен материал (4) в преобразувателя (1) е образуван от отделни наночастици, в които пространствено са разпределени и обособени зони с конкретен химически състав, структура и форма и в тази композитна структура на отделния дипол, външната зона е оформена като изолатор, образуван от отделни частици със сферична форма, съединени чрез допир и свързани една с друга при условията на висока температура, като наноразмерните изолаторни частици имат формата на грозд, и където вътрешната зона- ядрото под изолаторната обвивка на дипола е синтезирана в зони, получени от чист метал, метални съединения и сплави със силно изразени феромагнитни свойства.
7. 7. Устройство съгласно претенция 3, характеризиращо се с това, че външната изолаторна зона на сменяемия наноразмерен композитен прахообразен материал (4) е образувана от изолаторни наноразмерни частици с форма на сфери и представлява тяло, наподобяващо грозд, като материалът на тези частици е стъкловиден силициев диоксид, а вътрешната зона-ядрото на отделните наноразмерни диполи на сменяемия, композитен, прахообразен материал (4) е съставена от зона от чисто желязо, магнетит, железни и желязно-никелови, кобалтови и хромови сплави, която отвън е покрита със злато.