CN110895977A - 一种放射性同位素电池的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种放射性同位素电池的制作方法，包括在透明状容器内壁上涂布粉末状发光材料、向容器内投入放射性材料，使该放射性材料衰变产生的射线激发发光材料向该容器外部发出辐射光、使辐射光照射在光电转换器件上，将辐射光中的能量转换为电能。采用本发明的技术方案，放射性材料选用了气态的氚同位素或固态的氚化钛粉末，地球大气层和自然界中存在广泛，且便于保存和运输，大大简化了放射性同位素电池的制作工艺，经过该辐射材料转换而产生的电能输出电压可达0.8V，经过多个模块的串联和并联可以提供更高的电压，且输出能量稳定，延长了放射性同位素电池的使用寿命，降低了制作成本，为放射性同位素电池的广泛投入商用奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及放射性同位素电池技术领域，尤其涉及一种放射性同位素电池的制作方法。
背景技术
“放射性同位素电池”又称为“核电池”，它是通过半导体换能器将同位素在衰变过程中不断地放出具能量的射线，将衰变能转换为电能而制造而成。核电池已成功地用作航天器的电源、心脏起搏器电源和一些特殊军事用途。核电池是利用放射性同位素衰变放出载能粒子(如α粒子、β粒子和γ射线)并将其能量转换为电能的装置。按提供的电压的高低,核电池可分为高压型(几百至几千V)和低压型(几十mV—1V左右)两类按能量转换机制,它可分为直接转换式和间接转换式。更具体地讲,包括直接充电式核电池、气体电离式核电池、辐射伏特效应能量转换核电池、荧光体光电式核电池、热致光电式核电池、温差式核电池、热离子发射式核电池、电磁辐射能量转换核电池和热机转换核电池等。其中直接充电式核电池、气体电离式核电池属于直接转换式,应用较少。目前应用最广泛的是温差式核电池和热机转换核电池。然而，目前国内尚不具备商用的放射性同位素电池生产能力。而国际上商用的放射性同位素电池主要有同位素热电电池和辐伏电池两种，但同位素热电电池很难小型化，小型化的核同位素电池仅有辐伏电池一种。在当前研究中，放射性同位素电池的制作主要存在三个问题，其一是输出功率很低，一般在几十纳瓦范围内，其二是电池寿命低于预期寿命，大大短于放射性同位素的半衰期；其三是电池的能量转化效率也非常低，通常小于2％。以上这几种因素严重制约着放射性同位素电池的推广应用，同时，现有的放射性同位素电池制作方法难度较大，迫切需要对工艺进行简化。
发明内容
本发明实施例提供一种放射性同位素电池的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：提供透明状容器，在透明状容器内壁上涂布粉末状发光材料；
步骤二：向步骤一中所述透明状容器内投入适量放射性材料，使该放射性材料衰变产生的射线激发步骤一中所述透明状容器内壁上的发光材料向该容器外部发出辐射光；
步骤三：使步骤二所述辐射光照射在光电转换器件上，将辐射光中的能量转换为电能。
所述透明状容器是由塑料或玻璃管制成的封闭容器。
所述透明状容器是由两块透明的基板互相叠合而成，所述发光材料涂布于所述两块基板之间，所述放射性材料投入所述两块基板之间。
所述发光材料是ZnS与Ag、ZnS与Cu、CaWO4、GdOS与Tb、BaFCL与Eu、NaI与Tl、Kl与Cs中的一种或多种。
所述放射性材料是气态氚同位素或固态氚化钛粉末。
所述光电转换器件是单晶太阳能电池板、多晶太阳能电池板、砷化镓太阳能电池板、光电转换半导体二极管或由多个离子注入型光敏硅半导体二极管拼装组成的光电转换器件组中的一种。
所述由多个离子注入型光敏硅半导体二极管拼装组成的光电转换器件组中，每个离子注入型光敏硅半导体二极管感光面灵敏面积不小于18mm×18mm。
所述光电转换器件感光面通过光学胶水或高亮胶水与所述透明状容器外表面粘接于一体。
所述放射性材料活度不小于5Ci。
上述技术方案具有如下有益效果：采用本发明的技术方案，放射性材料选用了气态的氚同位素或固态的氚化钛粉末，便于保存和运输，使放射性同位素电池的制作工艺大大简化，在有条件的情况下，既可以现场涂布进行制作，也可以预先制作，工作时，辐射材料发生衰变产生出平均能量为5.7keV的β射线，β射线辐射至发光材料上，将辐射材料的衰变能量转换为光能经过透明容器传播后照射至光电转换器件上，从而将光能转换为电能，经实验测定，输出电能电压可达0.8V，且输出能量稳定，大大提升了输出功率，且氚同位素的半衰期平均为十几年，使延长放射性同位素电池的使用寿命也大大延长了，同时，氚广泛存在于地球的大气层或自然界中，取材广泛，使放射性同位素电池的制作成本大大降低，为放射性同位素电池的广泛投入商用奠定了基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明放射性同位素电池的制作方法的工艺流程图；
图2是本发明第一实施例所制得的放射性同位素电池的结构示意图；
图3是本发明第二实施例所制得的放射性同位素电池的结构示意图。
图中：1-容器，2-发光材料，3-放射性材料，4-光电转换器件，5-基板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：如图1、图2所示，本发明提供一种放射性同位素电池的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：提供透明状容器1，在透明状容器1内壁上涂布粉末状发光材料2；透明状容器1是由塑料或玻璃管制成的封闭容器。发光材料2是ZnS与Ag、ZnS与Cu、CaWO4、GdOS与Tb、BaFCL与Eu、NaI与Tl、Kl与Cs中的一种或多种。
步骤二：向步骤一中透明状容器1内投入适量放射性材料3，放射性材料3是气态氚同位素，只需要将氚同位素充入透明状容器1以内即可，且该放射性材料3活度不小于5Ci。使该放射性材料3衰变产生的射线激发步骤一中透明状容器1内壁上的发光材料2向该容器1外部发出辐射光；
步骤三：使步骤二辐射光照射在光电转换器件4上，将辐射光中的能量转换为电能。光电转换器件4是单晶太阳能电池板、多晶太阳能电池板、砷化镓太阳能电池板、离子注入型光敏硅半导体二极管或光电转换半导体二极管中的一种。光电转换器件4感光面通过光学胶水或高亮胶水与透明状容器1外表面粘接于一体。在实际应用中，可选用4片离子注入型光敏硅半导体二极管作为光电转换器件4，其中每片离子注入型光敏硅半导体二极管感光面灵敏面积不小于18mm×18mm，经测量可获得输出电压为0.8V，短路电流为2.1μA的放射性同位素电池。
实施例2：如图1、图3所示，本发明提供一种放射性同位素电池的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：提供透明状容器1，在透明状容器1内壁上涂布粉末状发光材料2；透明状容器1是由两块透明的基板5互相叠合而成，发光材料2涂布于两块基板5之间，放射性材料3投入两块基板5之间。发光材料2是ZnS与Ag、ZnS与Cu、CaWO4、GdOS与Tb、BaFCL与Eu、NaI与Tl、Kl与Cs中的一种或多种。
步骤二：向步骤一中透明状容器1内投入适量放射性材料3，放射性材料3是固态氚化钛粉末，且放射性材料3活度不小于5Ci，使用时，将该固态氚化钛粉末涂布在两块透明的基板5上彼此相对的两侧内表面即可，使该放射性材料3衰变产生的射线激发步骤一中透明状容器1内壁上的发光材料2向该容器1外部发出辐射光；
步骤三：使步骤二辐射光照射在光电转换器件4上，将辐射光中的能量转换为电能。光电转换器件4是单晶太阳能电池板、多晶太阳能电池板、砷化镓太阳能电池板、离子注入型光敏硅半导体二极管或光电转换半导体二极管中的一种。光电转换器件4感光面通过光学胶水或高亮胶水与透明状容器1外表面粘接于一体。在实际应用中，可选用4片离子注入型光敏硅半导体二极管作为光电转换器件4，其中每片离子注入型光敏硅半导体二极管感光面灵敏面积不小于18mm×18mm，经测量可获得输出电压为0.8V，短路电流为2.1μA的放射性同位素电池。
采用本发明的技术方案，放射性材料3选用了气态的氚同位素或固态的氚化钛粉末，便于保存和运输，使放射性同位素电池的制作工艺大大简化，在有条件的情况下，既可以现场涂布进行制作，也可以预先制作，工作时，辐射材料发生衰变产生出平均能量为5.7keV的β射线，β射线辐射至发光材料2上，将辐射材料的衰变能量转换为光能经过透明容器1传播后照射至光电转换器件4上，从而将光能转换为电能，经实验测定，输出电能电压可达0.8V，且输出能量稳定，大大提升了输出功率，且氚同位素的半衰期平均为十几年，使延长放射性同位素电池的使用寿命也大大延长了，同时，氚广泛存在于地球的大气层或自然界中，取材广泛，使放射性同位素电池的制作成本大大降低，为放射性同位素电池的广泛投入商用奠定了基础。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种放射性同位素电池的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：提供透明状容器(1)，在透明状容器(1)内壁上涂布粉末状发光材料(2)；
步骤二：向步骤一中所述透明状容器(1)内投入适量放射性材料(3)，使该放射性材料(3)衰变产生的射线激发步骤一中所述透明状容器(1)内壁上的发光材料(2)向该容器(1)外部发出辐射光；
步骤三：使步骤二所述辐射光照射在光电转换器件(4)上，将辐射光中的能量转换为电能。
2.如权利要求1所述的放射性同位素电池的制作方法，其特征在于：所述透明状容器(1)是由塑料或玻璃管制成的封闭容器。
3.如权利要求1所述的放射性同位素电池的制作方法，其特征在于：所述透明状容器(1)是由两块透明的基板(5)互相叠合而成，所述发光材料(2)涂布于所述两块基板(5)之间，所述放射性材料(3)投入所述两块基板(5)之间。
4.如权利要求1所述的放射性同位素电池的制作方法，其特征在于：所述发光材料(2)是ZnS与Ag、ZnS与Cu、ZnS与Mn、CaWO4、GdOS与Tb、BaFCL与Eu、NaI与Tl、Kl与Cs中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的放射性同位素电池的制作方法，其特征在于：所述放射性材料(3)是气态氚同位素或固态氚化钛粉末。
6.如权利要求1所述的放射性同位素电池的制作方法，其特征在于：所述光电转换器件(4)是单晶太阳能电池板、多晶太阳能电池板、砷化镓太阳能电池板、光电转换半导体二极管或由多个离子注入型光敏硅半导体二极管拼装组成的光电转换器件组中的一种。
7.如权利要求6所述的放射性同位素电池的制作方法，其特征在于：所述由多个离子注入型光敏硅半导体二极管拼装组成的光电转换器件组中，每个离子注入型光敏硅半导体二极管感光面灵敏面积不小于18mm×18mm。
8.如权利要求1所述的放射性同位素电池的制作方法，其特征在于：所述光电转换器件(4)感光面通过光学胶水或高亮胶水与所述透明状容器(1)外表面粘接于一体。
9.如权利要求1所述的放射性同位素电池的制作方法，其特征在于：所述放射性材料(3)活度不小于5Ci。
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