DE19957669A1 - Superkompakte Radionuklidbatterie mit stabiler Mikrobetaquelle - Google Patents
Superkompakte Radionuklidbatterie mit stabiler MikrobetaquelleInfo
- Publication number
- DE19957669A1 DE19957669A1 DE1999157669 DE19957669A DE19957669A1 DE 19957669 A1 DE19957669 A1 DE 19957669A1 DE 1999157669 DE1999157669 DE 1999157669 DE 19957669 A DE19957669 A DE 19957669A DE 19957669 A1 DE19957669 A1 DE 19957669A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- energy
- battery according
- layers
- optical
- radionuclide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21H—OBTAINING ENERGY FROM RADIOACTIVE SOURCES; APPLICATIONS OF RADIATION FROM RADIOACTIVE SOURCES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; UTILISING COSMIC RADIATION
- G21H1/00—Arrangements for obtaining electrical energy from radioactive sources, e.g. from radioactive isotopes, nuclear or atomic batteries
- G21H1/12—Cells using conversion of the radiation into light combined with subsequent photoelectric conversion into electric energy
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Radionuklidbatterie, bei der die Energie von Betaelektronen aus festen Materialien von geringer Tiefe oder geringem Durchmesser nahezu verlustfrei in einem umgebenden Exzimergas in optische Energie umgewandelt wird, wie in DE 19738066.2, dessen schmales optisches Frequenzband mit hohem Wirkungsgrad in einer photovoltaischen Schicht in elektrische Energie umgewandelt wird, wobei die festen Materialien in Form von Fäden von weniger als 0,1 mm Durchmesser oder als Schichten von weniger als 0,1 mm Dicke Radioisotope wie Strontium-90 und/oder andere vorzugsweise von Gammastrahlung freie Nuklide eingebettet haben.
Description
Batterien zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Kernenergie sind seit langem als
Radionuklidbatterien bekannt und im technischen Einsatz. Wegen der Dringlichkeit
solche Quellen von Elektroenergie mit ihrer über viele Jahre gehenden wartungsfreien
Langlebigkeit und wegen der prinzipiell sehr hohen Energiedichte von nuklearen
Energiequellen sind eine Reihe von technischen Lösungen verwirklicht worden, obwohl
in den meisten Fällen der energetische Wirkungsgrad extrem klein ist. Man denke z. B.
an solche Radionuklidbatterien, bei denen das Radionuklid in einem Material
eingebettet ist, in dem auch lumineszierende Stoffe vorhanden sind, so dass die Alpha-
Beta- oder Gammastrahlen des Radioistotopes mit sehr schlechtem Wirkungsgrad ire
Energie in optische Strahlung umwandeln und dann die optische Strahlung in
Photozellen nach dem äusseren lichtelektischen Effekt mit ebenfalls geringem
Wirkungsgrad in Elektroenergie umwandeln. Noch geringer sind die Wirkungsgrade,
wenn die Kernenergie als thermische Energie weitergegeben wird und mit
thermüonischen Mitteln oder nach dem Seebeckeffekt in Elektroenergie umgewandelt
wird.
Diese niedrigen Wirkungsgrade sind von besonderem Nachteil, wenn die Batterien in
Satelliten eingesetzte sind, wobei das Gewicht pro erzeugter elektrischer Leistung sehr
hoch ist. Nichtsdestoweniger sind Kernbatterien die einzige Lösung - wenn nicht
Kerreaktroenen gebraucht werden - falls der Satellit eine Stromquelle von mehr als
einem Kilowatt benötigt, was die Grenze für Solarenergiequellen bei den gegenwärtig
genutzten photovoltaischen Quellen mit eiern Nutzerlimit von fünf Jahren ist bei
Betrieb im Bereich des Erdbahnradius'. Für größere Entfernungen als dem
Erdbahnradius ist die Benutzung von Solarzellen noch ungünstiger.
Wie schon erwähnt, ist der Bedarf solcher Energiequellen für abgelegene Nutzung
wie in Satelliten, in entlegenen Gegenden oder im Meer so bedeutend, dass trotz des
hohen Preises und trotz des geringen Wirkungsgrades derartige Radionuklidbatterien
unentbehrlich sind und in beträchtlicher Zahl im Einsatz sind.
Zur Verbesserung des energeitschen Wirkungsgrades sind verschiedene Vorschläge
bekannt. So ist in den Deutschen Patentnameldungen 197 38 066.2 und 189 32 908.9
und der PCT-Patentanmeldung PCT/US 98/18193 (790072.401PC) der Verlust der
Kernenergie bei Einbettung des Radionuklides in ein kondensiertes Material auf ein
absolutes Minimum reduziert, indem zur Einbettung Staubteilchen ab etwa 1
mikrometer Durchmesser verwendet werden, die in einem Plasma als Staubplasma eine
Suspension bilden, so dass dann die radioaktive Stahlung im umgebenden Plasma in
optische Strahlung umgewandelt wird zur weiteren Umwandlung in Elektroenergie in
photovoltaischen Schichten. Diese Methode ist besonders für Betastrahler interessant,
kann aber auch auf Alphastrahler etwas weniger effizient angewandt werden. Ferner
sind solche Beta- (oder Alpha-) Strahler interessant, die keine Gammastrahlung
emittieren, deren hohes Durchdringungevennögen für die Handhabung der Batterien
oder selbst in menschenfernen Bereichen für die biologische Umgebung oder für
benachbarte Hochleistungselektronik prohibitiv ist. Das Einbetten in feste materialien
erlaubt z. B. die Verwendung des vergleichsweise preisgünstigen Strontium-90 aus dem
Abfall von Kernspaltreaktoren.
Die Handhabung der Staubplasmen ist jedoch nicht einfach, wenn damit eine auf .
Jahre hinaus stabile Batterie betrieben werden soll, obwohl hierzu mit Betastrahlern
leistungsfähige Anordnungen erzeugt wurden insbesondere im schwerefreien Raum im
Zusammenhang mit Experimenten in der MIR-Raumstation, siehe V.E. Fortov et al.
Physics of Plasmas, Maiheft 1999, um positiv aufgeladene Staubpartikel in
Staubplasmen zu studieren ähnlich denen mit starker thermi-ionischer
Elektronenemission im thermischen Gleichgewicht vom Raketenauspuff.
Wenn diese Schwierigkeiten mit Staubplasmen für einen einwandfreien und
störungsfreien Betrieb über viele Jahre nicht überwunden werden können oder einen
vergleichsweise kostspieligen technischen Aufwand erfordern, wird eine Lösung in der
folgenden erfindungsgemässen Anordnung erreicht.
Die Einbettung der (vorzugsweise:) gammafreien Betastrahler in feste Materialien
erfolgt in der Weise, dass diese Trägermaterialien aus dünnen Fäden oder dünnen
Schichten bestehen von einigen Mikrometer bis 0.1 mm Durchmesser bzw. Dicke. Diese
Fäden oder Schichten werden gespannt in einem geschlossenen Gefäß aufgehängt
innerhalb eines Gases, das die Energie der Betaelektronen in optische Strahlung
umwandelt, wobei vorzugsweise die Exzimerstrahlung von schmaler spektraler
Bandbreite verwendet wird, wie z. B. Edelgase.
Diese optische Strahlung wird in einer photovoltaischen Schicht mit gegenseitig
angepasster Halbleiter-Bandbreite und Excimer-Bandbreite in Elektroenergie
umgewandelt.
Die photovoltaische Schicht braucht nicht den gesamten Innenraum des Gefässes
mit dem Gas und den Fäden bzw. Schichten auszukleiden. Ein Teil davon genügt z. B.
wenn alle übrigen Innenwände sowie alle Oberflächen der Fäden bzw. Schichten mit
den Radionukliden einen optisch hochreflektierenden Überzug von weniger als 300
nanometer Dicke besitzen, der für die Betaelektronen praktisch keinen Verlust
bedeutet aber fast 100prozentig die optische Stahlung zur photovoltaischen Schicht
befördert.
Eine Schutzschicht mit genau umgekehrter Eigenschaft wird über der Oberfläche der
photovoltaischen Schicht verwendet, soweit diese nicht Diamant mit einem p-n-
Übergang ist. Normalerweise zerstören die Betaelektronen die Leistungsfähigkeit der
photovoltaischen Schicht. Wenn die Schutzschicht aus einem Material, z. B.
Lithiumfluorid besteht, absorbiert diese die Betaelektronen, lässt aber die optische
Strahlung des beta-angeregten Gases hindurch zur photovoltaischen Schicht. Eine
Vereinfachung dieser Schutzfunktion ohne die Schutzschicht wird alternativ oder in
einem gemischten Verfahren erreicht, wenn zwischen den Fäden oder den dünnen
Schichten mit den eingebetteten Betastrahlern und der photovoltaischen Schicht im
Gas ein solcher Abstand A gewählt wird, dass die Betaelektronen im Gas eine kürzere
Bremslänge haben als der Abstand A beträgt.
Bei Verwendung von parallel angeordneten Schichten zur Einbettung des
Betastrahlers wird vorzugsweise die photovoltaische Schicht wenigstens an einem Ende
der Schichtenreihe angeordnet, derart dass ein Maximum an optischer Energie aus dem
Gas mittels der Verspiegelung der Schichten und der Gefässwand in der
photovoltaischen Schicht wirksam wird.
Bei Verwendung von Diamant mit p-n-Übergang als photovoltaische Schicht ist
nicht immer die Verhinderung des Eindringens von Betastrahlung nötig, wie in
verschiedenen Testversuchen gezeigt wurde, wobei Diamantschichten bei langer sehr
intensiver Bestrahlung im Kern von nuklearen Spaltreaktoren genügend wenig
verändert wurden.
Bei der Wahl des Materials der Fäden oder dünnschen Schichten, in die die
radionuklide eingebettet werden, ist auch Diamant das bevorzugte Material nicht nur
wegen seiner mechanischen Festigkeit, sonderen auch wegen seiner geringen
Empfindlichkeit gegen alle radioaktive Strahlung. Die Niederdruckherstellung dieser
Diamantschichten oder -Fäden erfolgt preisgünstig nach dem CVD oder PVD
(chemical vapor deposition bzw. physical vapor deposition) -Verfahren, wie es
ursprünglich in folgenden Patenten beschrieben wurde: H. Hora, Japanisches Patent
472771 (16 Juli 1965); Britisches Patent 1,001,308, siehe auch H. Hora und M.A.
Prelas, Diamond and Related Materials, 4, 1376 (1995). Bei diesem Verfahren kann
das Radionuklid ebenfalls aus einer Verbindung in der Gasphase oder durch
Verdampfen mit in die Diamantschicht eingebettet werden.
Claims (13)
1. Radionuklidbatterie mit Umwandlung von Kernenergie in elektrische Energie,
gekennzeichnet dadurch dass die Energie von Teilchenstrahlen durch Abbremsen in
umliegenden Gasen zur Umwandlung in optische Energie und weiterer Umwandlung
der optische Energie in Elektroenergie durch Einbettung der Radionuklide in Fäden
oder Schichten erfolgt.
2. Radionuklidbatterie nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass die
Teilchenstrahlen Alphateilchen sind.
3. Radionuklidbaterie nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass die
Teilchenstrahlen Betaelektronen sind.
4. Radionuklidbatterie nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass
zum Abbremsen der Teilchen umliegende Gase mit der Eigenschaft der
Exzimerstrahlung verwendet werden.
5. Radionuklidbaterie nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichent dadurch, dass die
Umwandlung der optischen Energie der angeregten Gase in photovoltaischen Schichten
erfolgt.
6. Radionuklidbatterie nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, dass die
Bandbreite der photovolatischen Schichten der Exzimerstrahlung für höchsten
Wirkungsgrad angepasst ist.
7. Radionuklidbatterie nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass als
Exzimergas Edelgase verwendet werden und die optimale Anpassung der optimalen
Bandbreite durch Verwendung von Diamant p-n-Schichten erfolgt.
8. Radionuklidbatterie nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, dass die
teilchenstrahlenden Radioisotope in Fäden von weniger als 0.1 mm Durchmesser
eingebettet sind.
9. Radionuldidbatterie nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet dadruch, dass die
Radioisotope in Schichten von weniger als 0.1 mm Dicke eingebettet sind.
10. Radionuklidbatterie nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, dass
die Einbettungsfäden oder -schichten parallel innerhalb des umgebenden Exzimergases
angeordnet sind.
11. Radionuklidbatterie nach den Ansprüchen 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, dass
die Einbettungsfäden oder -schichten mit einer optisch reflektierenden Oberfläche
versehen sind.
12. Radionuklidbatterie nach den Ansprüchen 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch, dass
eine Schutzschicht über der photovoltaischen Schicht mit optischer Durchlässigkeit
für Photonen mit grösserer Energie als der Bandbreite für die Vermeidung von
Betastrahlenbelastung der photovoltaischen Schicht verwendet wird.
13. Radionuklidbatterie nach den Ansprüchen 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, dass
die Schutzschicht in einem Abstand mit Zwischenraum zur photovoltaischen Schicht
zur Abbremsung von Betaelektronen der höchstmöglichen Energie angebracht wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999157669 DE19957669A1 (de) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | Superkompakte Radionuklidbatterie mit stabiler Mikrobetaquelle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999157669 DE19957669A1 (de) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | Superkompakte Radionuklidbatterie mit stabiler Mikrobetaquelle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19957669A1 true DE19957669A1 (de) | 2001-05-31 |
Family
ID=7930908
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999157669 Withdrawn DE19957669A1 (de) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | Superkompakte Radionuklidbatterie mit stabiler Mikrobetaquelle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19957669A1 (de) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022112269A1 (de) | 2021-05-18 | 2022-11-24 | Quantum Technologies UG (haftungsbeschränkt) | Quanten-Computer-Stack für einen NV-Zentren basierenden Quantencomputer und PQC-Kommunikation von Quantencomputern |
DE202023100401U1 (de) | 2022-03-08 | 2023-02-14 | Quantum Technologies Gmbh | Verlegbarer Quantencomputer mit Mitteln zur Ermöglichung der Verlegbarkeit |
DE202023101056U1 (de) | 2022-03-08 | 2023-03-21 | Quantum Technologies Gmbh | Diamant-Chip für einen mobilen NV-Zentren-Quantencomputer mit einem Kryostaten |
DE202023100801U1 (de) | 2022-03-08 | 2023-03-29 | Quantum Technologies Gmbh | Drehbar gelagerter Quantencomputer auf NV-Zentren-Basis für mobile Anwendungen |
DE102022105464A1 (de) | 2022-03-08 | 2023-09-14 | Quantum Technologies Gmbh | Fahrzeug mit einem verlegbaren Quantencomputer und zugehöriges, verlegbares Quantencomputersystem |
DE102022004989A1 (de) | 2022-03-08 | 2023-09-14 | Quantum Technologies Gmbh | Fahrzeug mit einem verlegbaren Quantencomputer und zugehöriges, verlegbares Quantencomputersystem mit Schutz vor transienten Störungen der Energieversorgung |
-
1999
- 1999-11-30 DE DE1999157669 patent/DE19957669A1/de not_active Withdrawn
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022112269A1 (de) | 2021-05-18 | 2022-11-24 | Quantum Technologies UG (haftungsbeschränkt) | Quanten-Computer-Stack für einen NV-Zentren basierenden Quantencomputer und PQC-Kommunikation von Quantencomputern |
DE202023100401U1 (de) | 2022-03-08 | 2023-02-14 | Quantum Technologies Gmbh | Verlegbarer Quantencomputer mit Mitteln zur Ermöglichung der Verlegbarkeit |
DE202023101056U1 (de) | 2022-03-08 | 2023-03-21 | Quantum Technologies Gmbh | Diamant-Chip für einen mobilen NV-Zentren-Quantencomputer mit einem Kryostaten |
DE202023100801U1 (de) | 2022-03-08 | 2023-03-29 | Quantum Technologies Gmbh | Drehbar gelagerter Quantencomputer auf NV-Zentren-Basis für mobile Anwendungen |
DE202023100548U1 (de) | 2022-03-08 | 2023-04-04 | Quantum Technologies Gmbh | Gatter-Steuerung eines Quantencomputers basieren auf NV-Zentren und nuklearen Spins benachbarter Atomkerne |
DE102022105464A1 (de) | 2022-03-08 | 2023-09-14 | Quantum Technologies Gmbh | Fahrzeug mit einem verlegbaren Quantencomputer und zugehöriges, verlegbares Quantencomputersystem |
DE102023105496A1 (de) | 2022-03-08 | 2023-09-14 | Quantum Technologies Gmbh | Diamant-Chip für einen mobilen NV-Zentren-Quantencomputer mit einem Kryostaten |
DE102022004989A1 (de) | 2022-03-08 | 2023-09-14 | Quantum Technologies Gmbh | Fahrzeug mit einem verlegbaren Quantencomputer und zugehöriges, verlegbares Quantencomputersystem mit Schutz vor transienten Störungen der Energieversorgung |
DE102023102766A1 (de) | 2022-03-08 | 2023-09-14 | Quantum Technologies Gmbh | Gatter-Steuerung eines Quantencomputers basieren auf NV-Zentren und nuklearen Spins benachbarter Atomkerne |
DE102023100265A1 (de) | 2022-03-08 | 2023-09-14 | Quantum Technologies Gmbh | Mobiles, Quantenalgorithmen ausführendes Quantencomputersystem zur Sensorleistungsfähigkeitssteigerung und Sensordatenverarbeitungsbeschleunigung |
DE102022112677A1 (de) | 2022-03-08 | 2023-09-14 | Quantum Technologies Gmbh | Fahrzeug mit einem verlegbaren Quantencomputer und zugehöriges, verlegbares Quantencomputersystem |
DE102023102094A1 (de) | 2022-03-08 | 2023-09-14 | Quantum Technologies Gmbh | Verlegbarer Quantencomputer mit Mitteln zur Ermöglichung der Verlegbarkeit |
DE102023104158A1 (de) | 2022-03-08 | 2023-09-14 | Quantum Technologies Gmbh | Drehbar gelagerter Quantencomputer auf NV-Zentren-Basis für mobile Anwendungen |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1202322B1 (de) | Detektor zum Nachweis elektrisch neutraler Teilchen, insbesondere Neutronen, unter Benutzung eines mit einem Zählgas gefüllten Gehäuses | |
KR19990077221A (ko) | 풀어린 분자를 이용한 방사물 저장 방법 | |
Akimov | Techniques and results for the direct detection of dark matter | |
AU2016234975B2 (en) | Slow neutron conversion body and slow neutron detector | |
JP2006516160A (ja) | 放射性廃棄物分解のためのシステム及び方法 | |
DE19957669A1 (de) | Superkompakte Radionuklidbatterie mit stabiler Mikrobetaquelle | |
CH673907A5 (de) | ||
Cianfarani et al. | A high-resolution detector based on liquid-core scintillating fibres with readout via an electron-bombarded charge-coupled device | |
US3161504A (en) | Radiation source and method for making same | |
AU597644B2 (en) | Apparatus for direct conversion of radioactive decay energy to electrical energy | |
DE19738066A1 (de) | Kompakte Radionuklidbatterie mit Staubplasmen | |
Geraldo et al. | Study of 237Np Photonuclear Reactions Near Threshold Induced by Gamma Rays from Thermal Neutron Capture | |
KR101777185B1 (ko) | 방사선을 이용한 전기발생장치 | |
Jahangiri et al. | Optimization and minimization of dimensions of direct charging nuclear battery based on 90Sr radioactive source for use in MEMS | |
Adinolfi et al. | A high-resolution tracking detector based on capillaries filled with liquid scintillator | |
KR20180115486A (ko) | 중수로핵연료 중심 연료봉에의 Co-59 장입을 통한 Co-60 생산 방안 | |
Hollerman et al. | Survey of recent research results for new fluor materials | |
Kirkby | Today and tomorrow for scintillating fibre (SCIFI) detectors | |
Gilman et al. | An upper limit to X-ray emission from Saturn | |
d'Ambrosio et al. | Optimization of central particle tracking at future hadron colliders | |
CA2241422C (en) | Compact high efficiency electrical power source | |
EP3799076A1 (de) | Verfahren zur dekontaminierung von radioaktiv kontaminierten materialien | |
Mencin et al. | Gaseous like uranium reactors at low temperatures using C60 cages | |
DE19833648A1 (de) | Superkompakte Radionuklidbatterie mit Staubplasmen | |
Reifenschweiler | A suitable tritium carrier for gas discharge tubes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ON | Later submitted papers | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |