DE2307042A1 - Isotopenbatterie - Google Patents

Description

BIVIATOR S.A. , Grenchen

Isotopenbatterie

Es ist bekannt, mit Hilfe eines /σ-Strahlers Kernenergie direkt in elektrische Energie umzuwandeln, indem eine mit dem Strahler versehene Emissionselektrode auf ein positives Potential aufgeladen wird, während eine Kollektorelektrode den Elektrodenstrom auffängt. Der Nachteil solcher Stromquellen liegt darin, dass sie hohe Spannungen bei äusserst geringen Strömen liefern.

Es wurde daher auch schon bekannt, durch Sekundäremission die auf der direkten, lawinenartigen Streuung Elektron-Elektron beruht, die Zahl der nutzbaren Elektronen zu erhöhen und zugleich

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Fall 94 309836/0859 ORIGINAL INSPECTED

deren Energie herabzusetzen, womit Stromquellen niedrigerer Spannung bei höheren Strömen erzielbar sind. Die Multiplikationsfaktoren betragen jedoch bestenfalls etwa 1O, sodass auch diese Methode zu oft unbrauchbar geringen Strömen führt, wenn nicht Strahler erheblicher Intensität verwendet werden sollen.

Es ist das Ziel vorliegender Erfindung, eine erhebliche Erhöhung der Stromausbeüte bei gegebener Energie und Dichte der Teilchen-Strahlung bei geringer Spannung zu erhalten. Die Isotopenbatterie gemäss vorliegender Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass durch Wahl des Sekundäremissionsmediums und gegenseitige Anordnung desselben und der Strahlungsquelle und Rollektorelektrode für die Sekundärelektronen ein Vervielfachungsfaktor erzielt wird, der 10 erheblich übersteigt. Vorzugsweise werden Emissionsmedien verwendet, die verhältnisiuässig viele Elektronen geringer Energie infolge einer durch die Primärteilchen angeregten internen Kaltemission emittieren. Es lassen sich Vervielfachungsverhältnisse in der Grössenordnung von

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10 bis 10 erzielen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform in schematischer Darstellung und

Fig. 2 ist eine entsprechende Darstellung einer Ausführungsvariante.

Die Aus führung s form nach Fig. 1 weist eine Emissionselektrode 1

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auf, die an der Unterseite mit einer Schicht 2 eines, geeigneten Präparates eines (ύ -Strahlers versehen ist. Als β -Strahler kommen z.B. T-3, Kr-85, Ni-63 oder C-14 in Frage. Es kann mit /ö -Teilchen verhältnismässig geringer Energie gearbeitet werden, die aber jedenfalls über 1 KeV liegen soll. Eine KaItemissionselektrode 3 kann in diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise aus Aluminium bestehen und auf der der Elektrode 1 zugewandten Seite mit einer dünnen formierten Al-O.-Schicht versehen sein, deren Dicke z.B. 2000 A betragen kann. Diese Alumniniuraoxydschicht kann von einer atomaren Cäsium-Schicht bedeckt sein. Zwischen den Elektroden 1 und 3 befindet sich eine dünne Kollektorelektrode 4, die so beschaffen ist, dass die /^-Strahlung vom Präparat 2 durch sie zur Elektrode 3 durchtritt. Zwischen dem Präparat 2 und der Kollektorelektrode 4 kann Vakuum oder ein Dielektrikum liegen, während zwischen den Elektroden 3 und 4 ein Hochvakuum vorhanden sein muss, das die Elektronenbewegung praktisch nicht behindert.

Zwischen die Elektroden 3 und 4 ist ein Lastwiderstand geschaltet.

Die Wirkungsweise der schematisch dargestellten Stromquelle ist wie folgt. Die β -Strahlung des Präparates 2 durchdringt weitgehend unbehindert die Kollektorelektrode 4 und ein eventuelles Dielektrikum zwischen dem Präparat 2 und der Elektrode 4 und trifft auf die Kaltemissionselektrode 3 auf. Es hat sich gezeigt, dass die oben erwähnte Formierung einer Aluminiumsoxydschicht an der Oberfläche der Elektrode 3 zu einer inneren FeId-

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emission hoher Zählen von Elektronen niedriger Energie führt, wenn die β -Strahlung in die Oberfläche eindringt» Die von der Kaltemissionselektrode 3, die als Felderaissionselektrode wirkt, in grosser Zahl aber mit geringer Energie emittierten Elektronen gelangen auf die Elektrode 4 und laden diese negativ. Es fliesst somit ein Strom im Verbraucher 5. Der Multiplikation sfaktor kann über 1000 liegen. Selbst wenn bei einer gegebenen Betriebsspannung zwischen den Elektroden 3 und 4 ein Anteil der Sekundärelektronen nicht zur Kollektorelektrode 4 gelangt, liegt der nutzbare Multiplikationsfaktor immer noch wesentlich über 10 und kann eine Grössenordnung von 10 aufweisen. _ .... ,:.. .-:-·:,_ ~- ■ ■■-

Die Emissionselektrode 1 kann direkt oder über einen Widerstand mit einer der Elektroden 3 oder 4 verbunden sein. Dieser Widerstand kann vorzugsweise hochohmig sein, damit sich die Emissionselektrode auf ein relativ hohes "positives Potential auflädt. Bei entsprechender Ausbildung der Kollektorelektrode 4, z.B. als gitterartige Elektrode, und Dimensionierung der Elektrodenabstände kann hierbei eine gewisse "Durchgriff wirkung" eintreten, indem die positive Emissionselektrode Γ langsame Elektronen von der Sekundäremissionselektrode 3 ansaugt und zur Kollektorelektrode 4 führt. Befindet sich zwischen der Kollektorelektroäe 4 und der Emissionselektrode 1 ein dünnes Dielektrikum, das zwar die schnellen y$-Teilchen, nicht aber die Sekundärelektronen durchtreten lässt, so kann ein sein: (erheblicher Anteil an Sekundärelektronen schliesslich mittels eiaiea: gitterartigen Kollektor elektrode 4 !eingegangen werden.

Anstelle der oben beschriebenen Sekundäremissionselektrode mit einer dünnen Oxydschicht auf einem Metallträger kann ein ähnlicher innerer Kaltemissionseffekt mit hohem Multiplikationsfaktor in einem Festkörper, d.h. einer wesentlich dickeren Schicht z.B. von Al, Al-O-, K Cl oder dergleichen verwendet werden. Versuche haben ergeben, dass hierbei Sekundärelektronen mit Energien bis etwa 30 eV austreten.

In den bisher beschriebenen Ausführungen bildet die Kollektorelektrode eine " Ventilelektrode" die wohl die schnellen Primärteilchen, nicht aber die langsamen Sekundärelektronen durchtreten lässt.

Es ist jedoch auch möglich, die Kollektorelektrode 4 als "primäre" Sekundäremissionselektrode auszubilden und damit den totalen MuItiplikationsfaktor noch zu steigern. In diesem Falle wird die Kollektorelektrode mit einer Sekundäremissionsschicht, z.B. Mg O belegt, in welcher die >$-Teilchen der Emissionselektrode Sekundärelektronen erzeugen, die mit genügender Energie gegen die Emissionselektrode 3 fliegen und dort in der beschriebenen Weise Sekundärelektronen auslösen, die dann zur Kollektorelektrode 4 gelangen und den Nutzstrom liefern.

Die Ausführung nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, dass die Sekundäremissionselektrode 3 zwischen der Emissionselektrode 1 und der Kollektorelektrode liegt. Die Sekundäremissionselektrode ist so bemessen, dass ein Anteil der β -Teilchen sie durchdringt, wobei auf ihrer der Kollektorelektrode 4 zugewandten Seite die oben beschriebene Sekundär-

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emission bzw. verstärkte Sekundäremission auftritt. Die Kollektorelektrode ist so bemessen, dass sie sowohl die ρ -Teilchen als auch die Sekundärelektronen auffängt.

In allen Fällen kann die Sekundäremission bzw. verstärkte Sekundäremission durch das Material der Elektrode 3 direkt erfolgen, wenn es sich um ein Metall, z.B. Al oder Mg handelt, oder wenn auf der der Kollektorelektrode zugewandten Seite eine dünne Schicht des Metalloxyds, z.B. Al_O oder MgO aufgetragen ist. Anstelle eines Oxyds können auch andere Stoffe treten, z.B. KCl, wobei die Sekundäremissionselektrode einen Träger aus anderem Metall aufweisen kann.

Anstelle von ß -Primärteilchen kann man auch oL -Primärteilchen verwenden. In diesem Falle wird die Elektrode 1 negativ geladen, weist also gleiche Polarität auf wie die Kollektorelektrode 4. Verbindet man die Elektroden 1 und 4 durch einen hochohmigen Widerstand so wird die Kollektorelektrode über diesen Widerstand zusätzlich negativ geladen, was den nutzbaren Anteil - von Sekundärelektronen zu steigern gestattet. Ein ähnlicher Effekt ist bei den Ausführungen nach Fig. 1 und 2 mit β -Strahlern erzielbar, wenn die stark positive Elektrode 1 über einen hochohmigen Widerstand mit der positiven Kaltemissionselektrode 3 verbunden wird.

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Claims (9)

1. PATENTANS PRUECHE

   ί 1) !Isotopenbatterie mit einer Strahlungsquelle für geladene Primär-Teilchen, mittels welcher Sekundärelektronen erzeugt werden, die den Nutzstrom liefern, dadurch gekennzeichnet, dass durch Wahl des Sekundäremissionsmediums und gegenseitige Anordnung desselben und der Strahlungsquelle und Kollektorelektrode für Sekundärelektronen ein Vervielfachungsfaktor erzielt wird, der 10 erheblich übersteigt.
2. 2) Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sekundäremissionsmedium vorgesehen ist, in welchem die Primärteilchen eine interne Kaltemission von Elektronen anregen.
3. 3) Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Sekundäremissionsmedium eine dünne Schicht eines Isolators, z.B. Mg O oder A1_O_ vorgesehen ist.
4. 4) Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Sekundäremissionsmedium ein Festkörper, z.B. Al oder Mg vorgesehen ist.
5. 5) Batterie nach einem der Ansprüche 1 — 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorelektrode zwischen der Strahlungsquelle und dem Sekundäremissionsmediiam angeordnet und für die Primarteilchen durchlassig ausgebildet ist.

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6. 6) Batterie liäeh den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Schicht der Kollektorelektrode zugewandt auf einem metallischen Träger angebracht ist.
7. 7) Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet* dass-die Kollektorelektrode mit einer Sekündäremissiorisschicht Belegt ist.
8. 8) Batterie nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Strahlungsquelle tragende Elektrode elektrisch direkt öder durch einen Widerstand mit einer das Sekundäremissiorismediüm tragenden Elektrode oder mit der kollektorelektröde verbünden ist.
9. 9) Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichhet> dass die Köllektoreiektrode gitterartig ausgebildet ist.

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