DE4413122A1 - Verfahren und Anwendung zur Erzeugung elektrischer Energie aus nuklearer Strahlungsintensität (Nuklearbatterie) - Google Patents

Description

Hier wird die Funktionsweise eines Verfahrens und seiner Anordnung zur Erzeugung einer elektrischen Energie nach dem Prinzip der Einstrahlungsintensität in ein (Um-)Wandlungselement (Wandlerelement) beschrieben sowie dessen Herstellung.

Im Gegensatz zu allen bisherigen Wirkungen und Produktionsverfahren von nuklearen Energieerzeugungen, die auf gesteuerter Thermobasis entweder durch Turbinen oder Thermoelemente indirekt eine Energie abgeben, deren Wirkungsgrad und Lebensdauer niedrig waren, funktioniert dieses Verfahren auf der direkten Umwandlung von Strahlung in elektrische Energie.

Der Aufbau eines Wandlerelementes besteht aus diesem selbst und einer strahlungsaktiven Beschichtung.

Das Wandlerelement besteht aus einem anorganischen Material des Oxidbereiches und verwandter davon in extrem reiner und verdichteter Form. Es ist als mechanisch plane Fläche bei geringer Dicke ausgebildet und weist an beiden Flächen metallin aufgedampfte Elektroden gleicher Fläche aus, an denen die elektrische Energie entnommen werden kann. Das Wandlerelement hat auf der einen Seite der planen Flächen eine dünne aber gleichmäßige Beschichtung eines strahlungsaktiven Materials angebracht. Diese Beschichtung kann entweder aus einer gepreßten dünnen Platte strahlungsaktiven Materials in aufgeklebter Form beschaffen sein oder das strahlungsaktive Material wird in Pulverform mittels Lack oder Kunststoff eingebunden auf das Wandlerelement aufgetragen, auflackiert, aufgebracht, aufgepreßt. Mit dieser Zusammenbringung von Wandlerelement und aktivem Dauerstrahler wird diese "Nuklearbatterie-Form" wirksam.

Mit der dauerhaft konstanten Strahlungsabgabe der strahlungsaktiven Schicht wird aus der Strahlung auf dem direktem Wege elektrische Energie gewonnen, deren Lebensdauer nur noch von der Halbwertzeit des strahlungsaktiven Materials abhängt. Die Dotierung des strahlungsaktiven Materials in Lack oder Kunststoff zum Beispiel und gepreßter Form ist technisch unproblematisch vorausgesetzt, daß das strahlungsaktive Material durch mögliche Eigenerwärmung vielleicht aus dem Abfallprodukt einer Kettenreaktion das Medium Lack oder Kunststoff nicht beschädigt wird. Für dieses Verfahren können auch strahlungsaktive Abfälle aus Kettenreaktionsprozessen und anderen verwendet werden, deren Halbwertzeitaktivitäten entsprechend lange wirken.

Die Halbwertzeiten der für dieses Verfahren und seine Anwendung erforderlichen strahlungsaktiven Materialien können je nach Anwendungsfall des Betriebes im terrestrischen oder exterrestrischen Bereich zwischen 10 Jahren und mehr als 100 Jahren betragen.

Der Vorteil dieses Verfahrens und seiner Aufbauanordnungen liegt darin, daß das gesamte System nicht nur einfacher und mechanisch problemloser funktioniert, sondern auch noch einen höheren Wirkungsgrad erreichen kann, der nur noch von der gleichmäßigen strahlungsaktiven Schichteinwirkung auf das Wandlerelement abhängt.

Aus dem Resultat von Versuchen kann davon ausgegangen werden, daß gegenwärtig günstigenfalls 23 Milli-Ampere/cm² erreicht werden können. Je nach mechanischer Packungsdichte kann mit dieser Anordnung diverser Wandlerelemente pro dm³ eine Leistung von 350 Watt bis 1000 Watt erreicht werden und gewichtsmäßig sind dafür 4 kg bis 9 kg (ohne Strahlungsschirmung) erforderlich. Betrieb und Funktion dieser Batterieform/Energieerzeugungsart schließen eine Eigenerwärmung oberhalb 25°C aus und ist daher weitgehend infrarotpassiv für militärische Anwendungen.

Die Gesamtanordnung kann in einen absorptiv dotierten Kunststoff ausreichender Schirmungsdichtigkeit eingebracht werden, wodurch auch weiterhin ein leichtes Gewichtsverhalten bleibt.

Vorteile des Verfahrens

Gegenüber einem herkömmlichen Reaktor mit Dampfturbine oder auch einem Kleinreaktor auf normaler Erwärmungsbasis mit Thermoelementen erlaubt dieses Verfahren bei seiner Anwendung die direkte Strahlungsumwandlung in elektrische Leistung ohne nennenswerte Erwärmung. Die mechanisch günstige Plattenform bietet gute serielle und parallele Zusammenschaltungsmöglichkeiten. Damit kann jede Spannungs- und Stromgröße erstellt werden. Es liegt eine normale Gleichspannung an den Elektroden an. Das Wandlerelement kann nur bis zur Maximalgröße belastet werden, es gibt keine Reserven.

Durch eine industrielle Fertigung kann das Eigengewicht eines Wandlerelementes noch verringert werden, weil eine mechanische Belastung im Betrieb entfällt. Der Gesamtaufbau kann auch in absorptiven Kunststoff vergossen werden. Das günstige Volumen-/Gesamtgewicht bietet die Möglichkeit des Betriebes in Flugzeugen und Schiffen zu militärischen Zwecken (auch in Panzern) und zivil in Handelsschiffen, Lokomotiven, Herzschrittmachern (auch Defibrillatoren f. dto.) und Lastkraftwagen, um nur einen kleinen Teil der Anwendungen zu bezeichnen.

Mit diesem Verfahren können auch langstrahlende Nuklearabfälle noch mit einem Wirkungsgrad "entsorgt" und verwendet werden.

Durch den Einsatz von Kunststoffabsorbern ist eine zusätzlich günstige Gewichtsersparnis zu erreichen.

Leichtes Eigengewicht eines Gesamtwandlerelementes auch in Relation zu anderen Gleichstromenergieerzeugern.

Claims (8)

1. Der Aufbau des Wandlerelementes aus halbleitendem Material in hochverdichteter Form aus Metalloxiden oder Oxiden aus seltenen Erden sowie Varianten daraus und anorganisch ähnlichen Materialien entweder aus einem gezogenen Mono- oder Multikristall(-gemisch) oder extrem hohem Druck durch Pressung in Scheibenform.

2. Die Aufbringung, Belegung, Beschichtung oder Aufpressung von nuklear strahlungsintensiven Materialien auch durch Kleben, Lackieren oder Kunststoffbeschichtung sowie in Glas auf Ganzflächen deckender Form direkt über dem Wandlerelement angebracht.

3. Das Wandlerelement ist entweder als runde, quadratische oder rechteckige Fläche in Scheibenform ausgebildet, es kann aber auch andere geometrische Formen haben. An beiden Seiten sind metalline Flächen zur Entnahme der elektrischen Leistung vorhanden.

4. Die metallinen Flächen der Seiten des Wandlerelementes sind aufgedampft und verzinnt. An ihnen können Drahtzuführungen angelötet oder angeschweißt werden.

5. Die Funktion ergibt sich durch die Strahlungseinwirkung der strahlungsintensiven Fläche unmittelbar direkt gegenüber der Wandlerelementfläche.

6. Die resultierende Ausgangsleistung eines Wandlerelementes wird nur durch die Strahlungintensität und die mechanische Flächengröße bestimmt.

7. Die mechanische Gesamtanordnung extrem vieler Wandlerelemente kann auf großer Flächenbasis oder kleiner Volumenbasis aufgebaut sein. Elektrisch können die Wandlerelemente seriell und/oder parallel zusammengeschaltet werden. Damit ist jede Spannungshöhe und Stromgröße erreichbar.

8. Die Lebensdauer eines Wandlerelementes wird nur durch die Halbwertzeit des strahlungsaktiven Materials bestimmt.