KR20230098809A - 핵 배터리 - Google Patents

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KR20230098809A
KR20230098809A KR1020237015944A KR20237015944A KR20230098809A KR 20230098809 A KR20230098809 A KR 20230098809A KR 1020237015944 A KR1020237015944 A KR 1020237015944A KR 20237015944 A KR20237015944 A KR 20237015944A KR 20230098809 A KR20230098809 A KR 20230098809A
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KR
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nuclear battery
radiation
electrode
radiation source
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KR1020237015944A
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Inventor
마이클 디 하이벨
센크 굴러
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웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨
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    • 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
    • G21H1/02—Cells charged directly by beta radiation
    • 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
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Abstract

핵 배터리가 제공된다. 핵 배터리는 방사선 공급원 층, 제1 전기 절연체 층, 케이싱 층, 제1 전극, 및 제2 전극을 포함한다. 방사선 공급원 층은 베타 방사선을 방출하도록 구성 가능한 조성을 포함한다. 제1 전기 절연체 층은 방사선 공급원 층 위에 배치된다. 케이싱 층은 제1 전기 절연체 층 위에 배치된다. 케이싱 층은 베타 방사선의 통과를 억제하도록 구성된 조성을 포함한다. 제1 전극은 방사선 공급원 층과 전기적으로 연통한다. 제2 전극은 케이싱 층과 전기적으로 연통된다. 전압 전위는, 방사선 공급원 층이 베타 방사선을 방출하는 경우에 제1 전극과 제2 전극 사이에 존재한다.

Description

핵 배터리
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 발명의 명칭이 "핵 배터리"이고 2020년 11월 4일에 출원된 미국 특허 비-임시 출원 제17/089,249호의 이익을 주장하며, 그 내용은 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
방사성 동위원소 열 발생기(RTG)는 열을 발생시키고 열전쌍을 이용하여 열을 전기로 변환한다. 플루토늄-238은 87.7년의 바람직한 반감기를 갖기 때문에 통상적으로 RTG에 사용되어 왔으며 플루토늄-238은 열을 생성하기 위해, 플루토늄-238을 둘러싸는 재료에서 급속하게 감속하는 알파 방사선을 방출한다. 또한, 플루토늄-238은 본질적으로 감마 방사선을 생성하지 않으며, 알파 방사선의 감속은 본질적으로 감마 방사선을 생성하지 않으며, 이는 플루토늄-238로 하여금 전력이 공급된 RTG가 사람 및/또는 방사선 감응 전자장치에 매우 근접하게 사용될 수 있게 하는 데 필요한 방사선 차폐를 최소화한다. 그러나, RTG에서 플루토늄-238을 사용하는 것은 어려움을 야기한다.
본 개시는 핵 배터리를 제공한다. 핵 배터리는 방사선 공급원 층, 제1 전기 절연체 층, 케이싱 층, 제1 전극, 및 제2 전극을 포함한다. 방사선 공급원 층은 베타 방사선을 방출하도록 구성 가능한 조성을 포함한다. 제1 전기 절연체 층은 방사선 공급원 층 위에 배치된다. 케이싱 층은 제1 전기 절연체 층 위에 배치된다. 케이싱 층은 베타 방사선의 통과를 억제하도록 구성된 조성을 포함한다. 제1 전극은 방사선 공급원 층과 전기적으로 연통한다. 제2 전극은 케이싱 층과 전기적으로 연통된다. 전압 전위는, 방사선 공급원 층이 베타 방사선을 방출하는 경우에 제1 전극과 제2 전극 사이에 존재한다.
본 명세서에 설명된 발명은 본 발명의 내용에 요약된 실시예에 한정되지 않는 것으로 이해된다. 다양한 다른 양태가 본원에 설명되고 예시된다.
실시예의 특징 및 이점, 및 이를 달성하는 방법이 더욱 명백해질 것이고, 실시예는 첨부된 도면과 함께 취해진 실시예의 다음의 설명을 참조함으로써 더 잘 이해될 것이다.
도면은 본 개시에 따른 핵 배터리의 부분 단면도이다.
본원에 기재된 예시는 특정 예시를 하나의 형태로 예시하며, 이러한 예시는 임의의 방식으로 본 발명의 범주를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 개시의 소정의 예시적인 양태는 이제 본원에 개시된 조성물, 기능, 제조, 그리고 조성물 및 방법의 사용의 원리에 대한 전반적인 이해를 제공하도록 설명될 것이다. 이들 양태의 예시(들)이 첨부 도면에 나타나 있다. 당업자는, 본원에 구체적으로 설명되고 첨부 도면에 나타낸 조성물, 물품, 및 방법이 비제한적인 예시적 양태이며, 본 발명의 다양한 예시의 범주가 청구범위에 의해서만 정의된다는 것을 이해할 것이다. 하나의 예시적인 양태와 관련하여 나타내거나 설명된 특징부는 다른 양태의 특징부와 조합될 수 있다. 이러한 수정 및 변형은 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다.
명세서 전반에 걸쳐 "다양한 예시", "일부 예시", "하나의 예", "일례" 등은 예시와 연관하여 설명된 특정 특징부, 구조 또는 특징이 예시에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 "다양한 예시", "일부 예시에서", "일례에서", "일례로" 등의 문구가 존재하는 것은 반드시 동일한 예시를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징부, 구조 또는 특징은 하나 이상의 예시에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다. 따라서, 하나의 예시와 관련하여 나타내거나 설명된 특정 특징부, 구조, 또는 특성은, 제한 없이 다른 예시 또는 기타 예시의 특징부, 구조, 또는 특성과 전체적으로 또는 부분적으로 조합될 수 있다. 이러한 수정 및 변형은 본 예시의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다.
통상적으로, RTG는, 플루토늄-238로부터의 알파 방사선의 감속에 의해 생성된 열 에너지로부터만 전기 에너지를 생성한다. 그러나, 플루토늄-238은 바람직하지 않은 연료일 수 있다. 또한, 베타 방출 조성물은, 베타 방사선이 바람직하지 않을 수 있고 바람직하지 않은 큰 방사선 차폐 층을 필요로 하는 브렘스트라룽 방사선 방출(예, 감마 방사선)을 생성할 수 있기 때문에 이전에 사용되지 않았다. 또한, RTG의 전력 밀도를 증가시키는 것이 어려웠다. 따라서, 본 발명자는, 먼저 베타 방사선으로부터 열 에너지를 생성할 필요 없이, RTG의 전력 밀도를 증가시키고/증가시키거나 전기 차폐 요건을 감소시킬 필요 없이, 베타 방사선 방출로부터 직접 전기 에너지를 생성할 수 있는 핵 배터리를 제공하였다. 다양한 실시예에서, 핵 배터리는 베타 방사선 및 열 에너지로부터 모두 직접적으로 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.
도면을 참조하면, 핵 배터리(100)가 제공된다. 핵 배터리(100)는 방사선 공급원 층(102), 제1 전기 절연체 층(104), 케이싱 층(106), 제1 전극(108), 및 제2 전극(110)을 포함한다. 일부 실시예에서, 핵 배터리(100)는 선택적으로 제2 전기 절연체 층(112), 방사선 차폐 층(114), 열 에너지 수확 장치(116), 및 열 절연체 층(118)을 포함한다.
핵 배터리(100)는 배터리 플레이트, 로드, 또는 다른 형상으로서 구성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 핵 배터리(102)는 도면에 나타낸 바와 같은 단일 배터리 플레이트 또는 다수의 배터리 플레이트(미도시)를 포함할 수 있다. 핵 배터리(100)의 로드 형상 구성에서, 각각의 층(102, 104, 106, 112, 114, 및 118)은 도면에 나타낸 바와 같이 수직 단면을 가질 수 있다. 로드의 길이는 원하는 전력량을 생성하도록 제어될 수 있다. 로드 형상은, 원하는 전력 출력을 달성하는 데 필요한 공간을 최소화하기 위해 나선형 로드 형상일 수 있다.
방사선 공급원 층(102)은 베타 방사선을 방출하도록 구성 가능한 조성을 포함한다. 예를 들어, 방사선 공급원 층(102)은 튤륨, 튤륨 동위원소, 스트론튬, 스트론튬 동위원소, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특정 예시에서, 방사선 공급원 층(102)은 베타 방사선을 방출하는 방사성 동위원소를 포함한다. 방사선 공급원 층(102)은 플레이트 형상 또는 로드 형상일 수 있다. 방사선 공급원 층(102)은 방출될 베타 방사선의 원하는 양에 기초하여 일정 두께로 생성될 수 있다. 예를 들어, 방사선 공급원 층(102)은 두께가 1 mm일 수 있다. 방사선 공급원 층(102)의 치수는 필요한 양의 전력을 생성하도록 크기를 가질 수 있다.
제1 전기 절연체 층(104)은 방사선 공급원 층(102) 위에 배치된다. 예를 들어, 제1 전기 절연체 층(104)은 방사선 공급원 층(102)과 직접 접촉할 수 있고 이를 둘러쌀 수 있다. 제1 전기 절연체 층(104)은 방사선 공급원 층(102)과 케이싱 층(106) 사이에 원하는 전기 저항을 제공하기에 적합한 조성 및 두께를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전기 절연체 층은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 제1 전기 절연체 층은 마그네슘 산화물, 알루미늄 산화물, 다이아몬드, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
케이싱 층(106)은 제1 전기 절연체 층(104) 위에 배치된다. 예를 들어, 케이싱 층(106)은 제1 전기 절연체 층(104)과 직접 접촉하고 이를 둘러쌀 수 있다. 케이싱 층(106)은, 케이싱 층(106)을 통한 베타 방사선의 통과를 억제하도록(예, 베타 방사선을 느리게 하도록) 구성된 조성 및 두께를 포함한다. 예를 들어, 케이싱 층(106)은 금속 또는 금속 합금, 예를 들어 13 이하의 원자 번호를 갖는 금속, 또는 13 이하의 원자 번호를 갖는 주요 금속을 갖는 금속 합금을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 케이싱 층은 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘, 또는 마그네슘 합금을 포함할 수 있다. 케이싱 층(106)이 13 이하의 원자 번호를 포함하는 금속을 갖는 조성을 포함한 실시예에서, 케이싱 층(106)을 통한 베타 방사선의 통과의 억제로 인해 생성된 브렘스트랄룽 방사선이 있는 경우, 최소의 브렘스트랄룽 방사선이 있을 수 있다. 따라서, 방사선 차폐 층(114)의 크기가 감소될 수 있다.
제1 전극(108)은 방사선 공급원 층(102)과 전기적으로 연통한다. 제1 전극(108)은 케이싱 층(106), 방사선 차폐 층(114), 및 방사선 공급원 층(102) 이외의 핵 배터리(110) 내의 임의의 다른 전기 전도층으로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 다양한 실시예에서, 제1 전극(108)은 양의 극성을 갖는다.
제2 전극(110)은 케이싱 층(106)과 전기적으로 연통된다. 제2 전극(110)은 방사선 차폐 층(114) 및 방사선 공급원 층(102)으로부터 전기적으로 절연된다. 다양한 실시예에서, 제2 전극(110)은 음의 극성을 갖는다.
방사선 공급원 층(102)에 의해 방출된 베타 방사선은, 먼저 열 에너지를 생성할 필요 없이, 전기 에너지를 생성하는 데 직접 사용될 수 있다. 예를 들어, 방사선 공급원 재료(102)에 의해 방출된 베타 방사선은, 제1 전기 절연체 층(104)을 통해 케이싱 층(106)까지 통과할 수 있다. 베타 방사선의 통과는 방사선 공급원 층(102)과 케이싱 층(106) 사이에 전압 전위를 생성할 수 있다. 예를 들어, 베타 방사선은, 케이싱 층(106)으로 전사될 수 있는 전자를 포함할 수 있다.
제1 전기 절연체 층(104)은, 전압 전위가 생성될 수 있도록, 제1 전기 절연체 층(104)을 통한 베타 복사의 통과를 가능하게 하면서 방사선 공급원 재료(102)와 케이싱 층(106) 사이에 바람직한 전기 저항을 생성하는 두께로 구성될 수 있다. 따라서, 제1 전극(108)과 방사선 공급원 층(102) 사이의 전기적 연통 및 제2 전극(110)과 케이싱 층(106) 사이의 전기적 연통으로 인해, 방사선 공급원 층(102)이 베타 방사선을 방출할 경우에 제1 전극(108)과 제2 전극(110) 사이에 전압 전위가 존재한다. 전형적인 RTG에 사용되는 알파 방사선 방출기는, 알파 방사선이 고체 재료 내에서 매우 짧은 거리만을 이동하기 때문에 바람직한 전압 전위를 달성할 수 없을 것이다.
제2 전기 절연체 층(112)은 케이싱 층(106) 위에 배치된다. 예를 들어, 제2 전기 절연체 층(112)은 케이싱 층(106)과 직접 접촉할 수 있고 이를 둘러쌀 수 있다. 제2 전기 절연체 층(112)은, 방사선 차폐 층(114)이 케이싱 층(106)과 방사선 공급원 층(102) 사이에서 발생된 전위를 간섭하는 것을 억제하도록, 케이싱 층(106)과 방사선 차폐 층(114) 사이에 원하는 전기 저항을 제공하기에 적합한 조성 및 두께를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 전기 절연체 층(112)은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 제2 전기 절연체 층(112)은 마그네슘 산화물, 알루미늄 산화물, 다이아몬드, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 제2 전기 절연체 층(112)은 열 전도성일 수 있다. 따라서, 베타 방사선의 통과를 억제함으로써 케이싱 층(106)에서 발생된 열이, 방사선 차폐 층(114)으로 전도된다.
방사선 차폐 층(114)은 제2 전기 절연체 층(112) 위에 배치된다. 예를 들어, 방사선 차폐 층(114)은 제2 전기 절연체 층(112)과 직접 접촉하고 이를 둘러쌀 수 있다. 방사선 차폐 층(114)은, 감마 방사선이 방사선 차폐 층(114)을 통과하는 것을 억제하기에 적합한 조성 및 두께를 포함할 수 있다. 예를 들어, 방사선 차폐 층(114)은 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 방사선 차폐 층(114)은 텅스텐, 텅스텐 합금, 철, 철 합금, 우라늄, 우라늄 합금, 또는 우라늄 화합물을 포함할 수 있다. 방사선 차폐 층(114)은 케이싱 층(106)과 열적으로 연통할 수 있다. 방사선 차폐 층(114)은, 케이싱 층(106)으로부터의 추가 베타 방사선 및/또는 브렘스트랄룽 방사선이 방사선 차폐 층(114)을 통과하는 것을 억제함으로써, 열 에너지를 생성할 수 있다.
열 에너지 수확 장치(116)는 방사선 차폐 층(114)과 물리적으로 접촉하고, 방사선 차폐 층(114)으로부터 열 에너지를 수용하고 열 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성된다. 예를 들어, 열 에너지 수확 장치(116)는 열전대를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 방사선 차폐 층(114)으로부터의 열 에너지는 통상적인 RTG에 의해 사용되는 방식으로 수확될 수 있다.
방사선 차폐 층(116)이 열 에너지에 의해 가열될 수 있기 때문에, 열 절연체 층(118)은, 핵 배터리(100)로부터의 열 에너지의 대류 손실이 감소됨으로써 핵 배터리(100)의 효율을 증가시키도록, 방사선 차폐 층(114) 위에 배치될 수 있다. 예를 들어, 열 절연체 층(118)은 방사선 차폐 층(116)과 직접 접촉하고 이를 둘러쌀 수 있다. 열 절연체 층(118)은 유리 섬유, 실리카, 탄소, 다른 열 절연체 재료, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본원에 설명된 바와 같이, 핵 배터리(100)는 열 에너지를 열 에너지 수확 장치(116)를 사용하여 그리고 방사선 공급원 층(102)으로부터 베타 방사선의 방출로부터 직접적으로 전기 에너지로 변환하는 것으로부터 전기 에너지를 발생시킬 수 있다. 핵 배터리(100)는 제1 및 제2 전극(108 및 110)으로부터 핵 배터리(와트/cm3)의 부피 세제곱 센티미터 당 적어도 0.1 와트, 예를 들어 적어도 0.5 W/cm3, 적어도 1 W/cm3, 적어도 2 W/cm3, 적어도 10 W/cm3, 또는 적어도 50 W/cm3를 출력하도록 구성될 수 있다.
핵 배터리(100)는, 실질적으로 일정한 전력 공급원이 필요한 다양한 응용 분야에 사용될 수 있다. 핵 배터리(100)는 군용 장비의 컴퓨터 또는 통신 장치에 전력을 공급하거나, 비행기 또는 잠수함과 같은 무인 차량에 전력을 공급하거나, 전기 자동차와 같은 민간 분야에 사용되어 내부 가열 또는 냉각과 같은 보조 기능에 전력을 공급함으로써 더 긴 구동 범위를 제공할 수 있다.
또한, 무인 차량에 전력을 공급하는 것은, 이들 차량이 정상적으로 달성 불가능한 조건에서 작동하도록 허용할 수 있다. 핵 배터리(100)는, 현재 사용되는 연소 엔진이 동력을 공급하기 위한 공기(예, 산소)를 필요로 하지 않기 때문에, 차량은 더 높은 고도 및/또는 더 낮은 온도에서 주행할 수 있다.
본 개시에 따른 본 발명의 다양한 양태는 다음의 번호가 매겨진 조항에 열거된 양태를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
1. 핵 배터리로서,
베타 방사선을 방출하도록 구성 가능한 조성을 포함하는 방사선 공급원 층;
상기 방사선 공급원 층 위에 배치된 제1 전기 절연체 층;
상기 제1 전기 절연체 층 위에 배치되며, 베타 방사선의 통과를 억제하도록 구성된 조성을 포함하는 케이싱 층;
상기 방사선 공급원 층과 전기적으로 연통하는 제1 전극; 및
상기 케이싱 층과 전기적으로 연통하는 제2 전극을 포함하되, 상기 방사선 공급원 층이 베타 방사선을 방출할 경우, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전압 전위가 존재하는, 핵 배터리.
2. 조항 1에 있어서, 상기 방사선 공급원 층은 툴륨, 툴륨 동위원소, 스트론튬, 스트론튬 동위원소, 또는 이들의 조합을 포함하는, 핵 배터리.
3. 조항 1 또는 2에 있어서, 제1 전기 절연체 층은 금속 산화물을 포함하는, 핵 배터리.
4. 조항 1 내지 3 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 제1 전기 절연체 층은 마그네슘 산화물, 알루미늄 산화물, 다이아몬드, 또는 이들의 조합을 포함하는, 핵 배터리.
5. 조항 1 내지 4 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 케이싱 층은 금속 또는 금속 합금을 포함하는, 핵 배터리.
6. 조항 1 내지 5 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 케이싱 층은 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘, 또는 마그네슘 합금을 포함하는, 핵 배터리.
7. 조항 1 내지 6 중 어느 한 조항에 있어서,
상기 케이싱 층 위에 배치된 제2 전기 절연체 층;
상기 제2 전기 절연체 층 위에 배치되는 방사선 차폐 층; 및
상기 방사선 차폐 층과 물리적으로 접촉하고, 열 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성되는 열 에너지 수확 장치를 포함한 열 에너지 수확 장치를 추가로 포함하는, 핵 배터리.
8. 조항 7에 있어서, 상기 방사선 차폐 층 위에 배치된 열 절연체 층을 추가로 포함하는, 핵 배터리.
9. 조항 7 또는 8에 있어서, 상기 열 에너지 수확 장치는 열전대를 포함하는, 핵 배터리.
10. 조항 7 내지 9 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 방사선 차폐 층은 금속 또는 금속 합금을 포함하는, 핵 배터리.
11. 조항 7 내지 10 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 방사선 차폐 층은 텅스텐, 텅스텐 합금, 철, 철 합금, 우라늄, 또는 우라늄 합금을 포함하는, 핵 배터리.
12. 조항 7 내지 11 중 어느 한 조항에 있어서, 제1 전극은 상기 케이싱 층 및 상기 방사선 차폐 층으로부터 전기적으로 절연되는, 핵 배터리.
13. 조항 7 내지 12 중 어느 한 조항에 있어서, 제2 전극은 상기 방사선 차폐 층으로부터 전기적으로 절연되는, 핵 배터리.
14. 조항 1 내지 13 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 핵 배터리는 상기 핵 배터리의 부피의 세제곱 센티미터 당 적어도 0.1 와트를 출력하도록 구성되는, 핵 배터리.
15. 조항 1 내지 14 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 방사선 공급원 층은 판 형상 또는 막대 형상인, 핵 배터리.
개시된 방법 및 시스템을 포함한 본 발명의 조성물, 구조, 제조, 기능 및/또는 작동에 대한 이해를 제공하기 위해 다양한 특징부 및 특성이 본 명세서에 설명된다. 본 명세서에 설명된 본 발명의 다양한 특징부 및 특성은 이러한 특징부 및 특성이 본 명세서에 조합하여 명시적으로 설명되는지 여부와 상관없이 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있음을 이해할 것이다. 발명자와 출원인은 본 명세서에 설명된 발명의 범주 내에 포함되는 그러한 특징부 및 특성의 조합을 명시적으로 의도한다. 이와 같이, 청구범위는 임의의 조합으로, 본 명세서에 명시적으로 또는 본질적으로 설명되거나, 달리 명시적으로 또는 본질적으로 뒷받침되는 임의의 특징부 및 특성을 언급하도록 수정될 수 있다. 또한, 출원인은 종래 기술에 존재할 수 있는 특징부 및 특성이 본 명세서에 명시적으로 설명되지 않더라도, 그러한 특징부 및 특성을 긍정적으로 부인하도록 청구범위를 수정할 권리를 보유한다. 따라서, 이러한 개정은 명세서 또는 청구범위에 새로운 문제를 추가하지 않을 것이며, 서면 설명, 설명의 충분성 및 추가된 문제 요건을 준수할 것이다.
첨부된 청구범위와 관련하여, 당업자는 그 안에 인용된 작동이 일반적으로 임의의 순서로 수행될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 다양한 작동 흐름이 시퀀스(들)로 제시되지만, 다양한 작동은 도시된 것과 다른 순서로 수행될 수 있거나 동시에 수행될 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 대체 순서의 예는, 문맥상 달리 명시되지 않는 한, 중첩, 인터리브, 중단, 재정렬, 증분, 준비, 보충, 동시, 역방향, 또는 다른 변형된 순서를 포함할 수 있다. 또한, 문맥상 달리 명시되지 않는 한, "반응하는", "관련된", 또는 다른 과거형 형용사 같은 용어는 일반적으로 이러한 변형을 배제하려는 의도가 아니다.
본 명세서에 설명된 발명(들)은 본 명세서에 기술된 다양한 특징부 및 특성을 포함하거나, 이로 구성되거나, 본질적으로 이로 구성될 수 있다. 용어 "포함하다" (및 "포함한다" 및 "포함하는"과 같은 포함하다의 임의의 형태), "갖다" (및 "갖는다" 및 "갖는"과 같은 갖다의 임의의 형태), "포함하다" (및 "포함한다" 및 "포함하는"과 같은 포함하다의 임의의 형태) 및 "함유하다" (및 "함유한다" 및 "함유하는"과 같은 함유하다의 임의의 형태)는 개방형 연결 동사이다. 따라서, "~를 포함하는", "~를 갖는", "~를 포함한" 또는 "~를 함유한" 방법 또는 시스템은 특징부(들) 및/또는 특징을 갖지만 이들 특징부(들) 및/또는 특징만을 보유하는 것에 제한되지 않는다. 마찬가지로, "~를포함하는", "~를 갖는", "~를 포함한" 또는 "~를 함유한" 조성물, 코팅, 또는 공정 요소는 특징부(들) 및/또는 특징을 갖지만 이들 특징부(들) 및/또는 특징만을 보유하는 것에 제한되지 않고 추가적인 특징부 및/또는 특징을 소유할 수 있다.
청구범위를 포함하여, 본 명세서에 사용된 바와 같은 문법적 관사 "일", "하나" 및 "그 하나"는 달리 명시되지 않는 한 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 포함하도록 의도된다. 따라서, 관사는 본 명세서에서 관사의 문법적 객체 중 하나 이상(즉, "적어도 하나")을 지칭하기 위해 사용된다. 예로서, "일 성분"은 하나 이상의 성분을 의미하며, 따라서, 가능하게는 하나 이상의 성분이 고려되고, 설명된 조성물, 코팅 및 공정의 구현에 채택되거나 사용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 일부 경우에 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"이라는 용어의 사용은, 용어의 사용 실패가 문법적 관사 "일", "하나" 및 "그 하나"의 개체를 단 하나로 제한하는 해석을 초래하지 않을 것임을 이해할 것이다. 또한, 단수 명사의 사용은 복수를 포함하고, 복수의 명사의 사용은, 용도의 문맥이 달리 요구하지 않는 한, 단수를 포함한다.
본 명세서에서, 달리 명시되지 않는 한, 모든 수치 파라미터는 모든 경우에 "약"이라는 용어에 의해 앞에 놓이고 수정되는 것으로 이해되어야 하며, 여기서 수치 파라미터는 파라미터의 수치 값을 결정하는 데 사용되는 근본적인 측정 기술의 고유한 가변 특성을 갖는다. 적어도, 청구범위의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도가 아니면, 본원에 설명된 각각의 수치 파라미터는, 적어도 보고된 유효 자릿수의 수를 고려하여 그리고 통상적인 반올림 기법을 적용하여 해석되어야 한다.
여기에 인용된 임의의 수치 범위는, 인용된 범위에 포함되는 모든 하위 범위를 포함한다. 예를 들어, "1 내지 10"의 범위는 인용된 최소값 1과 인용된 최대값 10 사이의(및 이를 포함하는), 즉 1 이상의 최소값 및 10 이하의 최대값을 갖는 모든 하위 범위를 포함한다. 또한, 본원에 인용된 모든 범위는 인용된 범위의 종점을 포함한다. 예를 들어, "1 내지 10"의 범위는 종점 1 및 10을 포함한다. 본 명세서에 인용된 임의의 최대 수치 제한은 그 안에 포함되는 모든 더 낮은 수치 제한을 포함하도록 의도되고, 본 명세서에 인용된 임의의 최소 수치 제한은 그 안에 포함되는 모든 더 높은 수치 제한을 포함하도록 의도된다. 따라서, 출원인은 청구범위를 포함하여 본 명세서를 수정하여 명시적으로 인용된 범위 내에 포함되는 임의의 하위 범위를 명시적으로 언급할 권리를 보유한다. 이러한 모든 범위는 본 명세서에 본질적으로 설명된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 특히 층과 관련하여, 용어 "상", "위로", "위에", 및 이들의 변형(예, "위로 도포된", "위에 형성된", "위로 증착된", "에 걸쳐 제공된", "에 걸쳐 위치한", 등)는 기재의 표면 위에 적용되거나, 형성되거나, 증착되거나, 제공되나, 이와 달리 위에 위치하나 반드시 기재와 접촉할 필요는 없다. 예를 들어, 기재 "위로 도포된" 층은 도포된 층과 기재 사이에 위치하는 동일하거나 상이한 조성의 다른 층 또는 기타 층의 존재를 배제하지 않는다. 마찬가지로, 제1 층 "위에 도포된" 제2 층은 도포된 제2 층과 도포된 제1 층 사이에 위치하는 동일하거나 상이한 조성의 다른 층 또는 기타 층의 존재를 배제하지 않는다.
본 발명의 특정 예가 예시의 목적으로 전술되었지만, 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명의 세부 사항의 수많은 변형이 본 발명에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 핵 배터리로서,
    베타 방사선을 방출하도록 구성 가능한 조성을 포함하는 방사선 공급원 층;
    상기 방사선 공급원 층 위에 배치된 제1 전기 절연체 층;
    상기 제1 전기 절연체 층 위에 배치되며, 베타 방사선의 통과를 억제하도록 구성된 조성을 포함하는 케이싱 층;
    상기 방사선 공급원 층과 전기적으로 연통하는 제1 전극; 및
    상기 케이싱 층과 전기적으로 연통하는 제2 전극을 포함하되, 상기 방사선 공급원 층이 베타 방사선을 방출할 경우, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전압 전위가 존재하는, 핵 배터리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방사선 공급원 층은 툴륨, 툴륨 동위원소, 스트론튬, 스트론튬 동위원소, 또는 이들의 조합을 포함하는, 핵 배터리.
  3. 제1항에 있어서, 제1 전기 절연체 층은 금속 산화물을 포함하는, 핵 배터리.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 전기 절연체 층은 마그네슘 산화물, 알루미늄 산화물, 다이아몬드, 또는 이들의 조합을 포함하는, 핵 배터리.
  5. 제1항에 있어서, 상기 케이싱 층은 금속 또는 금속 합금을 포함하는, 핵 배터리.
  6. 제1항에 있어서, 상기 케이싱 층은 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘, 또는 마그네슘 합금을 포함하는, 핵 배터리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱 층 위에 배치된 제2 전기 절연체 층;
    상기 제2 전기 절연체 층 위에 배치되는 방사선 차폐 층; 및
    상기 방사선 차폐 층과 물리적으로 접촉하고, 열 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성되는 열 에너지 수확 장치를 포함한 열 에너지 수확 장치를 추가로 포함하는, 핵 배터리.
  8. 제7항에 있어서, 상기 방사선 차폐 층 위에 배치된 열 절연체 층을 추가로 포함하는, 핵 배터리.
  9. 제7항에 있어서, 상기 열 에너지 수확 장치는 열전대를 포함하는, 핵 배터리.
  10. 제7항에 있어서, 상기 방사선 차폐 층은 금속 또는 금속 합금을 포함하는, 핵 배터리.
  11. 제7항에 있어서, 상기 방사선 차폐 층은 텅스텐, 텅스텐 합금, 철, 철 합금, 우라늄, 또는 우라늄 합금을 포함하는, 핵 배터리.
  12. 제7항에 있어서, 제1 전극은 상기 케이싱 층 및 상기 방사선 차폐 층으로부터 전기적으로 절연되는, 핵 배터리.
  13. 제7항에 있어서, 제2 전극은 상기 방사선 차폐 층으로부터 전기적으로 절연되는, 핵 배터리.
  14. 제1항에 있어서, 상기 핵 배터리는 상기 핵 배터리의 부피의 세제곱 센티미터 당 적어도 0.1 와트를 출력하도록 구성되는, 핵 배터리.
  15. 제1항에 있어서, 상기 방사선 공급원 층은 판 형상 또는 막대 형상인, 핵 배터리.
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