RU2356115C1 - Heterogeneous current source - Google Patents

Heterogeneous current source Download PDF

Info

Publication number
RU2356115C1
RU2356115C1 RU2007128539/06A RU2007128539A RU2356115C1 RU 2356115 C1 RU2356115 C1 RU 2356115C1 RU 2007128539/06 A RU2007128539/06 A RU 2007128539/06A RU 2007128539 A RU2007128539 A RU 2007128539A RU 2356115 C1 RU2356115 C1 RU 2356115C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
anode
cathode
energy
current source
transparent
Prior art date
Application number
RU2007128539/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007128539A (en
Inventor
Олег Борисович Белоногов (RU)
Олег Борисович Белоногов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority to RU2007128539/06A priority Critical patent/RU2356115C1/en
Publication of RU2007128539A publication Critical patent/RU2007128539A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2356115C1 publication Critical patent/RU2356115C1/en

Links

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: heterogeneous current source is attributed to devices converting nuclear decay energy into electric energy and can be used in production of durable compact electric current sources. The claimed device features anode and cathode made in the form of plates made of magneto-permeable material and directed inside current source surfaces of cathode and anode are provided with mirror coatings. In this device anode contacts with south poles of the first constant magnetic elements from one and more pairs, and cathode contacts with north poles of the second constant magnetic elements from one and more pairs. Into transparent electroconductive layer, microcapsules of transparent dielectric are introduced with included microparticles of scintillators and fission material mixture in quantity determined by adduced expression.
EFFECT: increase in electric current generation ensured by diversification of conversion of nuclear decay energy into electric energy, including intermediate conversion of emitted charged particles and fission products energy into visual spectrum electromagnetic radiation energy.

Description

Изобретение относится к устройствам, преобразующим энергию ядерного распада в электрическую энергию, и может быть использовано в производстве компактных источников электрического тока длительного пользования.The invention relates to devices that convert nuclear decay energy into electrical energy, and can be used in the manufacture of compact durable electric current sources.

Известен источник тока - ядерная батарея, содержащий делящееся вещество, анод, катод и промежуточную среду с полупроводниковым р-n переходом (Ядерная батарея. Большая Советская Энциклопедия (В 30 томах)/ Гл. ред. А.М.Прохоров. Изд. 3-е. М., Сов. энциклопедия, 1977. Т 30, стр.433).A known current source is a nuclear battery containing fissile material, an anode, a cathode, and an intermediate medium with a semiconductor pn junction (Nuclear battery. Big Soviet Encyclopedia (30 volumes) / Ed. By A.M. Prokhorov. Edition. 3- E. M., Sov. Encyclopedia, 1977.T 30, p. 433).

В таком источнике тока используется только один вариант преобразования энергии ядерного распада в электрическую энергию - путем непосредственного воздействия излучения на полупроводниковый р-n переход, при этом большая часть энергии ядерного распада не попадает в полупроводниковый р-n переход, а тратится на нагрев источника. Кроме того, полупроводниковые р-n переходы обладают малой поглощательной способностью на сверхвысоких частотах. Поэтому такой источник тока обладает низким значением выработки электрического тока.Such a current source uses only one option for converting nuclear decay energy into electrical energy - by directly influencing radiation on a semiconductor pn junction, while most of the nuclear decay energy does not fall into a semiconductor pn junction, but is spent on heating the source. In addition, semiconductor pn junctions have low absorption at ultra-high frequencies. Therefore, such a current source has a low value of electric current generation.

Известен источник тока, применяемый в сцинтилляционном счетчике, содержащий сцинтиллятор, катод и анод фотоэлектронного умножителя (Сцинтилляторы. Сцинтилляционный счетчик. Сцинтилляция. Большая Советская Энциклопедия (В 30 томах)/ Гл. ред. А.М.Прохоров. Изд. 3-е. М., Сов. энциклопедия, 1977. Т 25, стр.128-129).A known current source used in a scintillation counter containing a scintillator, a cathode and anode of a photomultiplier tube (Scintillators. Scintillation counter. Scintillation. Big Soviet Encyclopedia (30 volumes) / Edited by A.M. Prokhorov. Edition. 3rd. M., Sov. Encyclopedia, 1977.T 25, p. 128-129).

В таком источнике тока также используется только один вариант преобразования энергии ядерного распада в электрическую энергию, т.е. с промежуточным превращением энергии ядерного распада в энергию электромагнитного излучения видимой части спектра за счет явления сцинтилляции и последующим преобразованием световой энергии в электрический ток.Such a current source also uses only one option for converting nuclear decay energy into electrical energy, i.e. with the intermediate conversion of nuclear decay energy into electromagnetic radiation energy of the visible part of the spectrum due to the scintillation phenomenon and the subsequent conversion of light energy into electric current.

Однако, поскольку при сцинтилляции световой поток, производимый сцинтиллятором под действием радиоактивного излучения, распространяется одновременно во все стороны, а сцинтиллятор располагается вне фотоэлемента, только часть светового потока, испускаемого сцинтиллятором, улавливается катодом фотоэлектронного умножителя. Кроме этого, с увеличением расстояния от сцинтиллятора до катода энергия светового электромагнитного излучения значительно уменьшается. В связи с этим выработка электрического тока таким источником тока мала и сигнал с катода фотоэлектронного умножителя требует дальнейшего усиления.However, since during scintillation, the light flux produced by the scintillator under the influence of radioactive radiation propagates simultaneously in all directions, and the scintillator is located outside the photocell, only part of the light flux emitted by the scintillator is captured by the cathode of the photoelectron multiplier. In addition, with increasing distance from the scintillator to the cathode, the energy of light electromagnetic radiation decreases significantly. In this regard, the generation of electric current by such a current source is small and the signal from the cathode of the photoelectron multiplier requires further amplification.

Наиболее близким к изобретению, по технической сути прототипом, является источник тока - гетерогенный фотоэлемент (Патент RU 2217845 C1), содержащий анод и катод с расположенными между ними прозрачным электропроводящим слоем и прозрачным слоем из полупроводникового полимера n-типа с полупроводниковыми нанокристаллами р-типа и металлическими наночастицами.The prototype closest to the invention, in technical essence, is a current source - a heterogeneous photocell (Patent RU 2217845 C1) containing an anode and a cathode with a transparent electrically conductive layer located between them and a transparent layer of n-type semiconductor polymer with p-type semiconductor nanocrystals and metal nanoparticles.

В таком гетерогенном источнике тока также используется только один вариант преобразования энергии электромагнитного излучения в электрическую энергию. Однако следует отметить, что кпд такого источника тока достигает 60-70% в максимуме на резонансной частоте электромагнитного излучения, но для выработки им электроэнергии необходимо подавать на него электромагнитное излучение извне.In such a heterogeneous current source, only one version of the conversion of electromagnetic radiation energy into electrical energy is also used. However, it should be noted that the efficiency of such a current source reaches 60-70% at the maximum at the resonant frequency of electromagnetic radiation, but in order to generate electricity, it is necessary to supply electromagnetic radiation to it from the outside.

Задачей изобретения является обеспечение многовариантности преобразования гетерогенным источником тока энергии ядерного распада в электрическую энергию, в том числе путем промежуточного преобразования энергии распада делящегося вещества в энергию электромагнитного излучения видимой части спектра с последующим ее усилением и поглощением в р-n переходе при использовании практически всего светового потока, испускаемого сцинтилляторами под действием продуктов ядерного деления, и минимизации потерь световой энергии за счет расположения сцинтилляторов в непосредственной близости к р-n переходу; путем отклонения части заряженных частиц магнитным полем с последующим осаждением их на анод и катод; путем непосредственного воздействия электромагнитных излучений на полупроводниковый р-n переход, а также путем преобразования части нейтронного излучения во вторичное электромагнитное излучение и дальнейшее превращение его в электрический ток перечисленными путями.The objective of the invention is to ensure the multivariance conversion of a heterogeneous current source of nuclear decay energy into electrical energy, including by intermediate conversion of the decay energy of fissile material into electromagnetic radiation energy of the visible part of the spectrum with its subsequent amplification and absorption in the pn junction using almost the entire light flux emitted by scintillators under the action of nuclear fission products, and minimizing the loss of light energy due to the location scintillators in close proximity to the pn junction; by deflecting part of the charged particles by a magnetic field, followed by their deposition on the anode and cathode; by the direct influence of electromagnetic radiation on the semiconductor pn junction, as well as by converting part of the neutron radiation into secondary electromagnetic radiation and further converting it into electric current in the above ways.

Техническим результатом изобретения является повышение выработки гетерогенным источником тока электрической энергии при сохранении его габаритов и массы.The technical result of the invention is to increase the production of a heterogeneous current source of electrical energy while maintaining its size and mass.

Технический результат достигается тем, что в известном гетерогенном источнике тока, содержащем анод и катод с расположенными между ними прозрачным электропроводящим слоем и прозрачным слоем из полупроводникового полимера n-типа с полупроводниковыми нанокристаллами р-типа и металлическими наночастицами, а также сцинтилляторы и делящееся вещество, в отличие от прототипа, в нем поверхности анода и катода, обращенные внутрь источника тока, снабжены серебряными зеркальными покрытиями, а анод и катод выполнены в виде пластин из магнитопроницаемого материала, причем анод контактирует с южными полюсами первых постоянных магнитных элементов из одной и более пар, а катод контактирует с северными полюсами вторых постоянных магнитных элементов из одной и более пар, при этом в прозрачный электропроводящий слой введены микрокапсулы из прозрачного диэлектрика в количестве n, определяемом выражением;The technical result is achieved in that in a known heterogeneous current source containing an anode and a cathode with a transparent conductive layer between them and a transparent layer of n-type semiconductor polymer with p-type semiconductor nanocrystals and metal nanoparticles, as well as scintillators and fissile matter, in unlike the prototype, in it the surface of the anode and cathode, facing the inside of the current source, are provided with silver mirror coatings, and the anode and cathode are made in the form of plates of magnetoprons material, moreover, the anode is in contact with the south poles of the first permanent magnetic elements of one or more pairs, and the cathode is in contact with the north poles of the second permanent magnetic elements of one or more pairs, while microcapsules of a transparent dielectric in an amount of n are introduced into the transparent conductive layer defined by the expression;

1≤n≤(Vэс/r3)·10-2,1≤n≤ (V es / r 3 ) · 10 -2 ,

где Vэс - объем прозрачного электропроводящего слоя источника;where V es - the volume of the transparent conductive layer of the source;

r - характерный размер введенных в прозрачный электропроводящий слой микрокапсул из прозрачного диэлектрического материала, а микрочастицы смеси сцинтилляторов и делящегося вещества помещены в микрокапсулы из прозрачного диэлектрика.r is the characteristic size of the microcapsules introduced into the transparent electrically conductive layer from the transparent dielectric material, and the microparticles of the mixture of scintillators and fissile material are placed into the microcapsules from the transparent dielectric.

В таком гетерогенном источнике тока энергия распада делящегося вещества преобразуется в энергию электрического тока в основном тремя путями:In such a heterogeneous current source, the decay energy of fissile material is converted into electric current energy mainly in three ways:

1) путем промежуточного преобразования энергии испускаемых заряженных частиц и продуктов деления в энергию электромагнитного излучения видимой части спектра за счет явления сцинтилляции, с последующим усилением ее за счет явления плазменного резонанса металлических наночастиц вблизи спектра поглощения нанокристаллов р-типа (см. прототип) и дальнейшего превращения ее в энергию электрического тока на р-n переходе. При этом за счет отражательной способности серебряных зеркальных покрытий анода и катода, а также малой толщины самого гетерогенного источника тока (тонкопленочная конструкция) используется практически все световое излучение, испускаемое сцинтилляторами в микрокапсулах из прозрачного диэлектрика под действием ядерных излучений и продуктов распада, при этом сцинтилляторы с делящимся веществом располагаются в непосредственной близости к р-n переходу, за счет чего энергия производимого ими электромагнитного излучения практически не ослабляется;1) by intermediate conversion of the energy of the emitted charged particles and fission products into electromagnetic energy of the visible part of the spectrum due to the scintillation phenomenon, followed by its amplification due to the plasma resonance of metal nanoparticles near the absorption spectrum of p-type nanocrystals (see prototype) and further transformation it into the energy of electric current at the pn junction. At the same time, due to the reflectivity of the silver mirror coatings of the anode and cathode, as well as the small thickness of the heterogeneous current source itself (thin-film construction), almost all light radiation emitted by scintillators in transparent-dielectric microcapsules under the influence of nuclear radiation and decay products is used, while scintillators with fissile materials are located in close proximity to the pn junction, due to which the energy of electromagnetic radiation produced by them is practically not weakens;

2) путем отклонения части заряженных частиц магнитным полем, создаваемым парами постоянных магнитных элементов, с последующим осаждением заряженных частицих на анод и катод;2) by deflecting part of the charged particles by a magnetic field created by pairs of permanent magnetic elements, followed by the deposition of charged particles on the anode and cathode;

3) путем непосредственного воздействия радиоактивного излучения на полупроводниковый р-n переход.3) by direct exposure to radioactive radiation on a semiconductor pn junction.

Кроме того, воздействие части получаемых в процессе распада делящегося вещества нейтронов, преодолевших стенки микрокапсул из прозрачного диэлектрика, на серебряные покрытия анода и катода, а также на металлические наночастицы (в случае выполнения их из серебра) приводит к активации атомов серебра и испусканию ими вторичного излучения, которое преобразуется в электрический ток перечисленными путями.In addition, the influence of a part of the neutrons obtained during the decay of fissile material, which have overcome the walls of microcapsules made of a transparent dielectric, on the silver coatings of the anode and cathode, as well as on metal nanoparticles (if they are made of silver) leads to the activation of silver atoms and the emission of secondary radiation , which is converted into electric current in the listed ways.

В результате этого выработка электрического тока гетерогенным источником повышается. Поскольку введение микрокапсул осуществляется в уже существующий в источнике слой и при этом их концентрация не превышает 1%, то габариты и масса заявляемого источника практически не возрастают.As a result of this, the generation of electric current by a heterogeneous source is increased. Since the introduction of microcapsules is carried out in a layer already existing in the source and at the same time their concentration does not exceed 1%, the dimensions and mass of the claimed source practically do not increase.

Совокупность всех указанных существенных признаков гетерогенного источника тока позволяет ему увеличить выработку электрического тока за счет многовариантности преобразования энергии ядерного распада в электрическую энергию, использования практически всего светового излучения сцинтилляторов, сокращения потерь энергии светового электромагнитного излучения из-за расположения сцинтилляторов в непосредственной близости к р-n переходу, а также преобразования части производимого нейтронного излучения в электромагнитное излучение с дальнейшим преобразованием его в электрический ток при сохранении габаритов и массы источника.The combination of all these essential features of a heterogeneous current source allows it to increase the generation of electric current due to the multivariance of the conversion of nuclear decay energy into electrical energy, the use of almost all light radiation of scintillators, and the reduction of energy losses of light electromagnetic radiation due to the location of scintillators in close proximity to p-n transition, as well as the conversion of part of the produced neutron radiation into electromagnetic radiation with further converting it into electric current while maintaining the dimensions and mass of the source.

Так как заявленная совокупность существенных признаков позволяет решить поставленную задачу, то заявленный гетерогенный источник тока соответствуют критерию "изобретательский уровень".Since the claimed combination of essential features allows us to solve the problem, the claimed heterogeneous current source meets the criterion of "inventive step".

Осуществление заявленного технического решения поясняется с помощью конструкционной схемы, представляющей гетерогенный источник тока в разрезе.The implementation of the claimed technical solution is illustrated using a structural diagram representing a heterogeneous current source in the context.

Гетерогенный источник тока содержит катод 1, прозрачный слой из полупроводникового полимера n-типа 2 с полупроводниковыми нанокристаллами р-типа 3 и металлическими наночастицами 4, а также прозрачный электропроводящий слой 5, расположенные между катодом 1 и анодом 6. Поверхности катода 1 и анода 6, обращенные внутрь источника тока, снабжены серебряными зеркальными покрытиями 7, а катод 1 и анод 6 выполнены в виде пластин из магнитопроницаемого материала, причем анод 6 контактирует с южными полюсами первых постоянных магнитных элементов 11 из одной и более пар, а катод 1 контактирует с северными полюсами вторых постоянных магнитных элементов 12 из одной и более пар. В прозрачный электропроводящий слой 5 источника тока введены микрокапсулы из прозрачного диэлектрика 8, в которые помещены микрочастицы смеси сцинтилляторов 9 и микрочастицы делящегося вещества 10.The heterogeneous current source contains cathode 1, a transparent layer of n-type semiconductor polymer 2 with p-type 3 semiconductor nanocrystals and metal nanoparticles 4, and a transparent electrically conductive layer 5 located between the cathode 1 and anode 6. The surface of the cathode 1 and anode 6, facing the current source are provided with silver mirror coatings 7, and the cathode 1 and anode 6 are made in the form of plates of magnetically permeable material, and the anode 6 is in contact with the south poles of the first permanent magnetic elements 11 of one oh and more pairs, and the cathode 1 is in contact with the north poles of the second permanent magnetic elements 12 of one or more pairs. Microcapsules of a transparent dielectric 8 are introduced into a transparent electrically conductive layer 5 of a current source, in which microparticles of a mixture of scintillators 9 and microparticles of fissile material 10 are placed.

Выбор серебра в качестве материала зеркального покрытия 7 катода 1 и анода 6 диктуется необходимостью обеспечения не только максимальной отражательной способности в области видимой части спектра электромагнитного излучения для его концентрации на р-n переходе, но и одновременного обеспечения максимально надежного электрического контакта между анодом 6 и прозрачным электропроводящим слоем 5, а также между катодом 1 и полупроводниковым полимером 2, к тому же серебро является веществом, способным активироваться нейтронами и испускать вторичное электромагнитное излучение. Выполнение катода 1 и анода 6 из магнитопроницаемого материала необходимо для обеспечения возможности создания магнитного поля между ними при контакте с постоянными магнитными элементами 11 и 12.The choice of silver as the material for the mirror coating 7 of the cathode 1 and the anode 6 is dictated by the need to ensure not only the maximum reflectivity in the visible part of the spectrum of electromagnetic radiation for its concentration at the pn junction, but also ensure the most reliable electrical contact between the anode 6 and the transparent electrically conductive layer 5, as well as between the cathode 1 and the semiconductor polymer 2, in addition, silver is a substance that can be activated by neutrons and emit a second chnoe electromagnetic radiation. The implementation of the cathode 1 and the anode 6 of a magnetically permeable material is necessary to ensure the possibility of creating a magnetic field between them in contact with the permanent magnetic elements 11 and 12.

Выполнение микрокапсул 8 из прозрачного диэлектрика (например, стекла) диктуется необходимостью защиты микрочастиц сцинтилляторов 9 от преждевременного разряда под действием протекающего в прозрачном электропроводящем слое электрического тока, защиты самого слоя от разрушения продуктами деления и обеспечения свободного пропускания электромагнитного излучения видимой части спектра во все стороны. Помещаемые в микрокапсулы 8 из прозрачного диэлектрика сцинтилляторы 9 представляют собой смесь кристаллофосфоров, активируемых α, β, γ и нейтронным излучениями.The execution of microcapsules 8 from a transparent dielectric (e.g. glass) is dictated by the need to protect the scintillator microparticles 9 from premature discharge under the influence of an electric current flowing in the transparent conductive layer, protect the layer itself from being destroyed by fission products, and provide free transmission of electromagnetic radiation of the visible part of the spectrum in all directions. The scintillators 9 placed in the transparent dielectric microcapsules 8 are a mixture of crystalline phosphors activated by α, β, γ and neutron radiation.

Соотношение масс микрочастиц сцинтилляторов 9 и делящегося вещества 10 для получения непрерывно светящегося состава известно и приведено, например, в издании «Курс общей физики. Часть III. Оптика. Физика атома и атомного ядра». Киев, Эдельвейс. Днiпро, 1994. Стр.254.The mass ratio of the scintillator microparticles 9 and fissile material 10 to obtain a continuously luminous composition is known and is given, for example, in the publication “Course in General Physics. Part III. Optics. Physics of the atom and atomic nucleus. " Kiev, Edelweiss. Dnipro, 1994. P. 254.

Принцип работы заявляемого гетерогенного источника тока состоит в следующем.The principle of operation of the inventive heterogeneous current source is as follows.

При распаде делящегося вещества 10 образуются заряженные α и β частицы, а также γ-излучение и нейтроны. Под действием большей части α, β и γ излучений, а также нейтронов, помещенные в микрокапсулы из прозрачного диэлектрика 8 микрочастицы сцинтилляторов 9 испускают электромагнитное излучение видимой части спектра, которое благодаря прозрачности кристаллов сцинтилляторов 9 и прозрачности стенок микрокапсул из прозрачного диэлектрика 8 одновременно распространяется во все стороны. При этом из-за малой толщины источника тока и непосредственной близости расположения сцинтилляторов с делящимся веществом к р-n переходу практически все электромагнитное излучение видимой части спектра из микрокапсул 8 без ослабления или непосредственно, или отражаясь от серебряного зеркального покрытия 7 катода 1 или анода 6 попадает в слой прозрачного полупроводникового полимера n-типа 2, содержащего полупроводниковые нанокристаллы р-типа 3, и частично поглощается в полупроводниковых нанокристаллах р-типа 3, ширина запрещенной зоны которых меньше энергии фотонов электромагнитного излучения. При указанном поглощении электроны из валентной зоны указанных нанокристаллов р-типа 3 переходят в зону проводимости. При этом концентрация свободных электронов в нанокристаллах р-типа 3 повышается и они диффундируют в указанный полупроводниковый полимер n-типа 2. Таким образом, концентрация свободных электронов в области анода 6 увеличивается по сравнению с областью около катода 1, что приводит к возникновению тока электронов от анода 6 к катоду 1 и далее во внешнюю цепь, если она замкнута. При этом если указанные металлические наночастицы 4 выбраны так, что частота их плазменного резонанса находится вблизи максимума спектра поглощения указанных нанокристаллов р-типа 3, то диэлектрическая проницаемость среды слоя прозрачного полупроводникового полимера n-типа 2, содержащего полупроводниковые нанокристаллы р-типа 3, на частоте воздействующего на них электромагнитного излучения существенно возрастает, что в свою очередь приводит к существенному возрастанию эффективности генерации электронов и их тока. Магнитное поле, создаваемое постоянными магнитными элементами 11 и 12 и передаваемое в анод 6 и катод 1 за счет их магнитопроницаемости, способствует отклонению части α и β частиц, вырвавшихся из микрокапсул 8, и их раздельному осаждению на аноде 6 (β частицы) и катоде 1 (α частицы), в результате чего между ними возникает дополнительная электродвижущая сила (ЭДС). Другая часть радиоактивного излучения, также преодолевшая стенки микрокапсул из прозрачного диэлектрика 8, воздействует непосредственно на полупроводниковый р-n переход, образуемый прозрачным полупроводниковым полимером n-типа 2 и содержащимися в нем полупроводниковыми нанокристаллами р-типа 3, в результате чего между анодом 6 и катодом 1 возникает еще одна дополнительная ЭДС. Кроме этого, воздействие получаемых в процессе распада микрочастиц делящегося вещества нейтронов и преодолевших стенки микрокапсул из прозрачного диэлектрика 8 на серебряные зеркальные покрытия 7 анода 6 и катода 1, а также металлические наночастицы 4 (в случае выполнения их из серебра), приводит к активации составляющих их атомов серебра и излучению ими вторичного электромагнитного излучения, которое преобразуется в электрический ток перечисленными путями (т.е. вторичным воздействием на микрочастицы сцинтилляторов в прозрачных диэлектрических капсулах 8, непосредственным воздействием на полупроводниковый р-n переход и отклонением и осаждением заряженных частиц на катод 1 и анод 6), что также повышает в конечном итоге выработку гетерогенным источником тока электрической энергии. Эффект наступает при наличии хотя бы одной микрокапсулы 8 из прозрачного диэлектрика с помещенными в нее микрочастицами сцинтилляторов 9, активированных делящимся веществом 10, т.е.During the decay of fissile material 10, charged α and β particles are formed, as well as γ radiation and neutrons. Under the influence of the majority of α, β, and γ radiation, as well as neutrons, placed in microcapsules from a transparent dielectric 8, the scintillator microparticles 9 emit electromagnetic radiation from the visible part of the spectrum, which, due to the transparency of the scintillator crystals 9 and the transparency of the walls of the microcapsules from the transparent dielectric 8, simultaneously propagates to all side. In this case, due to the small thickness of the current source and the close proximity of the scintillator with fissile material to the pn junction, almost all electromagnetic radiation of the visible part of the spectrum from microcapsules 8 without attenuation either directly or reflected from the silver mirror coating 7 of cathode 1 or anode 6 gets into the layer of a transparent n-type semiconductor polymer 2 containing p-type 3 semiconductor nanocrystals, and partially absorbed in p-type 3 semiconductor nanocrystals, the band gap is There are fewer photon energies of electromagnetic radiation. At the indicated absorption, electrons from the valence band of these p-type 3 nanocrystals pass into the conduction band. In this case, the concentration of free electrons in the p-type 3 nanocrystals increases and they diffuse into the indicated n-type semiconductor polymer 2. Thus, the concentration of free electrons in the region of the anode 6 increases compared to the region near the cathode 1, which leads to the appearance of an electron current from the anode 6 to the cathode 1 and further into the external circuit, if it is closed. Moreover, if these metal nanoparticles 4 are chosen so that the frequency of their plasma resonance is near the maximum absorption spectrum of these p-type 3 nanocrystals, then the dielectric constant of the medium of the layer of transparent n-type 2 semiconductor polymer containing p-type 3 semiconductor nanocrystals at a frequency the electromagnetic radiation acting on them increases significantly, which in turn leads to a significant increase in the efficiency of electron generation and their current. The magnetic field created by the permanent magnetic elements 11 and 12 and transmitted to the anode 6 and cathode 1 due to their magnetic permeability, contributes to the deviation of part of α and β particles escaping from the microcapsules 8, and their separate deposition on the anode 6 (β particles) and cathode 1 (α particles), as a result of which an additional electromotive force (EMF) arises between them. Another part of the radioactive radiation, also breaking through the walls of the microcapsules made of transparent dielectric 8, acts directly on the semiconductor pn junction formed by the transparent n-type semiconductor polymer 2 and the p-type 3 semiconductor nanocrystals contained in it, as a result of which between the anode 6 and the cathode 1 there is another additional EMF. In addition, the effect of neutrons produced during the decay of microparticles of fissile matter and breaking the walls of microcapsules from a transparent dielectric 8 on silver mirror coatings 7 of the anode 6 and cathode 1, as well as metal nanoparticles 4 (if they are made of silver), leads to the activation of their constituents silver atoms and their emission of secondary electromagnetic radiation, which is converted into electric current in the listed ways (i.e., by the secondary action of scintillator microparticles in transparent dielectrics capsule 8, a direct effect on the semiconductor pn junction, and deflection and deposition of charged particles on the cathode 1 and anode 6), which also ultimately increases the generation of electrical energy by a heterogeneous current source. The effect occurs in the presence of at least one microcapsule 8 of a transparent dielectric with scintillator microparticles 9 activated by fissile material 10, i.e.

Figure 00000001
Figure 00000001

С другой стороны, помещенные в выделенный слой микрокапсулы 8 не должны оказывать заметного влияния на проводимость данного слоя, чтобы не создавать излишнего дополнительного внутреннего сопротивления текущим электронам, а также практически не уменьшать оптическую прозрачность слоя.On the other hand, microcapsules 8 placed in the selected layer should not have a noticeable effect on the conductivity of this layer, so as not to create unnecessary additional internal resistance to current electrons, and also practically not reduce the optical transparency of the layer.

Для этого должно соблюдаться условие - объем выделенного для введения микрокапсул слоя должен быть много больше суммарного объема помещаемых в него диэлектрических микрокапсул 8:For this, the condition must be met - the volume of the layer allocated for the introduction of microcapsules should be much larger than the total volume of the dielectric microcapsules placed in it 8:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Vэс - объем выделенного для введения микрокапсул слоя;where V es - the volume allocated for the introduction of microcapsules layer;

Vмк - суммарный объем введенных в выделенный слой микрокапсул 8 из прозрачного диэлектрического материала с помещенными в них микрочастицами смеси сцинтилляторов 9 и делящегося вещества 10, т.е. Vэс должен быть по крайней мере на два порядка больше Vмк:V μ is the total volume of microcapsules 8 made of a transparent dielectric material introduced into the selected layer with microparticles of a mixture of scintillators 9 and fissile material 10, i.e. V es must be at least two orders of magnitude greater than V mk :

Figure 00000003
Figure 00000003

откуда, полагая чтоwhere, believing that

Figure 00000004
Figure 00000004

где r - характерный размер введенных микрокапсул, n - число микрокапсул, тогда максимальное число введенных в выделенный слой микрокапсул 8, будет определяться как:where r is the characteristic size of the introduced microcapsules, n is the number of microcapsules, then the maximum number of microcapsules introduced into the selected layer of 8 will be determined as:

Figure 00000005
Figure 00000005

где n - число введенных в выделенный слой микрокапсул.where n is the number of microcapsules introduced into the selected layer.

Окончательно, допустимое число введенных в выделенный слой микрокапсул должно удовлетворять соотношению, получаемому из (1) и (5):Finally, the allowable number of microcapsules introduced into the selected layer must satisfy the relation obtained from (1) and (5):

Figure 00000006
Figure 00000006

При изготовлении микрокапсул необходимо стремиться к минимизации их характерного размера для обеспечения наибольшей светящейся площади, что возможно с применением выращивания методами нанотехнологий.In the manufacture of microcapsules, it is necessary to strive to minimize their characteristic size to ensure the largest luminous area, which is possible with the use of nanotechnology-based cultivation.

Так как период полураспада делящихся веществ колеблется от долей секунд до нескольких тысяч, а то и миллионов лет, выбор определенного типа делящегося вещества, а также соответствующих сцинтилляторов для применения в таком гетерогенном источнике тока является предметом оптимизации под конкретное техническое задание.Since the half-life of fissile materials varies from fractions of a second to several thousand, or even millions of years, the choice of a certain type of fissile material, as well as the appropriate scintillators for use in such a heterogeneous current source, is the subject of optimization for a specific technical task.

Таким образом, за счет использования практически всего светового потока, излучаемого сцинтилляторами, и обеспечения многовариантности преобразования энергии ядерного распада в электрическую энергию у заявляемого гетерогенного источника тока увеличивается выработка электрической энергии при сохранении его габаритов и массы, что позволяет создавать на его основе компактные батареи, способные длительное время вырабатывать электрическую энергию.Thus, by using almost the entire light flux emitted by scintillators and ensuring the multivariance of converting nuclear decay energy into electrical energy, the inventive heterogeneous current source increases the generation of electrical energy while maintaining its size and mass, which allows the creation of compact batteries capable of it generate electricity for a long time.

Claims (1)

Гетерогенный источник тока, содержащий анод и катод с расположенными между ними прозрачным электропроводящим слоем и прозрачным слоем из полупроводникового полимера n-типа с полупроводниковыми нанокристаллами р-типа и металлическими наночастицами, а также сцинтилляторы и делящееся вещество, отличающийся тем, что в нем поверхности анода и катода, обращенные внутрь источника тока, снабжены серебряными зеркальными покрытиями, а анод и катод выполнены в виде пластин из магнитопроницаемого материала, причем анод контактирует с южными полюсами первых постоянных магнитных элементов из одной и более пар, а катод контактирует с северными полюсами вторых постоянных магнитных элементов из одной и более пар, при этом в прозрачный электропроводящий слой введены микрокапсулы из прозрачного диэлектрика в количестве n, определямом выражением:
1≤n≤(Vэс/r3)·10-2,
где Vэс - объем прозрачного электропроводящего слоя источника;
r - характерный размер введенных в прозрачный электропроводящий слой микрокапсул из прозрачного диэлектрического материала, а микрочастицы смеси сцинтилляторов и делящегося вещества помещены в микрокапсулы из прозрачного диэлектрика.
A heterogeneous current source containing an anode and a cathode with a transparent electrically conductive layer located between them and a transparent layer of an n-type semiconductor polymer with p-type semiconductor nanocrystals and metal nanoparticles, as well as scintillators and fissile material, characterized in that the anode and the cathodes facing the current source are provided with silver mirror coatings, and the anode and cathode are made in the form of plates of magnetically permeable material, and the anode is in contact with the southern fields the first permanent magnetic elements of one or more pairs, and the cathode is in contact with the north poles of the second permanent magnetic elements of one or more pairs, while microcapsules of a transparent dielectric in an amount of n are introduced into the transparent conductive layer, defined by the expression:
1≤n≤ (V es / r 3 ) · 10 -2 ,
where V es - the volume of the transparent conductive layer of the source;
r is the characteristic size of the microcapsules introduced into the transparent electrically conductive layer from the transparent dielectric material, and the microparticles of the mixture of scintillators and fissile material are placed into the microcapsules from the transparent dielectric.
RU2007128539/06A 2007-07-24 2007-07-24 Heterogeneous current source RU2356115C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007128539/06A RU2356115C1 (en) 2007-07-24 2007-07-24 Heterogeneous current source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007128539/06A RU2356115C1 (en) 2007-07-24 2007-07-24 Heterogeneous current source

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007128539A RU2007128539A (en) 2009-01-27
RU2356115C1 true RU2356115C1 (en) 2009-05-20

Family

ID=40543841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007128539/06A RU2356115C1 (en) 2007-07-24 2007-07-24 Heterogeneous current source

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2356115C1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007128539A (en) 2009-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Derenzo et al. Direct detection of sub-GeV dark matter with scintillating targets
Bormashov et al. Development of nuclear microbattery prototype based on Schottky barrier diamond diodes
US20130154438A1 (en) Power-Scalable Betavoltaic Battery
JP5839648B2 (en) Power generation method using solar cell and solar cell power generation system
US3483040A (en) Nuclear battery including photocell means
US9224901B1 (en) Scintillator and semiconductor based materials incorporating radioactive materials
Wyrsch et al. Review of amorphous silicon based particle detectors: the quest for single particle detection
Sychov et al. Alpha indirect conversion radioisotope power source
Wang et al. The design of a direct charge nuclear battery with high energy conversion efficiency
CN107884809B (en) Neutron detector and neutron detection method
CN101581788B (en) Gas scintillation proportional counter
Pan et al. High detection efficiency neutron sensitive microchannel plate
RU169881U1 (en) RADIO ISOTOPIC POWER SUPPLY
US11415713B2 (en) Indirect conversion nuclear battery using transparent scintillator material
RU2356115C1 (en) Heterogeneous current source
Tyagi et al. Radiation-resistant beta-photovoltaic battery using Ce-doped Gd3Ga3Al2O12 single-crystal scintillator
RU2663971C1 (en) Method of nuclear energy conversion (energy of radioactive decay and/or split) to electric energy and device for its implementation
RU2694362C1 (en) Method of converting nuclear energy (energy of radioactive decay and/or fission of atomic nuclei and/or energy of thermonuclear neutrons) into electrical energy and a device for its implementation
CN201477212U (en) Gas scintillation proportional counter
GB2484028A (en) Power-Scalable Betavoltaic Battery
CN207165513U (en) A kind of multichannel hard X ray detects photocathode
Zhang et al. Optimization design of 4H–SiC-based betavoltaic battery using 3H source
Kavetsky et al. Conversion of radioactive decay energy to electricity
RU2354003C1 (en) Photoelectric cell with accumulation of electromagnet radiation energy
CN105023626A (en) Magnetic-separation electronic nuclear battery

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140725