RU2731368C1 - Radioisotopic photoelectric generator - Google Patents

Radioisotopic photoelectric generator Download PDF

Info

Publication number
RU2731368C1
RU2731368C1 RU2019131053A RU2019131053A RU2731368C1 RU 2731368 C1 RU2731368 C1 RU 2731368C1 RU 2019131053 A RU2019131053 A RU 2019131053A RU 2019131053 A RU2019131053 A RU 2019131053A RU 2731368 C1 RU2731368 C1 RU 2731368C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
generator according
radioisotope
converters
photoelectric
phosphor
Prior art date
Application number
RU2019131053A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алан Кулкаев
Николай Михайлович Дьячков
Original Assignee
Алан Кулкаев
Николай Михайлович Дьячков
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 Алан Кулкаев, Николай Михайлович Дьячков filed Critical Алан Кулкаев
Priority to RU2019131053A priority Critical patent/RU2731368C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2731368C1 publication Critical patent/RU2731368C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21HOBTAINING ENERGY FROM RADIOACTIVE SOURCES; APPLICATIONS OF RADIATION FROM RADIOACTIVE SOURCES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; UTILISING COSMIC RADIATION
    • G21H1/00Arrangements for obtaining electrical energy from radioactive sources, e.g. from radioactive isotopes, nuclear or atomic batteries

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: device relates to a radioisotope photoelectric generator and can be used in power plants intended for long-term autonomous operation in hard-to-access and sparsely populated areas of the Earth, as well as in space environment. Proposed device comprises sealed housing accommodating thin interconnected photoelectric transducers coated with radio-luminescent paint and stacked with their contacts coming out of housing. In photovoltaic converters the energy of light quanta emitted by radioluminophore is converted to electric current. Due to the design of thin photoelectric converters, overall dimensions of the battery are greatly reduced, and the amount of the required radioisotope is also reduced.
EFFECT: technical result is higher efficiency of device.
10 cl, 1 dwg

Description

Устройство относится к радиоизотопной энергетике и может быть использовано в энергетических установках, предназначенных для длительной автономной работы в труднодоступных и малонаселенных районах Земли, а также в условиях космического пространства. Устройство содержит герметичный корпус с размещенной внутри батареей тонких соединенных между собой фотоэлектрических преобразователей, покрытых радиолюминесцентной краской и уложенных в стопку, контакты которых выходят из корпуса. В фотоэлектрических преобразователях энергия световых квантов испускаемых радиолюминофором преобразуется в электрический ток. За счет конструкции из тонких фотоэлектрических преобразователей общие габариты батареи сильно уменьшаются, так же уменьшается количество необходимого радиоизотопа. Технический результат - увеличение общего КПД устройства.The device belongs to radioisotope power engineering and can be used in power plants intended for long-term autonomous operation in remote and sparsely populated areas of the Earth, as well as in outer space. The device contains a sealed case with a battery of thin interconnected photovoltaic converters, covered with radioluminescent paint and stacked, placed inside a battery, the contacts of which come out of the case. In photovoltaic converters, the energy of light quanta emitted by the radio phosphor is converted into electric current. Due to the construction of thin photovoltaic converters, the overall dimensions of the battery are greatly reduced, and the amount of the required radioisotope is also reduced. The technical result is an increase in the overall efficiency of the device.

Изобретение относится к области преобразования энергии распада радионуклидов в электрическую энергию, а точнее к радиоизотопной энергетике, и может быть использовано в энергетических установках, предназначенных для длительной автономной работы в труднодоступных и малонаселенных районах Земли, а также в условиях космического пространства.The invention relates to the field of converting the decay energy of radionuclides into electrical energy, or rather to radioisotope energy, and can be used in power plants intended for long-term autonomous operation in hard-to-reach and sparsely populated areas of the Earth, as well as in outer space.

Радиоизотопный фотоэлектрический генератор (РИФЭГ) включает в себя фотоэлектрические преобразователи, покрытые радиолюминесцентной краской. В фотопреобразователях энергия световых квантов испускаемых радиолюминофором преобразуется в электрический ток. Известен радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ), описанный в патенте РФ №2458420, содержащий герметичный корпус, радиоизотопный источник тепла, термоэлектрическую батарею, теплоизоляцию, выполненную в виде двух колец, и теплозащиту, установленную снаружи по периметру корпуса.The radioisotope photoelectric generator (RIPEG) includes photoelectric converters coated with radioluminescent paint. In photoconverters, the energy of light quanta emitted by the radio phosphor is converted into electric current. Known radioisotope thermoelectric generator (RTG), described in the patent of the Russian Federation No. 2458420, containing a sealed housing, a radioisotope heat source, thermoelectric battery, thermal insulation made in the form of two rings, and heat protection, installed outside the perimeter of the housing.

Недостатком такого генератора является его сравнительно низкий КПД, не превышающий, обычно, 8%.The disadvantage of such a generator is its relatively low efficiency, which usually does not exceed 8%.

Известен также радиоизотопный генератор (см. статью В.Ю. Баранов, А.Ф. Паль, А.А. Пустовалов, А.Н. Старостин, Н.В. Суетин, А.В. Филиппов, В.Е. Фортов «Радиоизотопные генераторы электрического тока» в книге «Изотопы: свойства, получение, применение», в 2-х томах, под. ред. Баранова В.Ю., М.: Физматлит, 2005, т. 2, с. 271-276, рис. 17.1.13-17.1.15), содержащий герметичную камеру, в полости которой находятся радиоизотопный альфа- или бета-излучатель в виде тонкостенной пластины, рабочий газ ксенон и фотоэлектрический преобразователь, размещенный в виде пластины напротив радиоизотопного излучателя.A radioisotope generator is also known (see article V.Yu. Baranov, A.F. Pal, A.A. Pustovalov, A.N. Starostin, N.V. Suetin, A.V. Filippov, V.E. Fortov " Radioisotope generators of electric current "in the book" Isotopes: properties, production, application ", in 2 volumes, under the editorship of Baranov V.Yu., Moscow: Fizmatlit, 2005, vol. 2, pp. 271-276, Fig. 17.1.13-17.1.15), containing a sealed chamber, in the cavity of which there are a radioisotope alpha or beta emitter in the form of a thin-walled plate, a working gas xenon and a photoelectric converter located in the form of a plate opposite the radioisotope emitter.

Недостатком такого радиоизотопного генератора является то, что значительная часть энергии, выделяющейся при радиоизотопном распаде, не используется, а удаляется из генератора в виде тепла.The disadvantage of such a radioisotope generator is that a significant part of the energy released during radioisotope decay is not used, but is removed from the generator in the form of heat.

В качестве прототипа был выбран радиоизотопный фото-термоэлектрический генератор (РИФТЭГ), описанный в патенте №2595772, включающий в себя замкнутый газодинамический контур с рабочим газом - ксеноном, радиоизотопный излучатель, фото- и термоэлектрический преобразователи, теплоотводящие пластины и радиатор.The prototype was a radioisotope photo-thermoelectric generator (RIFTEG), described in patent No. 2595772, which includes a closed gas-dynamic circuit with a working gas - xenon, a radioisotope emitter, photo- and thermoelectric converters, heat sink plates and a radiator.

Недостатком такого радиоизотопного генератора являются значительные потери энергии в виде тепла и необходимость в большом количестве радиоизотопа в качестве топлива.The disadvantages of such a radioisotope generator are significant energy losses in the form of heat and the need for a large amount of radioisotope as fuel.

Задачей изобретения является уменьшение энергетических потерь, повышение безопасности и уменьшение габаритов радиоизотопного генератора.The objective of the invention is to reduce energy losses, improve safety and reduce the size of the radioisotope generator.

Техническим результатом изобретения является повышение общего КПД радиоизотопного генератора.The technical result of the invention is to increase the overall efficiency of the radioisotope generator.

Поставленная задача решается следующим образом. Из конструкции радиоизотопного генератора, включающего в себя фото- и термоэлектрический преобразователи, удален замкнутый газодинамический контур, теплоотводящие пластины, радиатор и термоэлектрические преобразователи, а фотоэлектрические преобразователи покрыты радиолюминесцентной краской и уложены в стопку друг на друга. Кроме того, фотоэлектрические преобразователи в конструкции соединены между собой и залиты эпоксидной смолой в защитном корпусе для обеспечения прочности конструкции и контакты вывода тока. Так как фотоэлектрические преобразователи имеют очень тонкую форму, можно уместить в корпус любое их количество, в зависимости от необходимых характеристик тока радиоизотопного генератора, сильно не увеличивая габариты всего устройства.The task is solved as follows. From the design of the radioisotope generator, which includes photo- and thermoelectric converters, a closed gas-dynamic loop, heat-removing plates, a radiator and thermoelectric converters are removed, and the photoelectric converters are covered with radioluminescent paint and stacked on top of each other. In addition, the photovoltaic converters in the structure are interconnected and filled with epoxy resin in a protective case to ensure the strength of the structure and current output contacts. Since photovoltaic converters have a very thin shape, you can fit any number of them into the case, depending on the required characteristics of the current of the radioisotope generator, without greatly increasing the dimensions of the entire device.

При этом:Wherein:

• фотопреобразователи могут быть кремниевые или из теллурида кадмия• photoconverters can be silicon or cadmium telluride

• радиолюминофор может быть на основе прометия-147, радия-226, стронция-90, криптона-85, никеля-63 или трития• radio phosphor can be based on promethium-147, radium-226, strontium-90, krypton-85, nickel-63 or tritium

• количество фотоэлектрических преобразователей может быть любым• the number of photovoltaic converters can be any

• радиолюминофор может быть составляющей частью фотопреобразователя, например, из аморфного кремния или оксида титана• the radio phosphor can be a component of a photoconverter, for example, of amorphous silicon or titanium oxide

• интенсивность свечения радиолюминофора может быть любой, как и количество радиоактивного вещества• the intensity of the luminescence of the radioactive phosphor can be any, as well as the amount of radioactive substance

• в качестве фотопреобразователя может быть использована мягкая фотопанель, покрытая радиолюминофором и скрученная в рулон• as a photoconverter can be used a soft photopanel covered with radio phosphor and rolled into a roll

На приведенной фигуре показана принципиальная схема такого радиоизотопного фотоэлектрического генератора (приложение 1).The figure shows a schematic diagram of such a radioisotope photoelectric generator (Appendix 1).

Устройство состоит из защитного корпуса 1, фотопреобразователей 2, уложенных стопкой в батарею, радиолюминесцентной краски 3, соединительных кабелей 4 и контактов вывода 5. Внутри защитного корпуса 1 размещена батарея фотоэлектрических преобразователей 2. Свет, испускаемый радиолюминесцентной краской 3, падает на фотоэлектрические преобразователи 2, соединенные последовательно соединительным кабелем 4. Фотоэлектрические преобразователи преобразуют свет, испускаемый радиолюминесцентной краской, в электрический ток, который снимается с контактов вывода 5.The device consists of a protective case 1, photovoltaic converters 2 stacked in a battery, radioluminescent paint 3, connecting cables 4 and output contacts 5. Inside the protective case 1 is a battery of photovoltaic converters 2. Light emitted by radioluminescent paint 3 falls on photoelectric converters 2, connected in series by a connecting cable 4. Photovoltaic converters convert the light emitted by the radioluminescent paint into an electric current, which is taken from the terminals of terminal 5.

Claims (10)

1. Радиоизотопный фотоэлектрический генератор, содержащий батарею соединенных между собой последовательно тонких фотоэлектрических преобразователей, покрытых радиолюминесцентной краской и уложенных в стопку друг на друга, защитного корпуса, соединительных кабелей и контактов для снятия тока, отличающийся тем, что выполнен в виде компактной батареи и преобразует энергию квантов света, испускаемых радиолюминофором, в электрический ток посредством большого количества фотоэлектрических преобразователей, компактно уложенных в стопку и соединенных между собой.1. Radioisotope photovoltaic generator containing a battery of thin photovoltaic converters connected in series, coated with radioluminescent paint and stacked on top of each other, a protective case, connecting cables and contacts for removing current, characterized in that it is made in the form of a compact battery and converts energy light quanta emitted by a radio phosphor into an electric current through a large number of photoelectric converters, compactly stacked and connected to each other. 2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что фотопреобразователи изготовлены на основе теллурида кадмия или имеют другую основу для изготовления мягких фотоэлектрических преобразователей.2. The generator according to claim 1, characterized in that the photoconverters are made on the basis of cadmium telluride or have another basis for the manufacture of soft photoelectric converters. 3. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что радиолюминофор находится в составе фотоэлектрического преобразователя.3. The generator according to claim 1, characterized in that the radio phosphor is included in the photoelectric converter. 4. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что вместо батареи фотоэлектрических преобразователей использован один мягкий фотоэлектрический преобразователь, покрытый радиолюминесцентной краской и свернутый в рулон.4. The generator according to claim 1, characterized in that instead of a battery of photoelectric converters, one soft photoelectric converter is used, covered with radioluminescent paint and rolled up. 5. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что радиоизотопным веществом в люминофоре является прометий-147.5. The generator according to claim 1, characterized in that the radioisotope substance in the phosphor is promethium-147. 6. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что радиоизотопным веществом в люминофоре является радий-226.6. The generator according to claim 1, characterized in that the radioisotope substance in the phosphor is radium-226. 7. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что радиоизотопным веществом в люминофоре является стронций-90.7. The generator according to claim 1, characterized in that the radioisotope substance in the phosphor is strontium-90. 8. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что вместо покрытия фотоэлектрических преобразователей радиолюминесцентной краской используется пластина или пленка из прозрачного полимера или другого вещества с примесью радиолюминофора и насыщенная радиоактивным газом.8. The generator according to claim 1, characterized in that instead of covering the photoelectric converters with radioluminescent paint, a plate or film made of a transparent polymer or other substance with an admixture of a radioluminophor and saturated with radioactive gas is used. 9. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что фото-термоэлектрические преобразователи соединены параллельно.9. The generator according to claim 1, characterized in that the photo-thermoelectric converters are connected in parallel. 10. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что является составной частью точно таких же генераторов, соединенных между собой и образующих более мощный генератор.10. The generator according to claim 1, characterized in that it is a component of exactly the same generators, interconnected and forming a more powerful generator.
RU2019131053A 2019-09-30 2019-09-30 Radioisotopic photoelectric generator RU2731368C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019131053A RU2731368C1 (en) 2019-09-30 2019-09-30 Radioisotopic photoelectric generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019131053A RU2731368C1 (en) 2019-09-30 2019-09-30 Radioisotopic photoelectric generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2731368C1 true RU2731368C1 (en) 2020-09-02

Family

ID=72421691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019131053A RU2731368C1 (en) 2019-09-30 2019-09-30 Radioisotopic photoelectric generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2731368C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2784366C1 (en) * 2021-12-10 2022-11-24 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный университет" Method for manufacturing a beta radiation source based on nickel-63 radionuclide

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4213176A1 (en) * 1992-01-02 1993-10-28 Juergen Blum Electricity generator (2) and transformer (2) with radioactive secondary winding
WO2000022629A1 (en) * 1998-10-09 2000-04-20 British Nuclear Fuels Plc Power cell
RU2358356C2 (en) * 2004-05-12 2009-06-10 Азур Спэйс Солар Пауэр Гмбх Solar cell with built-in protective diode
CN101540214B (en) * 2009-04-22 2011-08-24 北京理工大学 Method for improving conversion efficiency of beta-volt effect isotope micro-battery
RU2584184C1 (en) * 2014-11-20 2016-05-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Space-based photovoltaic module design
RU2595772C1 (en) * 2015-07-17 2016-08-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Radioisotope photo-thermoelectric generator
RU169881U1 (en) * 2016-06-20 2017-04-05 Общество с ограниченной ответственностью "Электросервис" RADIO ISOTOPIC POWER SUPPLY
RU2704321C2 (en) * 2014-11-14 2019-10-28 Кинетик Энерджи Острейлиа Пти Лтд Electric generator system

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4213176A1 (en) * 1992-01-02 1993-10-28 Juergen Blum Electricity generator (2) and transformer (2) with radioactive secondary winding
WO2000022629A1 (en) * 1998-10-09 2000-04-20 British Nuclear Fuels Plc Power cell
RU2358356C2 (en) * 2004-05-12 2009-06-10 Азур Спэйс Солар Пауэр Гмбх Solar cell with built-in protective diode
CN101540214B (en) * 2009-04-22 2011-08-24 北京理工大学 Method for improving conversion efficiency of beta-volt effect isotope micro-battery
RU2704321C2 (en) * 2014-11-14 2019-10-28 Кинетик Энерджи Острейлиа Пти Лтд Electric generator system
RU2584184C1 (en) * 2014-11-20 2016-05-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Space-based photovoltaic module design
RU2595772C1 (en) * 2015-07-17 2016-08-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Radioisotope photo-thermoelectric generator
RU169881U1 (en) * 2016-06-20 2017-04-05 Общество с ограниченной ответственностью "Электросервис" RADIO ISOTOPIC POWER SUPPLY

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
описание, с. 3-5. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2784366C1 (en) * 2021-12-10 2022-11-24 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный университет" Method for manufacturing a beta radiation source based on nickel-63 radionuclide

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1324186C (en) Light emitting polymer electrical energy source
CN104409127B (en) Composite converting type isotope battery
US7800286B2 (en) Alpha fusion electrical energy valve
EA200601011A1 (en) NUCLEAR VOLTAIC ELEMENT
US3483040A (en) Nuclear battery including photocell means
US3939366A (en) Method of converting radioactive energy to electric energy and device for performing the same
JP6541661B2 (en) Solid-state power generator and nuclear power plant having the solid-power generator
CN107123457A (en) A kind of photoelectric heat of directly collecting replies box-like isotope battery and preparation method by cable
RU2731368C1 (en) Radioisotopic photoelectric generator
RU2595772C1 (en) Radioisotope photo-thermoelectric generator
Tang et al. Physical Parameters of Phosphor Layers and their Effects on the Device Properties of Beta‐radioluminescent Nuclear Batteries
Yakubova Nuclear batteries with tritium and promethium-147 radioactive sources
CN115565712A (en) Long-life alpha-type photovoltaic isotope battery
CN110895977A (en) Method for manufacturing radioactive isotope battery
RU2756478C1 (en) Method for converting the energy of ionizing radiation from a radioactively contaminated area into electricity by radiation shields
WO2000022629A1 (en) Power cell
Kavetsky et al. Conversion of radioactive decay energy to electricity
Mane et al. Atomic batteries: a compact and long life power source
RU209176U1 (en) Bifunctional radiation shield
RU124856U1 (en) AUTONOMOUS PULSE ELECTRIC POWER SUPPLY WITH LONG LIFE
Russo et al. Commercial-off-the-shelf (COTS) indirect energy conversion isotope (IDEC) design structure and power management
EA201900377A1 (en) TRANSFORMER OF IONIZING RADIATIONS WITH A NET VOLUME STRUCTURE AND METHOD OF ITS PRODUCTION
RU2726199C1 (en) Device based on supercapacitor for producing electric energy from intra-atomic
RU166568U1 (en) RADIO ISOTOPIC POWER SUPPLY WITH VARIABLE VOLTAGE OUTPUT VOLTAGE
Berezinsky et al. Burst of TeV γ rays from SN 1987A: Cosmic storage rings?