WO2012083392A1 - Метод и устройство для прямого преобразования радиационной энергии в электрическую - Google Patents

Метод и устройство для прямого преобразования радиационной энергии в электрическую Download PDF

Info

Publication number
WO2012083392A1
WO2012083392A1 PCT/BG2011/000020 BG2011000020W WO2012083392A1 WO 2012083392 A1 WO2012083392 A1 WO 2012083392A1 BG 2011000020 W BG2011000020 W BG 2011000020W WO 2012083392 A1 WO2012083392 A1 WO 2012083392A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiation
insulator
transducer
converter
magnetic field
Prior art date
Application number
PCT/BG2011/000020
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Димо Тодоров ГАРЛАНОВ
Георги Петров ВИСОКОВ
Янис Петрович ГРАБИС
Original Assignee
Garlanov Dimo Todorov
Vissokov Georgy Petrov
Grabis Janis Petrovichus
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 Garlanov Dimo Todorov, Vissokov Georgy Petrov, Grabis Janis Petrovichus filed Critical Garlanov Dimo Todorov
Publication of WO2012083392A1 publication Critical patent/WO2012083392A1/ru

Links

Classifications

    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method and device for the direct conversion of radiation energy into electrical energy and is a source (battery-accumulator) of electricity.
  • the invention will find application in the field of energy, especially nuclear, as well as in the electrical industry and areas using autonomous and compact power sources, requiring high outgoing and controlled electrical power.
  • the converter in its electrical essence is a block (array) formed by parallel-connected nanoscale capacitors of a coaxial design (geometry).
  • the radiation Exposed to radiation that passes through the nanotube layers and through the internal photoelectric effect, the radiation removes high-energy electrons from the gold conductors, after which the combined gold collector acquires a positive potential.
  • the resulting total (from all capacitors) potential difference is output to both collectors and can be supplied to electricity consumers.
  • the created converter is charged (accumulates and accumulates) with electrical goods by converting radiation into electrical energy, and discharges according to the exponential dependence of the discharge current, the strength of which depends on the magnitude of the load.
  • a patent is known (3), in which the author proposes to use high energy ⁇ -, a- and ⁇ - radiation for more efficient charging of voltage in nuclear batteries.
  • the method includes: two electrodes in close contact, one metal, and the other a semiconductor.
  • an energy barrier is created between their planes. When this contact is exposed to radiation, due to the state of the surface of the semiconductor, the energy barrier increases. This creates a potential difference, which is used as a source of electrical energy and current in the discharge circuit.
  • a patent is known (4), in which the author proposes to convert radiation into electrical energy by creating a converter from a semiconductor material, and then irradiating it with radiation. Thus, a certain number of electron-hole pairs is formed in it.
  • the purpose of applying a magnetic field to it in the direction perpendicular to the diffusion direction of the created electron-hole pairs is to separate the electrons from the holes in a direction perpendicular to the direction of diffusion and the magnetic field.
  • electrons and holes are removed to the extreme planes (collectors) of the converter, as a potential difference, that is, electricity.
  • a patent is known (5), in which the author proposes a diode nuclear battery made of a bulk semiconductor crystal, which includes three-dimensional arrays of columns and thin-film p- ⁇ bonds.
  • the battery is charged by emission of ⁇ - and X-rays from a radioactive source built into the semiconductor crystal.
  • carriers of electrical goods are generated in the converter, which are output to the outermost collectors.
  • the battery provides power to external electrical devices (resistor), the value of which is selected in such a way as to obtain the required voltage and control other parameters of the battery.
  • Another method (7) is based on multilayer heterostructures with calibrated interband transitions.
  • the composition of a continuous solid solution of Si02 to Si changes smoothly in order to achieve a high degree of dispersion of radioactive irradiation coherence.
  • radiation from any scattering center is in phase with external scattered radiation beams.
  • the result is a resonant interaction between external scattered beams of radiation and atoms and molecules of heterostructures.
  • the result is an efficient conversion of radioactive frequency and radiation into electrical current in the converter.
  • the main disadvantages of the considered methods (methods) of direct conversion of radiation energy into electrical energy are: the use of the same type of radiation sources with low values of the generated radiation field and their technological irremovability. There is also no controllability of radiation. There are no batteries that use spent nuclear fuel, its residues or solid and formed radioactive waste as a source (with combined radiation).
  • the technologies for creating converters working with controlled (in terms of loading (charging) and extracting (discharging) energy], discrete, nanoscale superheterogeneous systems and capacitors have not been developed. Their creation is based on a removable specific nanoscale material, which is capable of creating such heterogeneous controlled systems under certain controlled influences.
  • the process (method) is greatly complicated when the transducers generate high-value electric energy, especially regarding safety and radiation protection and materials for its implementation.
  • a device (9) which is a specific nuclear battery. It is characterized by the fact that when a thin semiconductor wafer (solar panel) is irradiated with ⁇ rays from a plutonium source, an electric current is generated.
  • An atomic battery (block array) of semiconductor elements is proposed, among which plutonium is located. The author believes that such a battery can provide significant electricity.
  • the known method and device (10) includes two electrodes with high electrical conductivity located at some distance from each other, one positive and the other negative. Between them from the side of the negative electrode is placed (separates) the porous insulating membrane. On the inner side of the positive electrode, a layer of powdered actinoid element is created, such as thorium, actinium, etc., mixed with a binder. As a result of this, an electromotive force arises between the two electrodes. The actinoid element undergoes a change in ⁇ decay and ionizing electrons are formed when a radiation passes through an isolated space towards the negative electrode.
  • the active substance, in addition to actinide elements, also contains a substance that accumulates positive ions formed as a result of ⁇ -decay during the release of ionizing electrons. This storage agent is carbon or cobalt-based powder crystals.
  • a battery can become multicellular if a layer of a dielectric containing carbon is placed between the layers and the layers overlap.
  • a device such as microchannel plates.
  • a composite (composite) battery includes: an insulated area, on which from left to right, the first radiation source, the first receiving pole, the second radiation source, and the second receiving pole are isolated.
  • a feature of the battery is that a microchannel plate is inserted between the second radiation source and the second receiving pole, the first radiation source being connected by a cable to the high voltage (+) end of the microchannel plate, and the low voltage (-) end of the microchannel plate is connected by a cable to the first receiving pole.
  • the second radiation source serves as the anode, and the second receiving pole is the cathode.
  • Another feature is the distance between the multichannel plate and the second radiation source (anode), which is from 0.5 to 5 cm.
  • the distance between the plate and the second receiving pole (cathode) is from 0.5 to 5 cm.
  • the distance between the first source radiation and the first receiving pole is from 0.5 to 5 cm.
  • the next feature is that a multipolar microchannel plate is used as a microchannel plate.
  • the battery works as follows: a high voltage is generated from the first isotope battery formed with primary electrons.
  • the second radiation source is the emitting pole, which feeds the incoming electrons to a microchannel plate that multiplies them (acts as a photomultiplier) by feeding to the second receiving pole.
  • the second radiation source and the second receiving pole form a second isotopic battery with primary electrons. Between them lies a microchannel plate that multiplies electrons.
  • the battery is in a vacuum, and between the second radiation source (anode) and the second receiving pole (cathode), an electric voltage (potential difference) is generated and when the voltage is turned on, a current flows between them.
  • the microchannel plate is made of material (from lead glass), representing an array of multiplying elements containing thousands or millions of parallel cylinders.
  • material from lead glass
  • the incoming emitted particles bombard the negative pole and the electrons that are multiplied are released.
  • isotope batteries with direct conversion of radiation energy into electrical energy have a low energy value, but with a long service life. This determines their application in such important areas as mobile phones, micro and nanoelectronics, nanomechanics and robotics, etc. But not where power in kilowatts is needed. They are not controllable in terms of conversion and accumulation of electrical goods, i.e. charging, as well as to extract (discharge) the stored energy.
  • the used radioactive source most often an isotope, after location, remains technologically irremovable. With the long life of such a battery and the wear of a charger, such as a mobile phone, there is a possibility of pollution of household and the environment.
  • the invention aims to propose a method and create device for directly converting radiation into electrical energy, which are controlled for the conversion and storage of electrical goods and their extraction in discrete dipole magnetoelectric, supergeter ⁇ gene bulk capacitor a system based mainly on the use of a replaceable cluster nanoscale material with specific properties, structure and chemical composition as an insulator in it, as well as to avoid identified shortcomings in the prior art.
  • the method of direct conversion of radiation energy into electrical energy begins with the preliminary construction of a three-dimensional system with an open housing on top and decorated inside with linearly arranged flat electric capacitors, called a converter.
  • a metal diamagnet was used as electrode plates for capacitors.
  • a removable, nanoscale cluster, composite, powdery material is placed in the space formed between the electrode plates. The latter has insulating and ferromagnetic properties. This material acts as a discrete insulator in the converter.
  • the constructed transducer is placed in a protective casing, and in accordance with the invention, is subjected to a combined, controlled and penetrating into the volume of the transducer.
  • the discrete insulator in it is converted and changed.
  • Each individual nanoscale particle turns into a charged, polarized, magnetoelectric dipole, representing a double dipole, magnetic and electric, combined on one nanoscale particle. They are oriented along the magnetic lines of force of the acting magnetic field.
  • a discrete insulator usually a filling converter, becomes a volumetric, charged, polarized, magnetoelectric superheterogeneous controlled system, and the capacitors in it become charged superheterogeneous controlled magnetic dipole capacitors forming a combined capacitor battery - a battery.
  • This capacitor bank is charged by radiation of ⁇ -, ⁇ - and ⁇ -rays,
  • the discrete insulator filled into the converter becomes a volumetric, controllable, charged superheterogeneous system. Its structure is nanosized from magnetoelectric dipoles. This conversion is carried out in the volume of each converter capacitor.
  • a superheterogeneous system in the horizontal direction is polarized nanolayers of linear magnets located in contact with each other, charged with an electric commodity. They are formed from linear filament magnets, which are formed from separate coupled, charged, and magnetoelectric dipoles polarized on magnetic lines of force of a magnetic field.
  • a superheterogeneous, charged, polarized and controllable system in the vertical direction and perpendicular to the acting magnetic field is formed from: built-in contacting each other, polarized, charged by an electric product, but different for each nanolayer of the structure representing a sheet magnet. They are formed (organized) in nanolayers from the ends of charged magnetoelectric dipoles, which, due to polarization, have the same magnetic and electric polarity.
  • the boundary and charged magnetic sheets formed in each converter capacitor are in contact with electrode metal diamagnetic planes. Thus, they transmit their received electric potential to them.
  • These nanoscale magnetic sheets have an opposite polar orientation with respect to the acting magnetic field.
  • each converter capacitor filled with a discrete insulator, receives the total potential difference between the metal electrode plates, since by their electrical nature, ordered, interconnected, charged and polarized nanoscale magnetic sheets are series-connected flat electric capacitors.
  • the total potential difference obtained in this way is output to the intermediate electrode plates of the converter through wires hidden in it case.
  • the value of this total total, from all capacitors, of the potential difference of the converter is output to the extreme collectors. It is regulated by changing the magnitude of the polarization coefficient of the discrete insulator, that is, its electrical susceptibility. The latter functionally depends on the intensity of the acting magnetic field and the ferromagnetic properties of the discrete insulator.
  • a replaceable, nano-sized cluster composite material placed in a transducer used as a discrete insulator is created from separate, spatially separated into zones of nanoparticles. They have a specific chemical composition, structure, shape, and composite structure of an individual cluster.
  • the outer zone is designed as an insulator formed of individual, most often spherical, shapes that are connected by touching and sticking to each other at high temperature nanoscale particles forming the shape of a bunch of grapes.
  • the insulator coating of an individual composite cluster obtained in this way acquires a large specific surface area and deep open nanochannel porosity. The ability is acquired in the interaction of radiation with a- ⁇ and ⁇ rays from an individual particle, the latter can accumulate a large number of electrical goods. They penetrate the volume of the insulating coating.
  • the inner zone beneath the insulating coating of the composite cluster is constructed of nanosized particles of pure metal, a compound of metals and alloys having strongly pronounced ferromagnetic properties.
  • gamma rays penetrate into the depth through the insulator zone of individual particles, an internal photoelectric effect occurs and additional electrical goods are accumulated from metals embedded in the inner zone, charging an actively discrete insulator.
  • the external insulating zone of a replaceable, nanoscale cluster, composite, powdery material, acting as a discrete insulator in the transducer is formed from nanoscale insulating spheres in contact with each other at high temperature and gives a general view of the grape cluster.
  • the material of these particles is glazed (amorphous) silicon dioxide.
  • the inner zone of the discrete insulator is built of nanosized particles of pure iron, magnetite, ferrous and ferruginous nickel, cobalt and chromium alloys, which can be coated with gold.
  • the technical essence of the device that implements the method of direct conversion of radiation into electrical energy is as follows: limited and the transducer composed of insulating walls together with the housing has an internal ordered arrangement of cells. Cells are arranged linearly and sequentially to each other. They have the same cross and longitudinal sections and their thickness is much less than the depth and width. Constructed in this way, the converter housing is inserted into the protective casing by means of a vacuum-tight connection. Holes are made in it in two of its parallel opposite walls, which are parallel to the longitudinal section of the cells. The casing and transmitter are open at the top.
  • the essence of the device lies in the fact that on the extreme opposite and parallel walls of the first and last cells of the transducer, as well as on each parallel to them separating the insulating wall in the cells, metal diamagnetic electrode plates with an equal longitudinal section, but smaller than the insulator base, are applied (formed) from the inside . So the internal part of the converter becomes a linear, volumetric system of sequentially located flat capacitors. They can be connected in series, in parallel or in combination with wires hidden in the insulator housing. Their extreme conclusions are connected with the extreme collectors of the converter.
  • the space between the electrode metal diamagnetic plates of the transducer is filled with replaceable, nanoscale, composite, powdery material with insulating and ferromagnetic properties.
  • This material is a discrete insulator in a linearly volumetric system of flat capacitors of the converter. Insulated electrical wires are brought out of its outermost collectors. They are connected to a consumer of electricity.
  • a replaceable and controllable radioactive source that generates radiation of ⁇ -, ⁇ - and ⁇ -rays. They can be and create a radiation field of various intensities.
  • the source is fixed in a protective chamber connected by a vacuum-tight connection to the protective casing with a surface open from above. The bottom of the protective chamber is movable, which delays or passes radiation to the transducer through the upper open plane.
  • the magnetic poles of the electromagnet creating the acting magnetic field are placed in the lateral openings of the protective casing of the transducer made of diamagnetic material.
  • This electromagnet is located outside the protective casing and is disassembled, its magnetic poles pass through the side holes in the casing. They touch their frontal part, outside, in the extreme lateral insulating walls of the first and last cells transducer.
  • the cross section of the magnetic poles covers or it is larger than the cross section of the extreme collectors of the Converter.
  • the coils of electromagnets are connected in series with each other and to the terminals of the extreme collectors of the PID converter by a control device, which is also connected to the terminals of the extreme collectors.
  • the technological advantages and the obtained effects of the implementation of the proposed method and device for the direct conversion of radiation energy into electrical energy are: it begins with a simple technological process of creating a three-dimensional system of sequentially located flat electric capacitors.
  • a discrete insulator As a discrete insulator, a replaceable, nanoscale, with composite construction and cluster structure material with combined insulating and ferromagnetic properties is placed.
  • a combined, volumetric, capacitor system is called a converter. It is subjected to the combined, controlled and penetrating into its volume exposure to radiation energy of ⁇ -, ⁇ - and ⁇ -rays and a magnetic field, and thus a volumetric interaction is carried out between each particle of the discrete insulator with them and with each other.
  • the discrete insulator begins to fulfill its main function (effect) in the process of converting radiation energy into electrical energy, regardless of the type of radiation - ⁇ , ⁇ or ⁇ generated by a radioactive source.
  • This universality of the conversion process (effect) in a capacitor system i.e. in the converter, from one type of energy to another, it is carried out due to the effect of the volumetric transformation of a discrete insulator into a superheterogeneous, charged, polarized, magnetoelectric, dipole and controllable (effect) system for each individual converter capacitor.
  • the effect of universality in the transformation obtained also means universality (effect) when choosing the type of radioactive source acting as a carrier of radiation energy.
  • the controllability of the volumetric transformation of a discrete insulator into a superheterogeneous system is dynamic (effect) for each individual particle. It is simultaneously charged, polarized, and oriented by turning in the capacitor’s interelectrode space, where the combined effect penetrated. This dramatically increases the conversion coefficient (COP) from one energy to another (effect) reaching> 90%.
  • COP conversion coefficient
  • This high efficiency is the result of two more effects.
  • One of them is the ability of a discrete nanoscale insulator to accumulate a large number of electrical goods per unit volume, at irradiation with radiation, and the second effect is that, by their electrical nature, the resulting volumetric, superheterogeneous, charged, polarized and controlled system with a nanoscale structure is a series-connected and charged flat electric capacitors.
  • each pre-aligned converter capacitor fills the volume of each pre-aligned converter capacitor.
  • a capacitor called magnetodipole superheterogeneous
  • the effect is realized by changing the polarization coefficient of the discrete insulator, that is, its electrical susceptibility, functionally dependent on the intensity of the acting magnetic field.
  • Another advantage is that you can create a battery that charges by applying external voltage to it. This is done with a pre-polarized discrete isolator. The battery is charged at maximum capacity, including that obtained in a superheterogeneous system.
  • FIG 1 shows an example embodiment of a device showing the invention in General form and with partial cuts.
  • Figure 2 schematically shows an enlarged view of a discrete insulator located between the electrode planes of one capacitor, transformed into a superheterogeneous, charged, polarized and oriented system as a result of combined exposure.
  • the method according to the invention consists in the following: building a volumetric system 1 of flat electric capacitors in an amount of 11 (eleven) pieces, with a total volume between the electrode metal diamagnetic planes of 220 cm 3 .
  • Opposite electrode metal diamagnetic planes 2, 3 are deposited inside the walls 18, 19 by a plasma decay method.
  • the material may be copper, aluminum, molybdenum, tungsten and others. Thickness is from 0.4 to 0.8 mm.
  • each capacitor for a discrete insulator between them is a nanometer-sized from 50 to 150 nm cluster, composite, powder material 4 having an outer insulation zone obtained from silicon dioxide and an inner one from ferromagnetic pure metals and alloys such as iron and cobalt , magnetite, etc., which may be with an external gold coating.
  • the constructed volumetric system of capacitors referred to as converter 1
  • a protective casing 16 made of metal diamagnetic material, having openings 17 on opposite and parallel walls.
  • the casing 16 is cast from lead with additional impurities and is open together with the transducer 1 in the upper plane 11.
  • the chamber 20 is charged with a replaceable radioactive source 6 generating ⁇ , ⁇ , and ⁇ rays. With the bottom 21 closed, dosimetric monitoring is carried out to protect it from penetrating radiation into the surrounding space near the chamber 20.
  • the next step is to mount the chamber 20 to the casing 16 by vacuum-tight connection. After installation using a remote controlled device (not shown in the example), the bottom 21 opens completely and a second dosimetric control is carried out in order to establish the presence or absence of penetrating radiation in environment. If additional work on radiation protection is not necessary, consumer 25 is connected to terminals 24. We configure PID device 9 to support the voltage required for consumer 25.
  • the battery composed of the capacitors of the transducer 1 begins to be charged with the electric product of radiation of ⁇ , ⁇ , and ⁇ rays, and the magnetic field 7 through the PID device 9 supports the necessary intensity, i.e. voltage to the coils 23.
  • the electrical susceptibility of the discrete insulator 5 (polarization coefficient) and the constancy of the magnitude of the supplied voltage to the consumer 25 are regulated.
  • a device in accordance with an exemplary embodiment of the invention shown in Fig. 1 and Fig. 2 consists in the following: the transducer 1 bounded by insulating walls has an internal linear design of cells. Cells are arranged linearly and sequentially to each other. They have the same cross and longitudinal sections, and their thickness is much less than the depth and width.
  • the transducer 1 thus constructed is installed by means of a vacuum-tight connection in the protective casing 16. In it, holes are made in two opposite and parallel walls 17. The casing and the transducer 1 are open in the upper plane 11.
  • metal diamagnetic electrode planes 2 and 3 are internally decorated on the opposite and parallel walls 18 of the first and the last cell of the transducer 1, as well as on the insulator partitions 19, metal diamagnetic electrode planes 2 and 3, called the extreme collectors, are internally decorated.
  • the cross section of the electrode planes is smaller than their insulator bases.
  • the inside of the converter 1 becomes a linear and volumetric system of sequentially located flat electric capacitors. They are connected in series, in parallel, and possibly combined with respect to the collectors by 3 wires hidden in the housing 15. These flat capacitors correspond to the number of cells in the converter 1.
  • the space between the metal diamagnetic electrode plates of 2 cells, i.e. flat electric capacitors, is filled with replaceable, nanoscale, composite powder material 4.
  • the latter is a discrete (formed from individual particles) insulator 5 of the Converter 1. From its extreme collet Ktorov 3 outward isolated insulated electrical wires 24, which are connected to the consumer 25.
  • a replaceable radioactive source 6 generating radioactive radiation of ⁇ -, ⁇ - and ⁇ -rays of small, medium and high intensity of the generated radiation field.
  • Source 6 is located in a protective chamber 20, vacuum-hermetically connected to the upper plane of the housing of the protective casing 16.
  • a converter 1 is located therein.
  • Magnetic poles 22 of an electromagnet 8 located outside the casing 16 and the converter 1 are installed in the side holes 17 of the protective casing 16.
  • the poles 22 pass through the side openings 17 of the casing 16 and externally touch the extreme lateral insulating walls 18 of the first and last cells of the transducer 1.
  • the cross section of the magnetic poles 22 covers or more than the collectors 3.
  • On the body of the poles 22 are mounted pulleys 23, and the poles 22 are mechanically closed by the magnetic circuit of the electromagnet 8.
  • the coils 23 are connected in series with each other and with a PID device that is connected to the wires 24.
  • the battery-accumulator 1 is connected by wires 24 to the consumer 25, which can be a direct current motor, which requires a constant voltage of a certain value.
  • the consumer 25 can be a direct current motor, which requires a constant voltage of a certain value.
  • the necessary parameters are selected, for both, "treatment of this constancy.

Abstract

Метод и устройство находит применение в энергетике, в частности ядерной, и в электропромышленности. Реализованная батарея - аккумулятор представляет объемную систему из линейно упорядоченных плоских электрических емкостей, названой преобразователь (1). В их междуэлектродном пространстве расположен сменяемый, наноразмерный, кластерный, с композитным строением порошкообразный материал (4), обладающий изоляционным и ферромагнитным свойствами и выполняющий функцию дискретного изолятора (5). Таким образом оформленный, преобразователь (1) поставлен в защитный кожух (16), имеющий боковые расположенные напротив друг друга отверстия (17), подвергается комбинированному, управляемому и проникающему в его объем воздействию радиационного лучения α-, β- и γ- лучей и магнитному полю (7).

Description

Метод и устройство для прямого преобразования
радиационной энергии в электрическую
Область техники
Изобретение относится к методу и устройству для прямого преобразования радиационной энергии в электрическую энергию и представляет собой источник (батарея- аккумулятор) электроэнергии.
Изобретение найдет применение в сфере энергетики, особенно ядерной, а также в электропромышленности и областях, использующих автономные и компактные источники питания, требующих высокой исходящей и контролируемой электрической мощности.
Предшествующее состояние техники
Анализируя опубликованную информацию, наиболее близким к нашему методу и устройству, является метод (технология) инженера Liviu Popa-Simil частной
исследовательской компании LAVM и профессора Claude Montel университета Алабамы, США. Авторы представили метод перед„Американским научным обществом
исследования материалов" в марте 2006 г. в Сан-Франциско, штат Калифорния. Он включает в себя создание преобразователя из упорядоченных слоев, образованных из углеродных (не проводящие электричество, обработанные бором) нанотрубок покрытые снаружи гидридом лития и заполненные (покрытые) внутри золотом. Все золотые окончания выведены на один коллектор, а окончания литиевого гидрида на другой.
Созданный таким образом, преобразователь по своей электрической сути представляют блок (массив) образованный параллельно включенными наноразмерными конденсаторами коаксиальной конструкции (геометрии). Подвергнутый радиоактивному облучению, которое проходит (проникает) через слои нанотрубок и путем внутреннего фотоэффекта, лучение выводит из золотых проводников высокоэнергетические электроны, после чего объединенный золотой коллектор приобретает положительный потенциал. Вылетая, они проходят через стенки нанотрубок и попадают на гидрид лития, который переводит их на другой коллектор, приобретающий отрицательный потенциал. Полученная суммарная (со всех конденсаторов) разница потенциалов выводится на оба коллектора и может быть подана потребителям электроэнергии. Авторы сообщают о чрезвычайно высоком коэффициенте преобразования энергии излучения в электрическую энергию, выше 90%, и незначительное выделение тепла.
Созданный преобразователь заряжается (аккумулирует и накапливает) электрическими товарами путем преобразования радиационного излучения в электрическую энергию, а разряжается по экспоненциальной зависимости разрядного тока, сила которого зависит от величины нагрузки.
Из-за технологической сложности создьхшя такого преобразователя авторы переходят к объемной системе - массив упорядоченных наноразмерных пластов (слоев) в следующем порядке: золото 10 нм; диоксид кремния (диэлектрик) 20 нм, 20 нм алюминия и оксид алюминия 10 нм. Они представляют собой наноразмерные по толщине плоские электрические конденсаторы, соединенные параллельно (возможно и комбинированно) к двум коллекторам. Метод прямого преобразования энергии излучения в электрическую энергию близок и аналогичен вышеописанному (1,2).
Известен патент (3), в котором автор предлагает использовать высокую энергию γ-, а- и β- лучения для более эффективной зарядки напряжения в ядерных батареях. Метод включает в себя: два электрода находящиеся в близком контакте, один металлический, а другой - полупроводник. Таким образом, создается энергет ческий барьер между их плоскостями. Когда этот контакт подвергается радиационному облучению, из-за состояния поверхности полупроводника, энергетический барьер увеличивается. Это порождает потенциальную разницу, что используется в качестве источника электрической энергии и тока в цепи разрядки.
Известен патент (4), в котором автор предлагает преобразовать радиационное излучение в электрическую энергию, создав преобразователь из полупроводникового материала, а затем облучая его радиационным излучением. Таким образом, в нем образуется известное количество пар „электрон-дыра". Целью применения к нему магнитного поля в направлении, перпендикулярном направлению диффузии созданных пар „электрон -дыра", является отделение электронов от дыр в направлении, перпендикулярном направлению диффузии и магнитного поля. Таким образом электроны и дыры выводятся в крайние плоскости (коллекторы) преобразователя, как разность потенциалов, то есть электроэнергия.
Известен патент (5), в котором автор предлагает диодный ядерный аккумулятор изготовленный из объемного полупроводникового кристалла, включающий в себя трехмерные массивы из столбцов и тонкопленочных p-η связей. Аккумулятор заряжается от эмиссии γ- и Х-лучей из радиоактивного источника, встроенного внутрь полупроводникового кристалла. Таким образом, генерируются носители электрических товаров в преобразователе, которые выводятся на крайние коллекторы.
Известен и другой способ, предложенный с патентом (6), в котором автор предлагает радиоизотопный электрический генератор как источник высокого напряжения. Метод базируется на фотоэлектрическом эффекте. Реализовывается при помощи генератора, составленном из материалов, расположенных как чередующиеся слои с высоким и низким атомным номером Z, изолированные вакуумом или другим изоляционным материалом. Фотоны с низкой энергией из радиоактивных источников взаимодействует преимущественно с материалом с высоким Z, путем фотоэлектрического процесса, излучая фотоэлектроны, энергия которых достигает падающие γ-лучи. Толщина материала с высоким Z меньше, чем длина одного пробега электрона в этом материале, а толщина материала с низким Z больше. Таким образом, возникает передача электронов со слоев с высоким Z, к низким Z. Эта передача происходит потому, что электроны испускаются в основном из слоев с высоким Z и останавливаются в слоях с низким Z. Созданная потенциальная разница между объединенными пластинами с высоким Z и с низким Z в киловольте. Батарея обеспечивает питание внешних электрических приборов (резистор), величина которого выбирается таким образом, чтобы получить требуемое напряжение и контроль других параметров работы батареи.
Другой метод (7), базируется на основе многослойных гетероструктур с калиброванными междузонными переходами. Состав непрерывного твердого раствора Si02 до Si изменяется плавно, чтобы достичь высокой степени рассеивания радиоактивной облучающей когерентности. Таким образом радиация от любого центра рассеивания находится в фазе с внешними рассеянными пучками излучения. Получается резонансное взаимодействие между внешними развеянными пучками радиации и атомами и молекулами гетероструктур. В результате получается эффективное преобразование радиоактивной частоты и радиоактивного излучения в электрический ток в преобразователе.
Известны размышления, мнения и идеи, изложенные в пунктах (1, 2), что при ядерных реакциях, сопровождающихся выделением тепла, передаются массовые дефекты, т.е. связующая избыточная энергия в ядерном топливе, преобразуется в кинетическую энергию генерированных частиц (излучение). Они проходят через решетку материала и взаимодействуют с ним путем ионизации и ядерных столкновений. При создании композитных слоев из проводника - изолятора и размещении его на пути такого излучения, энергия ионизирующего излучения преобразуется в накопление (аккумулирование) электрического напряжения за счет поляризации. Результатом является суперконденсатор заряжающийся от движущихся частиц.
Другое обсуждаемое мнение - это использование композитных (из двух материалов) наночастиц, организованных таким образом, чтобы действовали как
з последовательно связанные электрические диполи, представляющие собой наноисточники потенциала, дающее в общей сложности высокое напряжение (2).
Известен способ для создания трехмерных наноструктур. Он был опубликован на сайте пресс-релиз (8) Массачусетс ко го технологического института (MTI). Первые результаты были получены еще в 2005 году, когда изобретатели сумели создать миниатюрный конденсатор, имеющий трехмерную структуру. В настоящее время исследователи работают над несколькими технологиями для создания структуры из плоских заготовок. По их мнению самым трудным и сложным при соединении нанокомпонентов является притяжение между различными плоскостями. Для этой цели сейчас они используют магнит. Представители MTI считают, что изобретение найдет применение в создании миниатюрных электронных устройств нового поколения и в других областях.
Основными недостатками рассматриваемых методов (способов) прямого преобразования радиационной энергии в электрическую, являются: использование однотипных источников радиоактивного излучения с низкими значениями создаваемого радиационного поля и их технологическая несменяемость. Отсутствует и управляемость радиационного излучения. Нет таких батарей, которые в качестве источника (с комбинированным излучением) используют отработанное ядерное топливо, его остатки или твердые и сформованные радиоактивные отходы. Не отработаны технологии создания преобразователей, работающих с управляемыми [с точки зрения загрузки (зарядки) и извлечения (разрядки) энергии], дискретными, наноразмерными супергетерогенными системами и конденсаторами. В их создание заложен сменный специфический наноразмерный материал, обладающий способностью при определенных управляемых воздействиях создавать такие гетерогенные контролируемые системы. Процесс (метод) сильно осложняется, когда преобразователи генерируют высокую по величине электроэнергию, особенно относительно безопасности и радиационной защиты и материалов для его реализации.
Известно устройство (9), представляющее собой специфическую ядерную батарею. Характеризуется тем, что при облучении тонкой полупроводниковой пластины (солнечная панель) α-лучами из плутониевого источника - генерируется электрический ток. Предлагается атомная батарея (блок-массив) из полупроводниковых элементов, среди которых располагается плутоний. Автор считает, что такая батарея может обеспечить значительную электроэнергию.
Известны способ и устройство (10), метод включает в себя два электрода с высокой электропроводимостью расположенные на некотором расстоянии друг от друга, один положительный, а другой отрицательный. Между ними со стороны отрицательного электрода размещается (отделяет) пористая изоляционная мембрана. На внутренней стороне положительного электрода создается слой порошкообразного актиноидного элемента, как торий, актиний др., смешанных связующим веществом. В результате этого между двумя электродами возникает электродвижущая сила. Актиноидный элемент претерпевает изменения α-распада и образуются ионизирующие электроны, когда а- излучение проходит через изолированное пространство в сторону отрицательного электрода. Активное вещество, кроме актиноидных элементов содержит и вещество, накапливающее положительные ионы, образовавшиеся в результате α-разпада при выделении ионизирующих электронов. Это аккумулирующее вещество представляет собой порошкообразные кристаллы на углеродной или кобальтовой основе.
Накопление электричества возможно при подаче внешнего напряжения между двумя электродами, а в слой активного вещества вводятся электроны снаружи. Аккумулятор может стать многоклеточным если между слоями поместить слой диэлектрика, содержащего углерод и слои располагаются внахлест.
Известно устройство (11) называемое композитной изотопной батареей типа микроканальных пластин. Композитная (составная) батарея включает в себя: изолированную площадку, на которой слева направо, изолированно размещены первый источник излучения, первый приемный полюс, второй источник излучения, второй приемный полюс. Особенностью батареи является то, что между вторым источником излучения и вторым приемным полюсом вставляется микроканальная пластина, причем первый источник излучения связан кабелем с концом высокого напряжения (+) микроканальной пластины, а конец низкого напряжения (-) микроканальной пластины связан кабелем с первым приемным полюсом. Второй источник излучения, служит анодом, а второй приемный полюс катодом. Еще одной особенностью является расстояние между многоканальной пластиной и вторым источником излучения (анод), которое составляет от 0,5 до 5 см. Расстояние ^ежду пластиной и вторым приемным полюсом (катод) составляет от 0,5 до 5 см. Расстояние между первым источником излучения и первым приемным полюсом составляет от 0,5 до 5 см. Следующая особенность состоит в том, что в роли микроканальной пластины используется многополярная микроканальная пластина.
Батарея работает следующим образом: из образованной первой изотопной батареи с первичными электронами генерируется высокое напряжение. Вторым источником излучения является излучающий полюс, подающий входящие электроны к микроканальной пластине, которая их умножает (действует в качестве фотомножителя) подавая на второй приемный полюс. Второй источник излучения и второй приемный полюс образуют вторую изотопную батарею с первичными электронами. Между ними лежит микроканальная пластина, что умножает электроны. Батарея находится в вакууме, а между вторым источником излучения (анод) и вторым приемным полюсом (катод), генерируется электрическое напряжение (разность потенциалов) и при включении напряжения между ними протекает ток.
Микроканальная пластина изготовлена из материала (из свинцового стекла), представляя собой массив множительных элементов, содержащих тысячи или миллионы параллельных цилиндриков. Когда в пространстве цилиндриков есть сильное электрическое поле, примерно в 104 вольт/см, входящие излученные частицы бомбардируют отрицательный полюс и освобождаются электроны, которые умножаются.
Созданные в настоящее время (реализованные или запатентованные) изотопные батареи с непосредственным преобразованием радиационной энергии в электрическую, имеют низкую энергетическую величину, но с большим сроком эксплуатации. Это определяет их применение в таких важных областях, как мобильные телефоны, микро-и наноэлектроника, наномеханика и робототехника и т. д. Но не и там, где необходима мощность в киловаттах. Они не являются управляемыми с точки зрения преобразования и аккумулирования электрического товара, т.е. зарядки, а также для извлечения (разрядки) накопленной энергии. Используемый радиоактивный источник, чаще всего изотоп, после расположения, технологически остается несменяемым. При большом сроке эксплуатации такой батареи и изнашивании зарядного устройства, например мобильный телефон, есть вероятность загрязнения бытовой и окружающей среды.
Как конструкция батареи представляют собой видоизмененные (специфические) плоские конденсаторы (преобразовательные клетки), которые могут образовывать массивы (блоки) путем определенной связи между ними. Технология создания одной клетки сложна, с участием многих различных компонентов, оформленных как микро- и нано-слоев (пласты) данной размерности. Это требует сложного технологического оборудования и высокой научной квалификации исполнителей.
Техническая сущность изобретения
Целью изобретения является предложить способ и создать устройство для прямого преобразования энергии излучения в электрическую, представляющие собой управляемую для преобразования и накопления электрических товаров и их извлечения в дискретную дипольную магнитоэлектрическую, супергетер^генную объемную конденсаторную систему, основанную главным образом на использовании в ней в качестве изолятора сменяемого кластерного наноразмерного материала со специфическими свойствами, структурой и химическим составом, а также избежание выявленных недостатков в уровне техники.
В методе прямого преобразования энергии излучения в электрическую, в соответствии с изобретением начинается с предварительного построения объемной системы с открытым корпусом сверху и оформленный внутри линейно расположенными плоскими электрическими конденсаторами, названной преобразователем. В нем в качестве электродных пластин для конденсаторов использовали металлический диамагнетик. В пространстве, образованном между электродными пластинами помещается съемный, наноразмерный кластерный, композитный, порошкообразный материал. Последний обладает изоляционными и ферромагнитными свойствами. Этот материал действует как дискретный изолятор в преобразователе. Таким образом, построенный преобразователь помещен в защитный кожух, и в соответствии с изобретением, подвергается комбинированному, управляемому и проникающему в объем преобразователя воздействию. Это радиационное излучение α-, β- и γ-лучей и магнитное поле. Согласно изобретению при этих воздействиях на преобразователь, дискретный изолятор в нем преобразуется и изменяется. Каждая отдельная наноразмерная его частица превращается в заряженный, поляризованный, магнитоэлектрический диполь, представляющий объединенный на одной наноразмерной частице двойной диполь, магнитный и электрический. Они ориентированы вдоль силовых магнитных линий воздействующего магнитного поля.
Дискретный изолятор обычно наполняющий преобразователь становится объемной, заряженной, поляризованной, магнитоэлектрической супергетерогенной управляемой системой, а конденсаторы в нем - в заряженные супергетерогенные управляемые магнитодипольные конденсаторы, образующие объединенную конденсаторную батарею - аккумулятор. Эта конденсаторная батарея, согласно изобретению, заряжается радиационным излучением α-, β- и γ-лучей,
полученных с помощью съемного, управляемого радиоактивного источника, а разряжается также управляемо, путем изменения величины коэффициента поляризации дискретного изолятора, то есть его электрической восприимчивости. Величина коэффициента поляризации дискретного изолятора функционально зависит от величины интенсивности воздействия магнитного поля и ферромагнитных свойств наноразмерных частиц. Согласно изобретению комбинированные, управляемые и проникающие в объем преобразователя воздействия радиационного излучения α-, β- и γ-лучей и магнитного поля с силовыми линиями приводят к взаимодействию с каждой частицей дискретного изолятора в преобразователе. Так ее заряжают электрическими товарами и поляризуют, то есть ориентируют по и на магнитные силовые линии. Таким образом наполненный в преобразователь дискретный изолятор становится объемной, управляемой, заряженной супергетерогенной системой. Ее структура наноразмерна из магнитоэлектрических диполей. Это преобразование осуществляется в объеме каждого конденсатора преобразователя.
Согласно изобретению, супергетерогенная система в горизонтальном направлении, представляет собой расположенные в контакте дру с другом, заряженные электрическим товаром поляризованные нанослои из линейных магнитов. Они образуются из линейных ниточных магнитов, которые образуются из отдельных связанных, заряженных и поляризованные на магнитных силовых линиях магнитного поля магнитоэлектрические диполи.
В соответствии с изобретением супергетерогенная, заряженная, поляризованная и управляемая система в вертикальном направлении и перпендикулярно воздействующему магнитному полю формируется из: встроенных контактующих друг с другом, поляризованных, заряженных электрическим товаром, но различных для каждого нано- слоя структуры, представляющей листовой магнит. Они формируются (организованы) в нанослои из окончаний заряженных магнитоэлектрических диполей, имеющих в результате поляризации одинаковую магнитную и электрическую полярность. Пограничные и заряженные магнитные листы, образовавшиеся в каждом конденсаторе преобразователя, находятся в контакте с электродными металлическими диамагнитными плоскостями. Таким образом, передают им свой полученный электрический потенциал. Эти наноразмерные магнитные листы имеют противоположную полярную ориентацию по отношению воздействующего магнитного поля.
В соответствии с изобретением, каждый конденсатор преобразователя заполненный дискретным изолятором, получает суммарную разность потенциалов между металлическими электродными пластинами, так как по своей электрической сущности, упорядоченные, связанные между собой, заряженные и поляризованные наноразмерные магнитные листы, представляют собой последовательно связанные плоские электрические конденсаторы. Полученная таким образом суммарная разность потенциалов выводится к промежуточным электродным пластинам преобразователя через провода скрытые в его корпусе. Значение этой общей суммарной со всех конденсаторов разности потенциалов преобразователя выводится на крайние коллекторы. Она регулируется путем изменения величины коэффициента поляризации дискретного изолятора, то есть его электрической восприимчивости. Последняя функционально зависит от интенсивности воздействующего магнитного поля и ферромагнитных свойств дискретного изолятора.
Согласно изобретению, используемый как дискретный изолятор сменяемый, нано- размерный кластерный композитный материал, помещенный в преобразователь, создан из отдельных, пространственно обособленных в зоны наночастиц. Они имеют определенный химический состав, структуру, форму и композитное строение отдельного кластера. Внешняя зона оформлена как изолятор, образованный из отдельных, чаще всего сферической формы и соединенных путем касания и прилепания друг к другу при высокой температуре наноразмерных частиц, образующих форму виноградной грозди. Изоляторное покрытие отдельного композитного кластера полученное таким образом, приобретает большую удельную поверхность и глубокую открытую наноканальную пористость. Приобретается способность при взаимодействии радиационного облучения а- β- и γ-лучами с отдельной частицей, последняя может накопить большое количество электрических товаров. Они проникают в объем изоляторного покрытия.
В соответствии с изобретением, внутренг я зона под изоляторным покрытием композитного кластера, построена из наноразмерных частиц чистого металла, соединения металлов и сплавов, обладающих сильно выраженными ферромагнитными свойствами. При проникновении γ-лучей в глубину через изоляторную зону отдельных частиц, осуществляется внутренний фотоэффект и от металлов, заложенных во внутреннюю зону накапливаются дополнительные электрические товары, заряжающих активно дискретный изолятор.
Согласно изобретению, внешняя изолирующая зона сменяемого, наноразмерного кластерного, композитного, порошкообразного материала, выступающая в качестве дискретного изолятора в преобразователе, формируется из наноразмерных изоляционных сфер, соприкасающихся друг с другом при высокой температуре и дает общий вид виноградной грозди. Материал этих частиц остекленная (аморфная) двуокись кремния. Внутренняя зона дискретного изолятора построена из наноразмерных частиц чистого железа, магнетита, железистых и железисто никелевых, кобальтовых и хромовых сплавов, которые могут быть покрыты золотом.
Техническая сущность устройства, реализирующего метод прямого преобразования радиационного излучения в электрическую энергию, состоит в следующем: ограниченный и составленный из изоляционных стен вместе с корпусом преобразователь имеет внутреннее упорядоченное расположение клеток. Клетки расположены линейно и последовательно друг к другу. Они имеют одинаковые поперечные и продольные сечения и их толщина значительно меньше, чем глубина и ширина. Построенный таким образом, корпус преобразователя вставляется в защитный кожух путем вакуумно-герметического соединения. В нем в двух из его параллельных противоположных стен, которые параллельны продольному сечению клеток, сделаны отверстия. Кожух и преобразователь открыты сверху.
Сущность устройства заключается в том, что на крайних противоположных и параллельных стенах первой и последней клетки преобразователя, а и на каждой параллельной им, разделяющей изоляторной стене в клетках, изнутри наносятся (формируются) металлические диамагнитные электродные пластины с равным продольным сечением, но меньше изоляторной основы. Так внутренняя часть преобразователя становится линейной, объемной системой из последовательно расположенных плоских конденсаторов. Они могут быть соединены последовательно, параллельно или комбинированно проводами скрытыми в изоляторном корпусе. Их крайние выводы, связаны с крайними коллекторами преобразователя. Пространство между электродными металлическими диамагнитными пластинами преобразователя заполнено сменяемым, наноразмерным, композитным, порошкообразным материалом с изолирующими и ферромагнитными свойствами. Этот материал является дискретным изолятором в линейно объемной системе из плоских конденсаторов преобразователя. Из его крайних коллекторов наружу выведены изолированные электрические провода. Они подключены к потребителю электроэнергии. В пространстве над преобразователем расположен сменяемый и управляемый радиоактивный источник, который генерирует излучение α-, β- и γ-лучей. Они могут быть и создавать радиационное поле различной интенсивности. Источник закреплен в защитной камере, связанной вакуумно- герметическим соединением к защитному кожуху с открытой сверху поверхностью. Дно защитной камеры подвижно, которое задерживает или пропускает радиационное излучение к преобразователю через верхнюю открытую плоскость. В боковых отверстиях защитного кожуха преобразователя, сделанного из диамагнитного материала, размещены магнитные полюса электромагнита, создающего воздействующее магнитное поле. Этот электромагнит расположен вне защитной кожуха и является разбираемым, его магнитные полюсы проходят через боковые отверстия в кожухе. Они касаются своей лобовой частью, снаружи, в крайних боковых изоляционных стенах первой и последней клетки ю преобразователя. Поперечное сечение магнитных полюсов покрывает или оно больше чем поперечное сечение крайних коллекторов преобразователя. Катушки электромагнитов соединены последовательно друг с другом и к выводам крайних коллекторов преобразователя PID устройством управления, которое также включено к выводам крайних коллекторов.
Технологические преимущества и полученные эффекты реализации предлагаемых метода и устройства прямого преобразования радиационной энергии в электрическую являются: начинается с простой в технологическом отношении операции создания объемной системы последовательно расположенных плоских электрических конденсаторов. В качестве дискретного изолятора размещен сменяемый, наноразмерный, с композитным построением и кластерной структ^ рой материал имеющий объединенные изоляционные и ферромагнитные свойства. Созданная таким образом, объединенная, объемная, конденсаторная система называется преобразователем. Он подвергнут комбинированному, управляемому и проникающему в его объем воздействию радиационной энергии α-, β- и γ-лучей и магнитного поля и таким образом осуществляется объемное взаимодействие между каждой частицей дискретного изолятора с ними и между собой. С этого момента дискретный изолятор начинает выполнять свою основную функцию (эффект) в процессе преобразования радиационной энергии в электрическую, независимо от вида излучения - α, β или γ, порожденного радиоактивным источником. Эта универсальность процесса (эффект) преобразования в конденсаторной системе, т.е. в преобразователе, с одного вида энергии к другому, осуществляется из-за эффекта объемного превращения дискретного изолятора в супергетерогенную, заряженную, поляризованную, магнитоэлектрическую, дипольную и управляемую (эффект) систему для каждого отдельного конденсатора преобразователя. Полученный эффект универсальности в преобразовании означает и универсальность (эффект) при выборе типа радиоактивного источника, выступающей в качестве носителя радиационной энергии. Управляемость объемного трансформирования дискретного изолятора в супергетерогенную систему является динамическим (эффект) для каждой отдельной его частицы. Она одновременно заряжается, поляризуется и ориентируется поворотом в объемном межэлектродном пространстве конденсатора, куда проникло комбинированное воздействие. Это резко увеличивает коэффициент превращения (КПД) из одной энергии в другую (эффект) достигающий > 90%. Такой высокий КПД является результатом еще двух эффектов. Один из них это способность дискретного наноразмерного изолятора накапливать большое количество электрических товаров в единице объема, при облучении радиационным излучением, а второй эффект, что по своей электрической природе полученная объемная, супергетерогенная, заряженная, поляризованная и управляемая система с наноразмерной структурой, представляет собой последовательно соединенные и заряженные плоские электрические конденсаторы.
Они заполняют объем каждого предварительно выстроенного конденсатора преобразователя. Такой конденсатор названный магнитодипольным супергетерогенным, является управляемым (эффект) в плане зарядки электрическими товарами, а также извлечения из него энергии. Реализован эффект, изменяя коэффициент поляризации дискретного изолятора, то есть его электрической восприимчивости, функционально зависящей от напряженности воздействующего магнитного поля. Еще одним преимуществом является то, что вы можете создать аккумулятор, который заряжается с подачи к нему внешнего напряжения. Это осуществляется при предварительно поляризованном дискретном изоляторе. Аккумулятор заряжается на максимальную емкость, в том числе полученную в супергетерогенной системе.
Описание приложенных фигур
На фигуре 1 показан пример исполнения устройства показывающее изобретение в общем виде и с частичными разрезами. На фигуре 2 схематично представлен в увеличенном виде дискретный изолятор, находящийся между электродными плоскостями одного конденсатора, трансформированный в супергетерогенную, заряженную, поляризованную и ориентированную систему в результате комбинированного воздействия.
Примеры исполнения изобретения
Метод согласно изобретению состоит в следующем: построение объемной системы 1 из плоских электрических конденсаторов в количестве 11 (одиннадцать) штук, с общим объемом между электродными металлическими диамагнитными плоскостями 220 см3 . Толщина разбираемых изоляторных основ - стенок 18, 19 в клетках - 3 мм. Противоположные электродные металлические диамагнитные плоскости 2, 3 наносятся внутри стенок 18, 19 плазменным методом распадения. Материалом может быть медь, алюминий, молибден, вольфрам и другие. Толщина от 0,4 до 0,8 мм. В верхнем и нижнем краях изоляторных основ с двух сторон остается полоса изолятора без покрытия. Таким образом подготовленные изоляторные стены 18, 19 ставятся на изоляторное дно с каналами, а сверху прижимаются (фиксируются) рамой с каналами. Проводами 15 скрытыми в корпусе изоляторного тела конденсаторы связываются параллельно относительно коллекторов 3. В полученном пространстве между электродными плоскостями 2, 3 каждого конденсатора для дискретного изолятора между ними располагается наноразмерный от 50 до 150 нм кластерный, композитный, порошкообразный материал 4, имеющий внешнюю изоляционную зону, полученную из двуокиси кремния и внутреннюю - из ферромагнитных чистых металлов и сплавов, таких как железо, кобальт, магнетит и др., которые могут быть с внешним золотым покрытием. Таким образом построенная объемная система из конденсаторов, названая преобразователь 1 устанавливается в защитный кожух 16, изготовленный из металлического диамагнитного материала, имеющий на противоположных и параллельных стенах отверстия 17. При установке в защитном кожухе 16 обеспечивается внутренняя электрическая связь между проводниками 15 и 24, связанными с коллекторами 3. Кожух 16 отлит из свинца с добавочными примесями и открыт вместе с преобразователем 1 в верхней плоскости 11. Вставляем в отверстия 17 кожуха 16 магнитные полюсы 22 так, чтобы они касались своей передней частью внешней плоскости стен 18. Затем на стебли (колоны) устанавливаем катушки 23 и закрываем механическим путем магнитопровод электромагнита 8 к магнитным полюсам 22. Проводим тестовые испытания на таким образом оформленном преобразователе 1 с помощью воздействующего магнитного поля 7 путем внешнего питания катушек 23 и покрытой стеклом плоскостью 11. Надо наблюдать динамику и ориентацию поляризации дискретного изолятора 5 в каждом объеме конденсаторов при изменении подаваемого напряжения на катушки 23. Это означает, что магнитные силовые линии 12 созданного воздействующего магнитного поля 7 проникают во весь объем, т.е. что магнитные линии замкнуты между двумя его полюсами 22. Измеряем и отчитываем при этом результате напряжение к катушкам 23 и протекающий через них ток. Выключаем внешнее питание, вследствие чего дискретный изолятор 5 должен деполяризоваться. Подключаем катушки 23 последовательно друг к другу и связываем их к PID регулирующему устройству 9, а его - к выводам 24 коллекторов 3. На специализированном участке проводится зарядка камеры 20 сменяемым радиоактивным источником 6, генерирующим α-, β- и γ-лучи. При закрытом дне 21 проводится дозиметрический контроль для защиты от проникающего радиационного лучения в окружающее пространство около камеры 20. Последующей операцией, согласно установленным международным нормам радиационной защиты, является монтаж камеры 20 к кожуху 16, путем вакуумно- герметического соединения. После монтажа при помощи дистанционного управляемого устройства (не указано на примере) полностью открывается дно 21 и проводится второй дозиметрический контроль с целью установления наличия или отсутствия проникающего радиационного лучения в окружающую среду. Если не необходима дополнительная работа по радиационной защите, к выводам 24 подключается потребитель 25. Настраиваем PID устройство 9 для поддержки необходимого для потребителя 25 напряжения. Батарея, составленная из конденсаторов преобразователя 1 начинает заряжаться электрическим товаром радиационного излучения α-, β- и γ-лучей, а магнитное поле 7 через PID устройством 9, поддерживает необходимый ему интенситет, т.е. напряжение к катушкам 23. Таким образом регулируется электрическая восприимчивость дискретного изолятора 5 (коэффициент поляризации) и постоянство величины подаваемого напряжения к потребителю 25.
Устройство, в соответствии с примерным исполнением изобретения, показанного на рис.1 и рис. 2 состоит в следующем: ограниченный изоляторными стенами преобразователь 1 имеет внутреннее линейное оформление клеток. Клетки расположены линейно и последовательно друг к другу. Они имеют одинаковые поперечные и продольные сечения, а их толщина намного меньше чем глубина и ширина. Построенный таким образом преобразователь 1 путем вакуумно-герметического соединения установлен в защитный кожух 16. В нем, в двух противоположных и параллельных стенах сделаны отверстия 17. Кожух и преобразователь 1 открыты в верхней плоскости 11. Согласно изобретению, на противоположных и параллельных стенах 18 первой и последней клетки преобразователя 1, а также на изоляторных перегородках 19, внутренне оформлены металлические диамагнитные электродные плоскости 2 и 3, названные крайними коллекторами. Сечение электродных плоскостей меньше их изоляторных основ. Внутренность преобразователя 1 становится линейной и объемной системой из последовательно расположенных плоских электрических конденсаторов. Они соединены последовательно, параллельно, и возможно комбинировано относительно коллекторов 3 проводами спрятанными в корпусе 15. Эти плоские конденсаторы соответствуют количеству клеток в преобразователе 1. Пространство между металлическими диамагнитными электродными пластинами 2 клеток, то есть плоских электрических конденсаторов, наполнено сменяемым, наноразме^ным, композитным порошкообразным материалом 4. Последний представляет собой дискретный (образованный из отдельных частиц) изолятор 5 преобразователя 1. От его крайних коллекторов 3 наружу выведены изолированные электрические провода 24, которые подключаются к потребителю 25.
В пространстве над преобразователем 1 находится сменяемый радиоактивный источник 6, генерирующий радиоактивное излучение α-, β- и γ-лучей малой, средней и высокой величины интенсивности создаваемого радиационного поля. Источник 6 расположен в защитной камере 20, вакуумно-герметически соединенной с верхней плоскостью корпуса защитного кожуха 16. В нем расположен преобразователь 1. В боковые отверстия 17 защитного кожуха 16 установлены магнитные полюсы 22 электромагнита 8, расположенного вне кожуха 16 и преобразователя 1. Полюсы 22 проходят через боковые отверстия 17 кожуха 16 и внешне касаются крайних боковых изоляционных стен 18 первой и последней клетки преобразователя 1. Поперечное сечение магнитных полюсов 22 покрывает или большее чем у коллекторов 3. На тела полюсов 22 установлены катушки 23, причем полюсы 22 механически закрыты магнитопроводом электромагнита 8. Катушки 23 последовательно связаны между собой и с PID устройством, которое связано с проводами 24.
Приложение изобретения
Подготовленная для эксплуатации батарея-аккумулятор 1 связывается проводами 24 к потребителю 25, который может быть двигателем постоянного тока, для которого необходимо постоянное напряжение определенной величины. С помощью PID устройства (9) подбираются необходимые параметры, для обе», лечения этого постоянства.

Claims

Патентные претензии
1. Метод прямого преобразования радиационной энергии в электрическую, в том числе следующие технологические операции и средства:
- построение объемной системы (1) из плоских электрических конденсаторов, расположенных линейно, имеющих ячеечную форму, с общим дном и верхней фиксирующей рамкой, открытые в верхней плоскости (1 1), система, называемая преобразователь 1, корпус и стенки клеток которого сделаны из термостойкого, обладающего высокой величиной пробивного напряжения изоляторного материала, пропускающего магнитные силовые линии и
- таким образом сконструированном преобразователе (1) противоположные электродные пластины (2) и крайние коллекторы (3) выполняются из металлического диамагнетика, нанесенного с внутренней стороны широких вертикальных и параллельных стен изолятора (18,19) для каждой клетки.
- а в полученное пространство между электродными пластинами (2) и коллекторами (3) преобразователя (1), устанавливается сменяемый, наноразмерный кластерный, композитный порошкообразный материал (4) с изолирующими и ферромагнитными свойствами и
- таким образом выполняет функцию дискретного изолятора (5) в преобразователе (1) и
- так построенный преобразователь (1) устанавливается в защитный кожух (16) и подвергается комбинированному и управляемому воздействию:
- радиационного излучения из α-, β- и γ-лучей, генерированных сменяемым и управляемым радиоактивным источником (6), расположенным над открытой верхней плоскостью (1 1) в преобразователе (1)
- и от магнитного поля (7), создаваемого электромагнитом (8), расположенном около преобразователя (1), чьи катушки (23) последовательно связаны между собой и их крайние выводы связаны с регулирующим устройством PID (9), характеризирующегося тем, что помещенный в преобразователь (1) сменяемый, наноразмерный, кластерный, композитный порошкообразный материал (4), обладающий изоляционными и ферромагнитными свойствами и исполняющий функцию дискретного изолятора (5) в преобразователе (1) и
- при воздействии комбинированного, управляемого и проникающего в его объем радиоактивного излучения из α-, β- и γ- лучей и магнитного поля (7) отдельные наноразмерные частицы материала (4) преобразуются в магнитоэлектрические диполи (10), представляющие объединенный на одной наноразмерной частице двойной диполь, магнитный и электрический,
- которые заряжаются (аккумулируют) с электрическими товарами от радиационного воздействия α-, β- и γ-лучей, а ориентируются поляризуются по магнитным силовым линиям (12) воздействующего магнитного поля (7),
- а в целом, дискретный изолятор (5), размещенный в преобразователе (1) превращается в каждом плоском его конденсаторе в объемную заряженную электрическими товарами , поляризованную, супергетерогенную, управляемую систему, а преобразователь (1) - в управляемый заряженный супергетерогенный объединенный конденсатор (батарея, аккумулятор)
- который заряжается (аккумулирует) электрическими товарами от радиационного излучения α-, β- и γ-лучей, генерируемых сменяемым и управляемым радиоактивным источником (6),
- а разряжается также управляемо путем изменения величины коэффициента поляризации дискретного изолятора (5), т. е. его электрической восприимчивости, зависящей от величины интенситета воздействующего магнитного поля (7), создаваемого электромагнитом (8) и ферромагнитными свойствами частиц изолятора (5)
2. Метод прямого преобразования радиационной энергии в электрическую, в соответствии с претензией 1 , харак геризиру ющихся тем,
- что управляемое воздействующее магнитное поле (7) с его магнитными силовыми линиями (12) проникает в объем преобразователя (1), т.е. в дискретный изолятор (5), -обеспечивая таким способом взаимодействие между ними и изолятором (5),
-а через открытую верхнюю плоскость (1 1) преобразователя и перпендикулярно магнитным силовым линиям (12) поля (7), в него проникает радиационное излучение α-, β- и γ-лучей, генерированные сменяемым
-и управляемым в наличии или отсутствии радиационного излучения от источника (6), как и по сечению излучаемого потока радиации,
-обеспечивая таким способом взаимодействие между изолятором (5) и радиационным излучением α, β и γ
-в результате этого комбинированного и управляемого воздействия изолятор (5) преобразуется в супергетерогенную, наноразмерную объемную структуру, заряженная, поляризованная и управляемая система в каждом отдельном конденсаторе преобразователя (1), представляющая в горизонтальном направлении упорядоченные, находящиеся в контакте и заряженные электрическими товарами (наэлектризованные), поляризованные нанослои образованные из линейных ниточных магнитов, которые образуются из расположеных и поляризованных по магнитным силовым линиям (12) магнитноэлектрические диполи (10), создающие линейные магниты (13), обратно ориентированные к воздействующему магнитному полю (7) и чьи магнитные и электрические полюсы находятся в контакте с металлическими диамагнитными электродными плоскостями (2), коллекторами (3) в преобразователе (1), а в вертикальном направлении и перпендикулярно воздействующему магнитному полю (7), в упорядоченные, находящиеся в контакте, поляризованные и заряженные (наэлектризованные) одноименным электрическим товаром, но различным для каждого нанослоя, представляющие листовые магниты (14), образованные в нанослои из окончаний магнитоэлектрических диполей (10), имеющие одинаковый магнитный и электрический поляритет, полученные в каждом конденсаторе преобразователя (1), они находятся в контакте с электродными диамагнитными металлическими плоскостями (2) и коллекторами (3), и таким образом придавая им свой полученный крайний электрический потенциал и эти магнитные наноразмерные листы (14) имеют магнитные поля обратно ориентированные по отношению магнитного поля (7), и
- таким образом, в каждый заполненный дискретным изолятором (5) предварительно выстроенные конденсаторы в преобразователе (1 ) получают суммарную разность потенциалов на пластинах электродов (2) т. к. из-за своей электрической природы, упорядоченные, заряженные и поляризованные наноразмерные магнитные листы (14 ) представляют собой последовательно связанные и с наноразмерной толщиной заряженные плоские электрические конденсаторы и дают таким образом полученную суммарную разность потенциалов, которая
- выводится на промежуточные электродные пластины (2) преобразователя (1), проводкой (15) спрятанной в его корпусе, а общая величина общей со всех конденсаторов в преобразователе общая суммарная разность потенциалов выводится на коллекторы (3) и
- регулируется путем изменения величины коэффициента поляризации изолятора (5), т.е. его электрической восприимчивости, которая функционально зависит от интенситета воздействующего магнитного поля (7) и ферромагнитных свойств изолятора (5)
3. Метод прямого преобразования радиационной энергии в электрическую, в соответствии с п. 1 и 2, характеризирующийся тем, -что наполненный сменяемый, наноразмерный кластерный, композитный порошкообразный материал (4) в преобразователе (1) и используемый как дискретный изолятор (5) в нем
-формируется из отдельных, пространственно распределенных и обособленных в зоны наночастицы, определенного химического состава, формы и композитной структуры отдельного кластера,
-причем его внешняя зона оформлена как изолятор, образованный из отдельных, чаще всего сферической формы и соединенных путем касания и прилипания друг к другу полученного при высокой температуре наноразмерных изоляторных частиц, имеющих форму виноградной грозди при котором изоляторное покрытие отдельного композитного кластера полученное таким образом, приобретает большую развитую удельную поверхность и глубокую открытую наноканальную объемную нанопористость, как и способность поверхностного и объемного наэлектризования электрическими товарами, путем поверхностного прилипания и их распределения в глубину путем Кулонового взаимодействия, а электрические товары представляют собой радиационные а и β излучения (частицы) идущие из радиационного источника (6), как и другие накопленные от проникновения γ лучения в глубину кластера и полученного там внутреннего фотоэффекта,
-где внутренняя зона под изоляторной оболочкой кластера состоит из отдельных наноразмерных частиц, полученных из чистого металла, соединения металлов и сплавов с сильно выраженными ферромагнитными свойствами
-полученный таким образом материал (4) из отдельных композитных кластеров
-размещается в преобразователе (1) и выполняет функцию дискретного изолятора (5) в линейно-объемной системе из последовательно связанных плоских электрических конденсаторов преобразователя (1)
4.Метод прямого преобразования радиационной энергии в электрическую, по п. 1,2 и 3, характеризирующийся тем, что
-внешняя изоляторная зона сменяемого, наноразмерного кластерного, композитного, порошкообразного материала (4) формируется из изоляторных наноразмерных частиц в форме сфер, в целом в виде виноградной грозди, дающая высокое значение удельной поверхности и глубокую, объемную, открытую, наноразмерную канальную пористость, причем материал этих частиц - остекленная (аморфная) двуокись кремния,
-а внутренняя зона отдельных наноразмерных кластеров сменяемого, композитного, порошкообразного материала (4) получена и составлена из наноразмерных частиц чистого железа, магнетита, железистых и железисто никелевых, кобальтовых и хромовых сплавов, которые могут быть покрыты золотом.
5. Устройство, осуществляющее метод прямого преобразования радиационной энергии в электрическую, содержащее:
Ограниченный изоляторными стенками преобразователь (1) с внутренне-линейным клеточным оформлением, клетки располагаются линейно и последовательно одна на другой и имеют одинаковые продольное и поперечное сечения, а их толщина значительно меньше, чем глубина и ширина, сконструированный таким образом преобразователь (1) установлен в защитный кожух (16) путем вакуумно-герметического соединения, в котором в двух из его параллельных противоположных стен, сделаны отверстия (17), причем кожух (16) и преобразователь (1)открыты в верхней плоскости (11), характеризирующихся тем, что на крайних противоположных и параллельных изоляторных стенах (18) первой и последней клетки преобразователя (1), изнутри формируются металлические диамагнитные электродные пластины (3) названные крайними коллекторами, а на каждой, параллельной им, изоляторной перегородке (19) из последовательно расположенных клеток, нанесено с обеих сторон, также металлические диамагнитные электродные пластины (2) с сечением равным коллекторам (3), но меньше их изоляторных основ, в результате чего внутренняя часть преобразователя (1) является линейной и объемной системой из последовательно расположенных плоских электрических конденсаторов, соединенных последовательно, параллельно, а возможно и комбинировано относительно коллекторов (3), через провода скрытые в его корпусе (15) и эти плоские конденсаторы соответствуют количеству клеток в преобразователе (1), как в пространстве между металлическими диамагнитными электродными пластинами (2) клеток, т.е. в плоские электрические конденсаторы наполнен сменяемый наноразмерный композиционный порошкообразный материал (4), представляющий собой дискретный (из отдельных частиц) изолятор (5) преобразователя (1) и из его крайних коллекторов (3) выведены наружу электрически изолированные провода (24), к которым присоединен потребитель (25), а также и катушки (23) электромагнита (8) PID устройством для регулирования (9), а в пространстве над преобразователем (1) расположен сменяемый радиоактивный источник (6), генерирующий дискретный, а возможно и комбинированный вид радиационного излучения из от α-, β- и γ-лучей малой, средней и большой величины интенсивности создаваемого радиационного поля а источник (6) установлен в защитной камере (20), связанной вакуумно-герметической связью с верхней плоскостью корпуса защитного кожуха (16), в котором установлен преобразователь (1), а дно (21 ) камеры (20) подвижно и дистанционно управляемо для пропуска или задержания радиационного излучения от источника (6) к преобразователю (1), а в боковых отверстиях (17) защитного кожуха (16) расположены магнитные полюсы (22) электромагнита (8) находящегося вне кожуха (16) и преобразователя (1), причем полюсы (22) проходят через боковые отверстия (17) в кожухе (16) и внешне касаются крайних боковых изоляционных стен (18) первой и последней клетки в преобразователе и поперечное сечение магнитных полюсов (22) покрывает или большее чем у коллекторов (3).
PCT/BG2011/000020 2010-12-21 2011-10-31 Метод и устройство для прямого преобразования радиационной энергии в электрическую WO2012083392A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG110821A BG66599B1 (bg) 2010-12-21 2010-12-21 Метод и устройство за пряко прео­ бра зуване на радиационна енергия в електрическа
BG110821 2010-12-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012083392A1 true WO2012083392A1 (ru) 2012-06-28

Family

ID=45877080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/BG2011/000020 WO2012083392A1 (ru) 2010-12-21 2011-10-31 Метод и устройство для прямого преобразования радиационной энергии в электрическую

Country Status (2)

Country Link
BG (1) BG66599B1 (ru)
WO (1) WO2012083392A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112750547A (zh) * 2021-01-29 2021-05-04 厦门大学 辐伏电化学放射性同位素电池
CN112863727A (zh) * 2020-12-24 2021-05-28 吉林大学 一种核电池和一种提供电能的方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114203330A (zh) * 2021-12-13 2022-03-18 中国核动力研究设计院 一种超薄镍-63辐射源及其制备方法、应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1356096A1 (ru) * 1984-08-06 1987-11-30 Научно-Исследовательский,Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Комплектного Электропривода Устройство дл защиты токопровода от перегрузки по току
RU2145129C1 (ru) * 1997-03-25 2000-01-27 Яковлев Вадим Аврамович Атомный электрический элемент
US20080238244A1 (en) * 2005-07-29 2008-10-02 Commissariat A L'energie Atomique Optimized Energy Conversion Device
US20090029536A1 (en) * 2002-09-09 2009-01-29 Young-Kai Chen Bipolar transistors with vertical structures

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1356096A1 (ru) * 1984-08-06 1987-11-30 Научно-Исследовательский,Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Комплектного Электропривода Устройство дл защиты токопровода от перегрузки по току
RU2145129C1 (ru) * 1997-03-25 2000-01-27 Яковлев Вадим Аврамович Атомный электрический элемент
US20090029536A1 (en) * 2002-09-09 2009-01-29 Young-Kai Chen Bipolar transistors with vertical structures
US20080238244A1 (en) * 2005-07-29 2008-10-02 Commissariat A L'energie Atomique Optimized Energy Conversion Device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112863727A (zh) * 2020-12-24 2021-05-28 吉林大学 一种核电池和一种提供电能的方法
CN112863727B (zh) * 2020-12-24 2023-03-17 吉林大学 一种核电池和一种提供电能的方法
CN112750547A (zh) * 2021-01-29 2021-05-04 厦门大学 辐伏电化学放射性同位素电池

Also Published As

Publication number Publication date
BG110821A (bg) 2011-07-29
BG66599B1 (bg) 2017-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bormashov et al. High power density nuclear battery prototype based on diamond Schottky diodes
US7567056B2 (en) Quantum generator and related devices of energy extraction and conversion
US20130302650A1 (en) Self-recharging direct conversion electrical energy storage device and method
US9824785B1 (en) Energy conversion with stacks of nanocapacitors
WO2012083392A1 (ru) Метод и устройство для прямого преобразования радиационной энергии в электрическую
EP1703615A1 (en) Energy storage device charging system
Takahashi et al. Windows of cold nuclear fusion and pulsed electrolysis experiments
CN107945901B (zh) 一种量子点贝塔伏特电池
US20180034043A1 (en) Self-recharging direct conversion electrical energy storage device and method
US20060244410A1 (en) Nuclear battery and method of converting energy of radioactive decay
US10672564B2 (en) Electret energy storage system
Kavetskiy et al. Efficiency of Pm-147 direct charge radioisotope battery
US3824448A (en) Contact potential generator system
EP3401921A1 (en) An electric generator and a method for generating electricity
KR102134223B1 (ko) 베타전지
CN105023626B (zh) 磁分离电子式核电池
US20220115158A1 (en) Self-recharging direct conversion electrical energy storage method
JP2004191315A (ja) 発電方法及び電池
Miyake et al. Secondary electron emission measurement of insulating materials for spacecraft
WO2019113842A1 (zh) 一种量子点贝塔伏特电池
RU2641100C1 (ru) Компактный бетавольтаический источник тока длительного пользования с бета-эмиттером на базе радиоизотопа 63 Ni и способ его получения
CN112863727B (zh) 一种核电池和一种提供电能的方法
GB2484028A (en) Power-Scalable Betavoltaic Battery
RU144220U1 (ru) Устройство для преобразования ионизирующих излучений в электрическую энергию
AU2011100705A4 (en) Array Structures for Field-Assisted Positron Moderation

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11851430

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11851430

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1