Радіоізотопні джерела енергії

Природний радіоактивний розпад ядер супроводжується виділенням кінетичної енергії частинок і квантів. Ця енергія поглинається середовищем, що оточує радіоактивний ізотоп, і перетворюється на теплоту, яку можна використати для отримання електричної енергії термоелектричним способом. Пристрої, що перетворюють енергію природного радіоактивного розпаду на електричну енергію за допомогою термоелементів, називаються радіоізотопними термогенераторами. Радіоізотопні термогенератори надійні в роботі, мають великий термін служби, компактні та успішно використовуються як автономні джерела енергії для різних пристроїв космічного й наземного призначення.

Сучасні радіоізотопні генератори мають ККД 3-5 % і термін служби від 3 місяців до 10 років. Техніко-економічні характеристики цих генераторів у майбутньому можуть бути значно поліпшенні. Нині створюються проекти генераторів потужністю до 10 кВт [1].

Радіоізотопні генератори становлять інтерес для різних галузей науки й техніки, зокрема, їх збираються використовувати у вигляді джерела енергії штучного серця людини, а також для стимулювання роботи різних органів у живих організмах. Особливо зручними виявилися радіоізотопні термогенератори при освоєнні космічного простору, де необхідні джерела енергії, що здатні довго та надійно працювати за несприятливих умов впливу іонізуючих випромінювань, у радіаційних поясах, на поверхні інших планет та їх супутників.

3.2.6 Термофотоелектричні генератори

В термофотоелектричних генераторах відбувається перетворення теплового випромінювання в електричну енергію за допомогою елементів, які чутливі в ближній інфрачервоній частині спектра. Цей принцип відомий уже більше 40 років, але його практична реалізація можлива лише тепер завдяки розробці високоефективних гетероструктурних фотоперетворювачів на основі матеріалів із малою шириною забороненої зони Е = 0,6 - 0,75 еВ і створенню ефективних

випромінювачів з робочою температурою 1000-1500°С. Найбільш перспективними для цього є гетероструктури на основі антимоніду галію Е = 0,7 еВ, твердих розчинів галій-індій-сурма-миш’як Е - 0,5 - 0,6 еВ і галій-індій-миш’як Е - 0,75 еВ. Фотоелектричне перетворення на основі цих матеріалів забезпечує ефективність термофотоелектричного перетворення, яка перевищує 20 % при

температурах випромінювання 1300 -1500°С.

Максимальна розрахункова ефективність фотоелектричного перетворення становить близько 40 % для теплового випромінювання,

яке поглинається в напівпровіднику при температурі 1300-1500°С. ККД системи в цілому буде нижчий внаслідок втрат інфрачервоного випромінювання, що не поглинається в напівпровіднику, втрат у процесі генерації теплового випромінювання та інших теплових втрат. Втрати можуть бути зведені до мінімуму в результаті перетворення випромінювання за допомогою селективно-випромінювальних емітерів і фільтрів, що відбивають довгохвильове випромінювання у випромінювач.

Подальше удосконалення фотоелектричних перетворювачів (каскадні гетероструктури, перетворювачі з тильним дзеркалом) і випромінювачів (багатошарові емітери, нові типи фільтрів) дозволить збільшити ефективність термофотоелектричного перетворення до ЗО %. При цьому ККД системи в цілому може перевищити 20 %.

Як джерела теплоти в термофотоелектричних генераторах можуть бути використані природний газ, пропан, бензин, водень тощо.

Термофотоелектричні генератори мають ряд переваг у порівнянні з іншими видами автономних джерел електричної енергії.

Порівняно з електромеханічними генераторами на основі двигунів внутрішнього згорання позитивним при використанні термофотоелектричних генераторів є:

- більший термін служби внаслідок відсутності швидко зношуваних рухомих частин;

- зменшення забруднення довкілля внаслідок більш повного безперервного процесу спалювання палива;

- безшумність роботи.

Порівняно з сонячними батареями термофотоелектричні генератори мають такі переваги:

- можливість цілодобової роботи (при наявності палива), в той час як наземні сонячні батареї працюють тільки 40 % часу доби;

- більше питоме енергознімання з поверхні фотоперетворювача в

2 2 ТФЕГ - більше 2 Вт/см, що еквівалентно 18 кВт-год/cm в рік; це в

100-150 разів перевищує середнє питоме енергознімання з поверхні

космічних сонячних батарей і в 300-400 разів більше питомого

енергознімання наземних сонячних батарей.

У порівнянні з іншими типами електрогенераторів

(термоелектричні, термоемісійні тощо) ТФЕГ мають більш високий

ККД, який може становити більше 20 %.