|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы ного соединения большого числа Например, для получения напряжения на нагрузке в 5,0 в при токе нагрузки 40 ма требуется 12-14 фотоэлементов. § 9-8. АТОМНЫЕ БАТАРЕЙ Атомными батареями условно называют преобразователи энергии радиоактивного распада в электрическую энергию. Первоначально атомные батареи низкого и высокого напряжения создавались за счет использования радиоактивного распада веш.еств. Эти батареи были маломошные. Позднее к атомным батареям стали относить также маломош.ные ядерные реакторы, используемые обычно в сочетании с термоэлектрогенераторами. В первоначальных конструкциях атомных элементов высокого напряжения за счет использования эффекта радиоактивного распада (рис. 9-8, а) вещество наносилось на внутреннюю поверхность металлического,электрода /. Электроны, излучаемые радиоактивным веществом, попадая на внешний металлический электрод 5, заряжают его отрицательно по отношению к электроду /, от которого сделан внешний вывод 4, Максимальное напряжение, до которого мог быть заряжен элемент, зависит от энергии электронов, излучаемых радиоактивным веществом. Это напряжение могло достигать нескольких десятков киловольт. Допустимый ток нагрузки элемента высокого напряжения зависит от периода полураспада радиоактивного вещества: чем больше период полураспада, тем меньше допустимый ток нагрузки и тем дольше может служить этот элемент. Одна из моделей атомной батареи высокого напряжения построена с применением крупинки радиоактивного изотопа стронция-90 активностью 10 милликюри, помещенной в цилиндрическую капсулу из высококачественного полистирена; диаметр капсулы 10 мм, ее длина 20 мм и толщина стенок 0,8 мм. Одним электродом служит проводник, соединяющий крупинку стронция с выводным зажимом, а другим - алюминиевая чашечка, окружающая капсулу и собирающая электроны, излучаемые стронцием. Весь элемент помещен в защитный толстостенньи цилиндр, предохраняющий окружающих людей от вредного воздействия радиоактивного излучения. Такая батарея может служить без перезарядки 20-25 лет, т. е. практически время, почти равное периоду полураспада. За это время мощность батареи снизится вдвое, причем падение мощности в нагрузке происходит при неизменном напряжении за счет уменьшения тока. Если в описанной батарее разомкнуть внешнюю цепь и измерить на ней э. д. с, то она равна 7000 <?. Максимально допустимый ток нагрузки не выше 40 мка. Несколько отличная конструкция от описанной показана на рис. 9-8, б. Здесь на торце массивного электрода 5 помещен радиоактивный стронций 6, Цилиндр 7, являющийся корпусом прибора, служит изолятором между электродами 5 и 8. Внутри цилиндра имеется полистиреновая перегородка. При толщине перегородки 0,5 мм и активности радиоактивного изотопа 25 милликюри начальный допустимый ток нагрузки равен 1,1 -10 а и наибольшее рабочее напряжение 3700 в; при радиоак- -ГГ. . -
IP" Ll*:  ж.      3 ma ТИВНОМ препарате в 54 милликюри рабочее напряжение повышается до 6600 в. Существенным недостатком батарей с использованием энергии радиоактивного распада является их малая мощность. При использовании радиоактивного стронция мощность батарей составляет 510"® вт/кюри; для получения 1 em мощности требуется 200 кюри, В результате этого осуществление подобных батарей практически нереально из-за высокой их стоимости и трудностей защиты от вредного действия. Одним из дальнейших методов увеличения мощности батарей явилась попытка использования явления ионизации газа. Одна из таких батарей схематически показана на рис. 9-8, в. Здесь стеклянный баллон 2 с посеребренными изнутри стенками / наполнен  Рис. 9-8. Схематическое vct- ройство атомных элементов. крыптоном-85 под давлением. Ради.,и...i.i..a(H изотоп размещен внутри баллона, укрепленного на крышке латунного цилиндра 5, а пространство между цилиндром и баллоном заполнено порошкообразным токопроводящим материалом 4. Внутренняя токопро-водящая оболочка / соединена с металлическим выводом 5, закрепленным на крышке через изоляционную шайбу 7 металлической шайбой 6, Слой диэлектрика достаточно тонок (0,2 мм), чтобы через него могли пройти первичные электроны, эмиттированные радиоактивным изотопом. Вторичные электроны, выбитые i-i3 токопроводящего слоя 4, пройти через этот слой не могут, и они создают на стенках цилиндра 3 отрицательный потенциал. Нагрузка включается между стенкой цилиндра 3 и зажимом 5. Батарея развивает напряжение до 10 кв при токе нагрузки до 2 мка. Значительно более эффективны атомные батареи низкого напряжения, действие которых основано на умножении носителей зарядов в /г р-переходе. Схематическое устройство такой батареи показано на рис. 9-8, г. Радиоактивный стронций / нанесен на одну сторону полупроводниковой пластины 2, на другой стороне которой имеется п - р-переход 5. Быстрые электроны, обладающие большой кинетической энергией, излучаемые радиоактивным стронцием В процессе его распада, проникают в слои полупроводника, создавая в нем около 2 «10 медленных электронов, которые вследствие односторонней проводимости п - р-перехода скапливаются на коллекторе 4, создавая разность потенциалов на границах перехода. Вольт-амперная характеристика такой батареи приведена на рис, 9-8, д. Схематическое устройство миниатюрной атомной батареи показано на рис. 9-8, е. Эта батарея использовалась для электропитания наручных электрочасов и слуховых аппаратов. В ней радиоактивным веществом служит / - прометий-147, воздействующий на слой фосфора 2, светящегося под воздействием электронной бомбардировки. Свет фосфорного слоя действует на кремниевый фото-элеме?1т 3-4 и вызывает возникновение фото-э. д. с. около 1,0 в при токе нагрузки 2 мка. Срок службы батареи около 3 лет. Существенным недостатком атомных элементов низкого напряжения является наличие не только Р-частиц, но и сильно проникающих Y-лучей, защита от которых довольно сложна. Тем не менее разработка полупроводниковых батарей с радиоактивными веществами продолжается. Одна из таких батарей схематически показана на рис. 9-9, а. Батарея образована из четырех столбиков полупроводниковых радиоактивных элементов /, соединенных между собой по параллельно-последовательной схеме. Для последовательного соединения элементов примыкающие одна к другой торцовые грани 2 соседних элементов металлизируются (в вакууме напыляется слой меди). Столбики соединяются параллельно друг другу с помощью шин 5, к которым подключена нагрузка 4, Между собой столбики изолированы тонким слоем полимерной пленки 5. В качестве источ- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 [ 89 ] 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 |