20 апреля 2009

Ученые Университета Миссури разрабатывают метод прямого преобразования атомной энергии

 Университет Миссури при поддержке компании «U.S. Semiconductor Corp.» разрабатывают метод прямого преобразования атомной энергии, позволяющий избежать радиационного повреждения. В двухступенчатом методе прямого преобразования энергии с фотоном-посредником (Two-Step Photon Intermediate Direct Energy Conversion - PIDEC) применяется процесс генерации фотонов за счет взаимодействия излучения частиц со средой люминофора при высоком КПД. Затем фотоны направляются в фотоэлектрический элемент с широкой запрещенной зоной, в котором и вырабатывается электрический ток. Предполагается, что КПД преобразования энергии составит 40% за один цикл. Этот метод может применяться как в случае генерирующих систем большой мощности, так и в ядерных батареях малой мощности на базе радиоизотопов (радиоизотопная система преобразования энергии (Radioisotope Energy Conversion System – RECS).

Исследователи отмечают, что система прямого преобразования энергии будет обладать большим КПД, чем применяемые в настоящее время системы с использованием пара. Кроме того, в ней не используется вода. Система, совместно разрабатываемая Университетом штата Миссури и «U.S. Semiconductor Corp», отличается простотой с точки зрения механики, что делает возможным создание более компактных, надежных и менее дорогостоящих энергетических установок. Ученые факультета создали испытательный стенд для отработки концепций PIDEC и RECS. Стенд позволяет исследовать физику процессов возникновения люминесценции при взаимодействии излучения с различными люминесцентными средами, переноса фотонов, а также проверять методы радиационной защиты, фотоэлектрического преобразования энергии в фотоэлектрических элементах с широкой запрещенной зоной и эффективность преобразования энергии.

Ученые Университета Миссури отмечают, что тепловой КПД типового легководного реактора АЭС составляет примерно 35%, а у современной электростанции на угле со сверхкритическими параметрами котлоагрегатов эта величина достигает максимального значения в 44%. На новых высокотемпературных ядерных реакторах также могут быть получены подобные значения КПД. Тепловые КПД газовых турбин последних разработок колеблются в пределах 40%. Сообщается, что новейшая модель такой турбины позволяет получить коэффициент полезного действия 46%. Эти значения относятся к области простого цикла, при котором не используется отходящий пар турбины. Реальное преимущество заключается в использовании отходящего пара газовой турбины в обычной паровой турбине ТЭЦ. При такой схеме газовые турбины нового поколения могут обеспечить достижение суммарного теплового КПД в 60% и выше. Руководит разработкой системы PIDEC Марк Прелас.