Коллектив российских исследователей (Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН, Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт») предложил метод точного прогнозирования свойств бета-вольтаических элементов питания. Его применение позволит значительно удешевить разработку таких элементов.
Ученые и инженеры всего мира уже более полувека решают задачу по созданию бета-вольтаических элементов питания (ядерных батареек) с высоким КПД. Их действие основано на преобразовании бета-излучения радиоактивного изотопа никеля в электрическую энергию с помощью проводника.
Такие элементы питания могут служить десятки лет и потенциально имеют очень широкий диапазон применений, от медицины до космической техники.
Одним из серьезных ограничений для разработчиков долго оставалась невозможность точно предсказать рабочие параметры батареек, что вынуждало специалистов двигаться методом проб и ошибок.
Именно эту проблему решила группа российских исследователей, разработавшая метод реалистичного предсказания параметров бета-вольтаического элемента питания, состоящего из радиоактивного источника и полупроводникового преобразователя. Эксплуатация метода позволит оптимизировать структуру и параметры ядерных батареек без нанесения дорогостоящего слоя радиоизотопа. И тем самым понизит их стоимость.
«Мы использовали идею об имитации бета-излучения электронным пучком. Так как зависимости поглощения энергии бета-электронов и электронного пучка от глубины качественно различаются, был предложен метод корректной имитации бета-излучения моноэнергетическим электронным пучком»,
– сообщил один из авторов, профессор НИТУ «МИСиС» Борис Якимов.
По его словам, реалистичное предсказание параметров ядерных батареек позволит точнее определять области их применения.
Исследователи подтвердили высокую достоверность результатов с помощью радиоактивного источника.
«Таким образом, исследование полупроводниковой структуры позволяет предсказать параметры созданного на ее базе элемента с точностью не ниже тридцати процентов, что намного превосходит более ранние расчеты», – добавил эксперт.
Уже проведены расчеты для нескольких групп разработчиков бета-вольтаических элементов питания.