Винахід відноситься до енергетики і може бути використано для отримання електричної енергії з енергії випромінювання радіонуклідів. Спосіб перетворення енергії радіоактивних випромінювань в електричну енергію включає розміщення фотоелектричних перетворювачів поблизу джерела радіоактивного випромінювання. Між джерелом радіоактивного випромінювання і фотоелектричними перетворювачами розміщують робочу газове середовище у вигляді суміші Ar-N2 під тиском 1-5 атм. Суміш випромінює переважно в діапазонах довжин хвиль 350-410 і 750-1050 нм на переходах З → В і В → А молекули азоту N2 відповідно. Винахід дозволяє підвищити ККД перетворення ядерної енергії в оптичне випромінювання і зменшити шкідливий вплив випромінювання на напівпровідникові фотоелементи. 1 мул.
Винахід відноситься до енергетики і може бути використано для створення технології отримання електричної енергії з енергії випромінювання радіонуклідів, переважно для утилізації відпрацьованого палива ядерних реакторів та інших матеріалів, так званих радіоактивних відходів.
В сучасних умовах зростаючого енергоспоживання, мабуть, важко знайти альтернативу подальшого розвитку ядерної енергетики. Атомна енергетика дозволяє підвищити рівень енергетичної безпеки, зберігає органічна сировина і стабілізує електроенергетику в цілому, дозволяє зменшити викиди парникових газів.
Негативною стороною ядерної енергетики є накопичене кількість відпрацьованого палива ядерних реакторів. В даний час газоподібні та рідкі радіоактивні відходи, очищені від високоактивних домішок, скидають в атмосферу або водойми. Високоактивні рідкі радіоактивні відходи зберігають у вигляді сольових концентратів в спеціальних резервуарах в поверхневих шарах землі, вище рівня грунтових вод. Тверді радіоактивні відходи захоронюються в сталевих або інших контейнерах у підземних виробках, соляних пластах, на дні океанів.
З рівня техніки відомо, що за допомогою напівпровідникових елементів енергію радіоактивних випромінювань можна перетворити в електричну енергію (GB 1356341, опубл. 1974 г.) / 1 /. Радіоактивне випромінювання, потрапляючи на напівпровідниковий елемент, індукує в ньому ЕРС, яка при приєднанні елемента до навантаження призводить до виникнення в ланцюзі електричного струму.
Завдання цього винаходу полягає в створенні ефективної технології утилізації відпрацьованого палива або радіоактивних відходів ядерних реакторів зі зменшеним шкідливим впливом випромінювання на напівпровідникові фотоелементи.
Для вирішення поставленого завдання спосіб перетворення енергії радіоактивних випромінювань в електричну енергію включає розміщення фотоелектричних перетворювачів поблизу джерела радіоактивного випромінювання, при цьому між джерелами радіоактивного випромінювання і фотоелектричними перетворювачами розміщують робочу газове середовище, що представляє собою суміш Ar-N2. що знаходиться під тиском 1-5 атм і випромінює переважно в діапазонах довжин хвиль 350-410 і 750-1050 нм на переходах З → В і В → А молекули азоту N2 відповідно.
Передумови для вирішення поставленого завдання наступні. Оскільки радіація є жорстким випромінюванням, її можна використовувати як джерело енергії в ядерно-оптичних перетворювачах (ЯОП) з подальшою конверсією оптичного випромінювання в електроенергію за допомогою фотоелектричних перетворювачів. При цьому самі відходи не вимагають спеціальної переробки та витримки у тимчасових сховищах. А електрику за допомогою фотоелементів може вироблятися в постійному режимі протягом багатьох років практично без зміни джерела випромінювання, якщо рівень залишкової радіоактивності і період напіврозпаду досить високі.
Активне середовище в ЯОП, зазвичай є спеціально підібраною за складом і тиску газовою сумішшю, порушується жорстким випромінюванням. Жорстким прийнято називати таке корпускулярне або електромагнітне випромінювання, яке ионизует і збуджує газ, але слабо взаємодіє безпосередньо з електронами утворилася плазми. Роль такого випромінювання можуть грати електронні та іонні пучки, продукти ядерних реакцій, потоки короткохвильових фотонів (аж до γ-квантів, одержуваних в ядерному вибуху). "Жорсткі частинки" (електрони, іони, фотони) ионизуют атоми і молекули газової суміші, створюючи нерівноважну плазму з підвищеним ступенем іонізації.
Основним джерелом проникаючої радіації відпрацьованого палива ядерних реакторів є γ-випромінювання Cs 137 (період напіврозпаду 30 років) з енергією Еγ = 662 кеВ і завдання створення джерела енергії на основі ЯОП зведена до пошуку радіолітичного і термічно стійкою, а також хімічно інертного середовища з досить високим ККД перетворення ядерної енергії в оптичне випромінювання в зручному для фотоелектричних перетворень діапазоні спектра. В результаті в якості робочої газового середовища пропонується суміш Ar-N2 при тиску 1-5 атм, що випромінює переважно в діапазонах довжин хвиль 350-410 і 750-1050 нм на переходах З → В і В → А молекули азоту N2 відповідно.
Позначення «З → В і В → А переходи» є загальноприйнятим для зазначеної молекули (табл.7.2, довідник А.А.Радціг, Б.М.Смірнов. Довідник з атомної та молекулярної фізики. М. Атомиздат, 1980 г.), але при необхідності для більшою мірою його можливо ідентифікувати і наступним
Суміш Ar-N2. що знаходиться під тиском 1-5 атм, обумовлює напрямок релаксаційних потоків енергії в певному напрямі, а точніше резонансну передачу більшої частини енергії від метастабільних атомів аргону Ar *, які утворюються, головним чином, в результаті прямого порушення електронним ударом вторинних електронів або диссоциативной рекомбінації молекулярних іонів Ar2 +. на електронно-збуджений стан азоту З 3 Пu. В результаті подальшого радіаційного каскаду C 3 Пu → B 3 Пg → А 3 Σ + u відбувається широкосмугове випромінювання в діапазонах довжин хвиль 350-410 і 750-1050 нм на відповідних електронно-коливально-обертальних переходах, яке призводить до найкращого збігу спектра оптичного випромінювання і спектра поглинання фотоелектричного перетворювача, обумовлюючи можливість використання фотоелектричних перетворювачів.
Під впливом випромінювання в цій газовій суміші відбувається напрацювання електронно-збуджених атомів і молекул. Оптичне випромінювання збуджених молекул потрапляє на вхід фотоелектричних перетворювачів, що призводить до виникнення електричної енергії на їх виході. Склад і тиск газової суміші підібрані експериментально, виходячи з максимального збігу спектра оптичного випромінювання збуджених молекул і спектра поглинання фотоелектричного перетворювача. Співвідношення пропорцій компонентів газової суміші Ar-N2 визначається конструкцією установки, тиском і чистотою використовуваної суміші, а тому є предметом НДДКР при створенні конструкції конкретної установки і буде приблизно таким: [Ar]: [N2] ≈ 10: 1.
Новий технічний результат, який може бути досягнутий при реалізації заявленого способу, полягає в підвищенні ККД перетворення ядерної енергії в оптичне випромінювання і зменшення шкідливого впливу випромінювання на напівпровідникові фотоелементи.
Заявлений спосіб може бути реалізований за допомогою зображеного на кресленні пристрою, виконаного у вигляді контейнера. Фотоелектричні перетворювачі 1 розміщені поблизу радіоактивного джерела γ-випромінювання - радіоактивних відходів 2. Між джерелом випромінювання - радіоактивними відходами та фотоелектричними перетворювачами - розміщена робоча газове середовище - суміш Ar-N2. що знаходиться під тиском 1-5 атм і випромінює переважно в діапазонах довжин хвиль 350-410 і 750-1050 нм на переходах З → В і В → А молекули азоту N2 відповідно. Радіоактивні відходи можуть бути розміщені всередині ємності з оптично активним середовищем.
Очікувана питома електрична потужність енергос'ема з відпрацьованого палива становить w = 1 Вт / кг, а повна постійна електрична потужність однієї збірки радіусом 40 м з 200 контейнерів діаметром 0.5 м і висотою 3 м - Р = 1 МВт. При цьому отримання електричної енергії не залежить від місця розташування джерела γ-випромінювання, а вплив шкідливого випромінювання на напівпровідникові структури зменшено.
формула винаходу
Спосіб перетворення енергії радіоактивних випромінювань в електричну енергію, що включає розміщення фотоелектричних перетворювачів поблизу джерела радіоактивного випромінювання, що відрізняється тим, що між джерелом радіоактивного випромінювання і фотоелектричними перетворювачами розміщують робочу газове середовище, що представляє собою суміш Ar-N2. що знаходиться під тиском 1-5 атм і випромінює переважно в діапазонах довжин хвиль 350-410 і 750-1050 нм на переходах З → В і В → А молекули азоту N2 відповідно.
MM4A Дострокове припинення дії патенту через несплату у встановлений термін мита за підтримку патенту в силі