Энергия атома используется для электроснабжения маяков и спутников

Ядерный маяк на побережье Сахалина

Тематика: Ядерные маяки¹, Технологии будущего⁸⁶, Технологии⁸⁵, РИТЭГи¹⁰, Космическая ядерная энергетика⁷⁸

География: Космос⁸, Моря и океаны⁵, Россия³¹⁶⁴

Некоторым атомам свойственна нестабильность: они склонны спонтанно распадаться с выделением заряженных частиц (альфа-, бета-), обладающих высокой кинетической энергией. При торможении выделившихся частиц в окружающем радиоактивный атом веществе, их энергия постепенно переходит в тепловую, и вещество нагревается.

Многие знают, что на атомных станциях тепло, выделяющееся в ходе цепной реакции деления ядер урана, используется для испарения воды. Образующийся пар поступает на турбогенератор, который вырабатывает электроэнергию. Но в данном случае мы управляем реакцией деления, а значит – управляем нагревом воды и производством электроэнергии.

Процесс спонтанного распада радиоактивных ядер неуправляем и, что принципиально, не имеет цепного характера. Но, оказывается, его энергию тоже можно использовать. Процесс трансформации энергии радиоактивного распада в электричество реализован в радиоизотопных источниках электроэнергии. Они могут быть основаны на самых различных принципах преобразования.

Например, в радиоизотопных термоэлектрических генераторах (РИТЭГах) используются термоэлементы. Термоэлементом называется цепь, составленная из разнородных проводников или полупроводников. Если места контактов поддерживать при различных температурах, то в цепи возникает термо-ЭДС, а при ее замыкании – протекает ток. Используя тепло радиоактивного распада для нагревания одного из контактов, мы реализуем термоэлектрическое преобразование и получаем чрезвычайно стабильный и долговечный источник электричества.

Эти выдающиеся свойства РИТЭГов определили их применение в качестве энергоисточников навигационных маяков и радиомаяков (в частности, на трассе Северного морского пути и в других труднодоступных районах), метеостанций и другого оборудования. Не менее интересно их применение в космических и глубоководных аппаратах.

Например, американские космические аппараты «Вояджер-1, -2», «Кассини», а также спускаемые зонды первого и второго «Викингов» были снабжены радиоизотопным «сердцем». Сегодня «Вояджер-1» находится практически на границе Солнечной системы и продолжает надежно работать. Ученые полагают, что радиоизотопные термоэлектрические генераторы будут надежно действовать до 2025 года (а запущен «Вояджер-1» был в 1977 году). Таким образом, этот космический аппарат может стать первым искусственным телом, пересекшим границы Солнечной системы.

«Луноход-1»

Советские «Луноходы» обогревались теплом радиоактивного распада, а на ряде космических аппаратов были установлены ядерные реакторы «Бук» и «Топаз». Сегодня эти космические аппараты выведены на орбиту захоронения, находящуюся в 1000 км от Земли.

Радиоизотопные источники энергии незаменимы при исследовании дальнего космоса, тех его точек, где солнечный свет уже не удастся использовать для получения электричества при помощи фотоэлементов.

В будущем радиоизотопные источники тепла и электроэнергии могут быть использованы в межзвездных зондах, боевых лазерах космического применения, беспилотной технике, глубоководных станциях постоянного базирования, медицине и робототехнике (основной источник питания роботов-андроидов).

http://www.eprussia.ru/epr/182/13338.htm

Станция на электродах в устьях рек

Оказывается, умело подобранные материалы для электродов могут эффективно генерировать электрический ток из чередования потоков пресной и соленой воды. А устья рек, впадающих в моря и океаны, потенциально могли бы обеспечить мир количеством энергии, сопоставимым с выработкой всех обычных электростанций.

Пока КПД систем, опирающихся на разность в солености речной и морской воды, невысок. Первая осмотическая электростанция, недавно построенная в Норвегии, служит не столько промышленным объектом, сколько опытной площадкой для технологии.

А вот специалисты из Стэнфордского университета считают, что для прорыва в данной области нужно отказаться от попыток использовать осмос и обратиться к другому способу работы, использующей разницу солености потоков.

В основе генератора новой станции будут два электрода, один из которых притягивает положительно заряженные ионы натрия, а второй – отрицательные ионы хлора.

Цикл начинется, когда между этими пластинами пропустят пресную воду. Прикладывая к электродам небольшое напряжение, можно вынудить ионы из электродов перейти в воду.

Затем пресная вода меняется на морскую. Концентрация соли в ней намного выше, и ионы начинают быстро насыщать электроды. Так создается разность потенциалов и генерируется ток.

Когда насыщенные ионами электроды больше не отдают энергию, отработанная морская вода удаляется, а на ее место вновь закачивается речная. При помощи небольшого напряжения электроды вновь освобождаются от ионов – и круг замыкается.

Ученые из Стэнфорда уверяют, что их установка (исследования проходили на берегу Тихого океана) сумела извлечь 74 процента потенциальной энергии, которая заложена на границе морской и пресной воды. При этом аппарат не выказывал никакого снижения производительности даже после 100 циклов. По мнению авторов устройства, размещение электродов ближе друг к другу позволит такой «батарее» достичь эффективности в 85 %.

Для извлечения энергии из воды новым методом исследователи применили в качестве положительного электрода наностержни из диоксида марганца. Они обладают очень большой площадью поверхности, а также быстро принимают и отдают ионы натрия в ходе цикла.

Для связывания отрицательно заряженных ионов хлора ученые пока использовали серебряный электрод. Пока – потому что серебро стоит дорого, и, кроме того, в больших количествах этот металл токсичен, и попадание его в воду нежелательно. Авторы намерены подыскать ему замену.

В пресс-релизе университета указывается, что в качестве пресной воды подойдет не только чистая речная вода, но даже ливневые и сточные воды. И если удастся построить реально работающий пилотный комплекс, он открыл бы заманчивые перспективы выработки энергии для городов, расположенных на берегах морей и океанов.

При этом прибрежная электростанция, пропускающая через себя 50 кубометров речной воды в секунду, теоретически может развивать мощность до 100 мегаватт.

Леонид ПОПОВ

http://neftegaz.ru/science/view/517

Наука и технологии // Общие вопросы