РАДИОИЗОТОПНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПИТАНИЯ С ИЗМЕНЯЕМЫМ ВЫХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ

Полезная модель относится к энергетике и может быть использовано для преобразования энергии радиоактивного распада в электрическую.
Известны источники электрической энергии с двойным преобразованием (конверсией) ("Polymers, Phosphors, and Voltaics for Radioisotope Microbatteries", CRC Press, 2002), их отличительной особенностью является наличие промежуточного (дополнительного) преобразователя энергии радиоактивного распада, например, в световую, затем с помощью фотопреобразователей световая энергия преобразуется в электрическую. При этом такие преобразователи радиационно изолированы от фотопреобразователей, которые, в результате, не подвергаются прямому воздействию продуктов распада, что повышает срок их службы. Следует отметить, что существующие на сегодняшний день конструкции источников электрической энергии с двойным преобразованием могут иметь высокий КПД за счет высокой эффективности последовательных преобразований «радиация-свет» и «свет-электричество», однако, не имеют возможностей регулирования выходного тока и напряжения, что существенно бы повысило функциональность таких источников и расширило области их применения.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение функциональности радиоизотопного источника электрического питания за счет реализации регулирования выходного напряжения и тока.
Технический результат - регулирование уровня выходного напряжения и выходного тока радиоизотопного источника электрического питания.
Указанный технический результат может быть достигнут следующим образом. Предлагаемый радиоизотопный источник электрического питания с изменяемым выходным напряжением содержит корпус, снабженный внешними электрическими контактами, соединенными посредством электрических проводов с электрическими контактами фотоэлектрических преобразователей, между фоточувствительными поверхностями которых расположены радиолюминесцентные источники оптического излучения. Фотоэлектрические преобразователи предлагаемого источника неподвижно закреплены на корпусе, а радиолюминесцентные источники оптического излучения снабжены подвижным держателем и винтом, посредством вращения которого осуществляется перемещение радиолюминесцентных источников оптического излучения относительно фоточувствительных поверхностей фотоэлектрических преобразователей и происходит изменение величины светового потока падающего на фотопреобразователи и тем самым выходного напряжения радиоизотопного источника электрического питания.
Описание полезной модели
Энергия, испускаемая при радиоактивном распаде ядер нестабильных изотопов преобразуется в кинетическую энергию дочернего ядра (ядро получаемое в результате распада) и испускаемых частиц. Эта кинетическая энергия продуктов распада может быть преобразована в электрическую (Polymers, Phosphors, and Voltaics for Radioisotope Microbatteries / К.E. Bower, Y.A. Barbanel, Y.G. Shreter, G.W. Bohnert. Abingdon: CRC Press, 2002. P. 504.).
Наиболее распространенным методом создания радиоизотопных источников электрического питания является использование энергии альфа или бета-распада долгоживущих радиоизотопов посредством прямого или двойного преобразования энергии распада в электрическую.
3
63
На сегодняшний день известны разработки радиоизотопных источников прямого преобразования, в которых используется бетавольтаический эффект, основанный на генерации электронно-дырочных пар в различных барьерных структурах под действием электронов с высокими энергиями. К числу таких разработок можно отнести продукты компаний Widetronix, Inc (USA) (линейка продуктов Firefli-T, Firefli-N), City Labs, Inc., (USA), BetaBatt, Inc (USA). В основу источников электрического питания указанных фирм положены либо изотоп Н, либо Ni. При этом удельные мощности, полученных источников не превышают значений 1-10 мкВт/Ки и КПД преобразования составляет 1-3%.
3
63
147
При использовании метода двойного преобразования энергии распада в электрическую возможно достижения значительных КПД, в частности более 10%, за счет использования преобразования энергия распада - свет с КПД до 50% и световая энергия - электрическая энергия с КПД до 35%. Типовым решением для источников электрической энергии на эффекте двойного преобразования является использование радиолюминесцентного источника света совмещенного с фотоэлектрическим преобразователем (Polymers, Phosphors, and Voltaics for Radioisotope Microbatteries / К.E. Bower, Y.A. Barbanel, Y.G. Shreter, G.W. Bohnert. Abingdon: CRC Press, 2002. P. 504.). Существуют различные конструкции такого типа источников электрического питания, использующие изотопы Н, Ni. Pm, радиолюминофоры на основе ZnS, CdS, фотопреобразователи из Si, SiC, GaP, GaAs, InP и др.
Такие источники работают следующим образом. При радиоактивном бета распаде изотопа испускаются электроны. Взаимодействие испускаемых электронов с частицами радиолюминофора, вызывает радиолюминесценцию, при этом цвет свечения зависит от легирующего элемента а интенсивность от числа электронов, взаимодействующих с радиолюминофором. Фотоны, возникающие при радиолюминесценции, выходя из радиолюминофора, попадают на чувствительные поверхности фотопреобразователей, работающих в фотовольтаическом режиме. В результате, на выходных электрических контактах фотопреобразователя при условии неизменности интенсивности свечения радиолюминесцентного источника света образуется постоянное фотонапряжение.
Предлагаемый радиоизотопный источник электрического питания на основе эффекта двойного преобразования имеет существенные отличия, заключающиеся в возможности изменения выходного напряжения и тока у готового источника. Такой радиоизотопный источник электрического питания с изменяемым выходным напряжением содержит корпус (1), снабженный внешними электрическими контактами (8), соединенными посредством электрических проводов (7) с электрическими контактами фотоэлектрических преобразователей (4), между фоточувствительными поверхностями которых расположены радиолюминесцентные источники оптического излучения (5). Фотоэлектрические преобразователи предлагаемого источника неподвижно закреплены на корпусе (1), а радиолюминесцентные источники оптического излучения (5) снабжены двигающимся по направляющим (3) держателем (2) и винтом (6), посредством вращения которого осуществляется перемещение радиолюминесцентных источников оптического излучения (5) относительно фоточувствительных поверхностей фотоэлектрических преобразователей (4) в результате чего происходит изменение величины светового потока падающего на фотопреобразователи и тем самым выходного напряжения радиоизотопного источника электрического питания (см. фиг. 1).
Принцип работы такого источника питания следующий. При вращении винта (6) в предлагаемом источнике происходит движение держателя (2) по направляющим (3). На держателе закреплены радиолюминесцентные источники света, выполненные в виде герметичных стеклянных колб, внутри которых находится радиолюминофор и бет-источник ионизирующего излучения. Через боковую поверхность радиолюминесцентных источников света испускаются фотоны, которые попадают на фоточувствительные поверхности закрепленных на корпусе (1) фотопреобразователей (4). При условии попадания максимального числа фотонов на фоточувствительные поверхности фотопреобразователей, реализуемого в одном крайнем положении винта напряжение на выходе источника будет максимальным. В другом крайнем положении винта, реализуется условие, при котором лишь малая часть фотонов попадает на фоточувствительные поверхности фотопреобразователей. В этом случае напряжение на выходе источника будет минимальным. При прохождении всех промежуточных положений винта будет реализовываться плавное изменение выходного напряжения источника питания от максимального до минимального.
Таким образом, предлагается радиоизотопный источник электрического решает задачу повышения функциональности радиоизотопного источника электрического питания за счет реализации регулирования выходного напряжения.