Традиционная ядерная энергетика использует энергию распада ядер радиоактивных элементов для нагрева теплоприемника, который, в свою очередь, нагревает воду. Вода преобразуется в пар с высоким давлением и температурой, пар вращает турбину, которая в свою очередь передает вращение генератору.
Данный способ преобразования ядерной энергии в электрическую далеко не совершенен. Связано это с тем, что, во-первых, на каждом этапе происходят естественные потери энергии, во-вторых, вся технологическая цепочка занимает много места, требует габаритного и дорогого оборудования. Естественным стремлением ученых было уменьшить число ступеней преобразования одного вида энергии в другой прежде, чем будет выработана электроэнергия.
Разработки ядерных батарей начались с первых космических полетов. СССР и США вели работы в данном направлении, дабы снабдить свои космические аппараты компактными и производительными источниками энергии. В этих устройствах применялись термоэлектрические материалы, с помощью которых тепло ядерной реакции напрямую преобразовывалось в электроэнергию. Такие установки были очень компактными, так как в них отсутствовали парогенераторы, турбины, генераторы. Но эффективность и КПД подобных устройств была крайне не высока.
Серьезное продвижение, в направлении преобразования ядерной энергии, было реализовано в лаборатории университета штата Алабама. Там разработали термоэлектрический материал, повышающий эффективность всей технологии преобразования ядерной энергии в электрическую аж в 20 раз! Материал был создан бывшим инженером национального ядерного центра Лос-Аламос - Liviu Popa-Simil, в сотрудничестве с Claudiu Muntele из университета Алабамы.
На этот раз при помощи нанотехнологий совершен прорыв в области прямого преобразования радиоактивного излучения в электроэнергию. Способ прямой конвертации радиации в электроэнергию с помощью термоэлектрических наноматериалов откроет новую эру в космических полетах на сверхдальние расстояния и найдет свое применение при создании земных транспортных средств, считают ученые. Тесты показали, что разработанный материал способен вырабатывать в 20 раз большую электрическую мощность по сравнению с образцами известными ранее.
Новый материал представляет собой множество слоев углеродных нанотрубок, наполненных золотом и окруженных гидридом лития. Радиоактивное излучение воздействует на электроны в атомах золота и заставляет их покидать свои орбиты. Электроны проходят через нанотрубки и попадают в гидрид лития, затем они движутся к электроду, создается электрический ток.
Нанотрубки позволили существенно повысить удельную электрическую мощность термоэлектрика. С их помощью, возможно, наиболее эффективно использовать энергию радиационного излучения.
Термоэлектрики могут стать компактными и очень удобными источниками энергии, как для космических аппаратов, так и для наземных технологий. Но это, как признают ученые, лишь далекая перспектива. Предстоит провести еще очень много научной работы, прежде чем технология будет готова к коммерциализации.
Предлагаем посмотреть другие страницы сайта:
← Пакеты водорослей от НАСА, авиационное топливо из сточных вод | Нанотехнологии для энергетики →
