"방사성 동위원소 배터리"라고도 하는 핵 배터리는 동위원소와 방사선에서 지속적으로 방출되는 열을 반도체 변환기를 통해 전기로 변환하는 방식으로 만들어집니다. 핵 배터리는 우주선, 심장 박동기 및 일부 특수 군용 애플리케이션의 전원으로 성공적으로 사용되었습니다.
카탈로그
소개
원리
외관과 구조
장단점
단점
유형
심박 조절기의 사용
위성
수중 모니터 및 해저 케이블 중계소
.
아폴로(우주선)
개발
목적
사고 소개
원리
외부 구조
장단점
단점
유형
심박 조절 장치의 사용
위성
업데이트된 수중 모니터 및 해저 케이블 중계소.
아폴로(우주선)
개발
목적
사고 배치에 대한 이 단락 소개 편집됨
2009년 6월 10일, BBC 웹사이트에 따르면 연구원들은 동전 크기의 '핵 배터리'를 개발하는 데 성공했습니다. 동위원소 붕괴. 이 연구는 다른 과학 저널 중에서도 응용 물리학 저널 최신호에 게재되었습니다.
편집 원리
방사성 물질이 붕괴하면 전하를 띤 입자를 방출하는데, 이를 적절히 활용하면 전류를 생성할 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 일반적으로 불안정한 (방사성) 원자핵은 붕괴하여 입자와 에너지를 방출한 후 더 안정화됩니다. 핵 배터리는 방사성 물질이 붕괴할 때 에너지가 방출되는 원리를 이용해 만들어집니다. 핵 배터리는 이전에도 군사나 항공 우주 분야에서 사용되었지만 크기가 큰 경향이 있습니다. 소형 핵 배터리
과거 배터리 개발의 가장 큰 어려움 중 하나는 성능을 향상시키기 위해 배터리를 제품 자체보다 크게 만드는 경우가 많았다는 점입니다. 미주리대학교 컴퓨터공학과 콴자이완 교수가 이끄는 연구팀은 작지만 강력한 '핵 배터리'를 개발하여 슬림화에 성공했습니다. 콴자이완 교수가 개발한 핵 배터리의 부피는 1센트 동전(지름 1.95cm, 두께 1.55mm)보다 약간 크지만 전력은 일반 화학 배터리의 10,000배에 달합니다. 미주리 대학 연구팀은 소형 핵 배터리 개발은 마이크로 전자 기계 시스템이나 나노 전자 기계 시스템에 적합한 에너지원을 찾기 위한 것이라고 말했습니다. 마이크로 및 나노 전자 기계 시스템에 적합한 작은 에너지 공급 장치를 찾는 것은 마이크로 장치 연구 분야에서 뜨거운 주제입니다. 핵 배터리의 또 다른 매력은 전기 에너지를 제공하는 동위원소가 최대 5000년까지 매우 오랜 시간 동안 작동한다는 것입니다. 가까운 미래에 동전 크기의 배터리만 있으면 충전 없이 5,000년 동안 휴대전화를 사용할 수 있다고 상상해 보세요. 전재만 교수가 이끄는 연구팀은 배터리용 칩의 개량도 실현했습니다. 핵전지를 사용할 때 방출되는 방사능 에너지가 배터리 내부의 고체 칩 구조를 손상시킬 수 있지만, 장전 후 액체 칩을 사용하면 이 문제를 최대한 극복할 수 있습니다.
이 단락 편집하기 외형 및 구조
일반 핵 배터리는 원통형인 일반 건전지와 모양이 비슷합니다. 방사성 동위원소 소스는 원통의 중앙에 밀봉되어 있고, 외부에 핫 이온 트랜스듀서 또는 열전대 트랜스듀서가 설치되어 있습니다. 변환기의 바깥쪽 층은 방사선 차폐막이고 가장 바깥쪽 층은 금속 원통형 쉘입니다.
이 단락 편집 장점과 단점
장점
핵 배터리 붕괴 시 에너지 방출의 크기와 속도는 외부 환경의 온도, 화학 반응, 압력 또는 전자기장의 영향을 받지 않습니다. 핵 배터리로 구동되는 동위원소는 최대 5,000년까지 매우 오랜 기간 동안 작동합니다.
단점
방사능 오염을 적절히 보호해야 하며, 배터리를 설치한 후에는 사용 여부와 관계없이 방사능원이 붕괴함에 따라 전기 성능이 저하됩니다.
이 단락 편집하기종류
원자력 배터리는 고전압과 저전압의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 고전압 핵 배터리는 베타선원(스트론튬-90 또는 삼중수소)이 포함된 물질로 만들어지며, 니켈 주위에 얇은 탄소층이 코팅되어 있고 중앙에 진공 또는 고체 매질이 있습니다. 삼중수소를 방사능원으로 사용하는 테스트 셀의 크기는 직경 9.5mm, 길이 13.5mm, 전류는 500볼트에서 160pA이며, 12년 동안 50%(스트론튬-90을 사용하는 경우 25년 동안 50%) 감소합니다. 저전압 핵 배터리는 열전, 가스 이온화, 형광-광전지의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 열전형 원자로는 방사성 동위원소를 열원으로 사용하는 열전 발전기의 원리와 동일하므로 동위원소 열전 발전기라고도 합니다. 가스 이온화형 핵전지는 방사성 원소를 사용하여 작업 기능이 다른 두 전극 재료 사이에서 가스를 이온화한 다음 극에서 캐리어를 수집하여 전기 에너지를 얻습니다. 이 유형의 배터리는 전력이 더 높습니다. 형광-태양 광전지는 방사성 동위 원소의 붕괴로 인한 방사선을 사용하여 형광 물질을 여기시켜 빛을 방출한 다음 광전 변환 패널(태양 전지판)을 사용하여 형광을 전기 에너지로 변환합니다. 이 유형의 배터리는 효율이 낮습니다.
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심박 조절기
인공 심장의 방사성 동위원소 에너지에 사용되는 연료는 플루토늄-238입니다.
위성
우주 여행에 초대된 위성은 무게가 가볍고 크기가 작으며 강한 진동에 견딜 수 있고 수명이 길어야 하는 매우 엄격한 전원 공급 장치에 대한 요구 사항을 가지고 있습니다. 그래서 1970년대 초에 발사된 여러 외국의 목성 탐사선에는 산화 플루토늄과 몰리브덴으로 만든 고성능 핵 배터리가 장착되었습니다. 이후 발사된 화성 탐사선에도 유사한 핵 배터리가 장착되었습니다. 인공위성
방사성 동위원소 배터리는 기상 위성 유윈에도 설치되어 있습니다. 이 기상 위성은 지구 궤도를 돌며 구름 지도를 촬영하거나 대기와 지구 표면의 지형을 조사하고 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 목성을 탐사한 파이오니어 위성에는 30와트 방사성 동위원소 배터리 4개가 설치되었고, 1976년 화성 표면에 성공적으로 착륙한 화성 탐사선 바이킹호에는 35와트 방사성 동위원소 배터리 2개가 탑재되었습니다.
수중 모니터 및 해저 케이블 중계소.
심해에서는 태양 전지는 쓸모가 없고 연료 전지나 화학 배터리와 같은 다른 전지는 수명이 너무 짧습니다. 따라서 원자력 배터리는 적 잠수함의 활동과 통신을 감시하는 수중 모니터와 해저 케이블 중계소의 전원으로 사용되어 왔습니다.
아폴로(우주선)
969년 7월 21일, 인류는 아폴로 11호 우주선을 이용해 처음으로 달에 착륙하는 데 성공했습니다. 아폴로 11호 우주선에는 화력이 15와트이고 플루토늄 238을 연료로 사용하는 두 개의 방사성 동위원소 장치가 설치되어 있었는데, 아폴로 11호의 방사성 동위원소 장치는 달 표면에서 밤새 머무는 동안 우주선을 가열하는 데, 즉 열원을 제공하는 용도로만 사용되었습니다. 이러한 이유로 이 장치는 달에서 아폴로가 사용한 방사성 동위원소 히터라는 뜻의 ALRH(Apollo Lunar Riheater) 장치라고도 합니다. 하지만 이후 달 표면을 탐사하기 위해 발사된 아폴로 우주선에는 모두 전기를 생산하기 위해 방사성 동위원소 장치가 설치되었습니다. 이것이 바로 SNAP-27A 장치입니다. 플루토늄-238을 연료로 사용했으며, 설계 출력은 63.5와트, 전체 장치 무게는 31kg, 설계 수명은 1년이었습니다. 주로 아폴로 달 탐사를 위한 일련의 과학 실험에 사용된 Snap-27a 장치는 아폴로 12호 우주선에 탑재된 최초의 방사성 동위원소 배터리로, 설계에서 고려한 1년을 훨씬 초과하는 수명을 가졌으며 70와트 이상의 전력을 지속적으로 공급할 수 있어 예상 설계 요건을 완전히 충족시켰습니다. 이 실험의 성공으로 1970년에 발사된 아폴로 14호와 이후 아폴로 15호, 아폴로 16호, 아폴로 17호 등 후속 우주선에 SNAP-27A 장치가 설치되었습니다.
이 단락 편집하기개발
소형 핵 배터리는 오랫동안 우주에서 사용되어 왔지만, 크기 제한으로 인해 지구에서는 거의 사용되지 않습니다. 대부분의 핵 배터리는 고체 반도체를 통해 하전 입자를 차단합니다. 입자의 용량이 매우 크기 때문에 시간이 지남에 따라 반도체가 손상될 수 있습니다. 배터리를 오래 지속시키기 위해 핵 배터리는 매우 크게 만들어졌습니다. 그러나 과학 기술의 발달로 2009년 6월 미국 미주리 대학 연구팀은 외관이 동전 크기(지름 1.95cm, 두께 1.55mm)에 불과하고 수명이 일반 배터리의 1만 배에 달하는 초소형 '핵 배터리'를 개발했다고 발표했습니다.
이 단락의 목적
미세 전자 기계 시스템 또는 나노 전자 기계 시스템에 적합한 에너지원을 찾기 위한 것입니다.
이 사고 편집
냉전 기간 동안 미국 정부는 수십 년 동안 지속될 수 있는 플루토늄 카시니 탐지기를 일상적으로 제작했습니다.
수년에 걸쳐 인공위성, 행성 탐사선 및 스파이 장비에 전력을 공급하기 위해 수십 개의 핵 배터리가 만들어졌지만 전 세계를 위험에 빠뜨린 위험 물질을 방출하는 사고가 발생했습니다.1964년, 항법 위성용 발사체의 오작동으로 위성에 탑재된 플루토늄 핵 배터리가 폭발하여 전 세계에 방사성 물질이 방출되어 플루토늄 사용에 대한 관심을 끌었으며 1965년, 한 그룹의 히말라야에서 눈보라가 치는 동안 중국을 감시하는 데 사용된 플루토늄 동력 장치가 분실되었습니다.1968년에는 궤도에서 이탈한 기상 위성이 태평양에 추락했습니다. 다행히 연방 수사관들은 캘리포니아에서 온전한 핵 배터리를 발견했습니다.1997년 NASA가 카시니 탐사선을 토성으로 발사할 준비를 할 때 수백 명의 시위대가 사고 발생 시 탐사선의 핵 배터리가 폭발하여 궁극적으로 수천 명의 사람들이 암으로 사망할 수 있다고 지적하며 시위를 벌였습니다. 현재 당국 전문가들은 최신 플루토늄 핵 배터리가 파열을 방지하고 인체에 해를 끼칠 가능성을 매우 낮은 수준으로 줄일 수 있다고 지적합니다.