Пристрій для прямого отримання електричної енергії з енергії розпаду ядер радіоактивних речовин

Реферат: Пристрій для прямого одержання електричної енергії з енергії розпаду ядер радіоактивних речовин містить безмембранну паливну комірку з електролітом і двома електродами, забезпеченими струмовідводами. Електроди виконуються з металів з протилежними стандартними електродними потенціалами, а між ними міститься радіоактивна речовина здатна до  і  розпаду. UA 103926 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ПРЯМОГО ОТРИМАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ З ЕНЕРГІЇ РОЗПАДУ ЯДЕР РАДІОАКТИВНИХ РЕЧОВИН UA 103926 U UA 103926 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі фізики і хімії процесів отримання енергії, зокрема до пристроїв прямого одержання електричної енергії за допомогою паливних комірок з фізичного процесу розпаду ядер радіоактивних речовин і може бути використана в народному господарстві як джерела енергії. Всі пристрій пристрої прямого отримання електричної енергії з хімічних, фізичних и біологічних процесів отримають назву "паливні комірки або осередки" [1]. Відомий "Пристрій прямого одержання електричної енергії з будь-якого електроліту до складу якого входить безмембранна паливна комірка, UA. (51) МРК (2012) Патент України 98283 Н01М 8/00, Н01М 8/06, Н01М 8/08. (Прототип) [2]. Цей пристрій має електроліт в просторі між анодом і катодом паливної комірки, що з'єднані між собою зовнішнім електричним ланцюгом, до якого включено споживач енергії, а процес розведення позитивних і негативних зарядів з електроліту до катода і анода здійснюється автоматично, шляхом використання властивостей сукупності провідностей елементів, що утворюють PIN структуру (анода провідністю Р, катода провідністю N і електроліту з власною провідністю І). Недоліком відомого способу і пристрою є наявність втрат одержуваної енергії на подолання опору матеріалу напівпровідників з яких зроблені анод і катод комірки. В основу корисної моделі поставлена задача створення пристрою прямого одержання електричної енергії з атомної, що виділяється при розпаді ядер радіоактивних речовин у вигляді  і  випромінювань, тобто з позитивних і негативних зарядів і пристрою для його реалізації з мінімальними втратами енергії. Вирішення поставленої задачі досягається шляхом заповнення обсягу між електродами безмембранної паливної комірки радіоактивною речовиною, здатною випромінювати позитивно і негативно заряджені  і  частинки, при цьому, для виконання функцій відбору зарядів і розведення їх у різні боки електроди виконують з металів з протилежними стандартними електричними потенціалами (з різною спорідненістю до електрона), наприклад, з пари мідь і алюміній (або з пари європій і золото, залізо і магній, тощо) [3]. При цьому, якщо вибрана радіоактивна речовина здатна в природному стані розпадатися без у випромінювання, пристрій буде радіоактивно безпечним, не забруднюючим навколишній простір радіоактивними відходами. Якщо у випромінювання буде присутнє, наприклад, за технічними умовами, нескладно буде помістити весь пристрій в екрануючий корпус. Корисна модель ілюструється двома графічними зображеннями і двома фотографіями. На Фіг. 1 зображений загальний вигляд паливної комірки, на якій перевірялася працездатність способу і пристрою. Паливна комірка містить: колбу - 1 (скляну або з полімеру), електроди - 2 і 3 (мідний и алюмінієвий) та радіоактивну речовину (Th(NO2)3 в колбі - 4. На Фіг. 2 представлена паливна комірка плоскої конструкції, тобто її розріз у вертикальній площині. Де: електроди з струмознімачами, 2 і 3 та радіоактивна речовина - 4. На Фото 1 представлена безмембранна паливна комірка, що працює на торії в момент вимірювання напруги. На Фото 2 представлена безмембранна паливна комірка, що працює на торії в момент вимірювання струму короткого замикання. Паливна комірка на фото обведена колом. Експериментальне і розрахункове підтвердження реальності корисної моделі. Переконатися в правильності запропонованого рішення можна, провівши наступний експеримент. Фіг. 1. Для експерименту потрібні скляна колба (або пластикова трубка), дві смужки мідної та алюмінієвої фольги і як мінімум один - два грами радіоактивної речовини. В якості такої речовини безпечніше всього використовувати торій або його солі. Так само можна використовувати солі або відходи породи після видобутку урану 238. У скляну або пластмасову колбу вводять два досить довгих електрода один з міді другий з алюмінію. Закріпляють їх одну проти одної клеєм. Площу електродів роблять максимальною, однак, краї електродів не повинні з'єднуватися один з одним. Перевіряють відсутність замикання електродів за допомогою тестера. Засипають всередину колби радіоактивну речовину, щільно утрамбовують порошок і затикають колбу пробкою. Пристрій для прямого одержання електричної енергії з енергії радіоактивного розпаду ядер готовий. Заміряють напругу і струм на виході зібраної паливної комірки за допомогою вольтметра. 238 Результат повинен скласти не менш 0,3 вольта. Відомо що маса m=1 г урану 92U при розпаді -7 виділяє потужність Р=1,07*10 Вт. Нескладно підрахувати, що струм такого осередку складе десятки наноампер і виміряти його можна тільки побічно, наприклад за часом заряду 1 UA 103926 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 високодобротного конденсатора. Результат не суперечить логіці і наявній інформації. На 2 плоскій конструкції площею 3 см нам вдалося отримати напругу 1,35 вольта при струмі короткого замикання 45 мікроампер. Інакше кажучи ми отримаємо (1,35в*45а=60,75Вт) в годину протягом 17 мільярдів років. Підвищення кількості енергії, наданої осередком такої конструкції можна досягти пропорційним збільшенням площі електродів комірки та об'єму радіоактивної речовини, яка знаходиться між пластинами. Інший шлях підвищення потужності, це використання радіоактивних речовин з меншим часом напіврозпаду. Особливо привабливий нині ізотоп торій 229. Він має період напіврозпаду 7,340 років що дозволить створити величезні потоки електронів у порівнянні з ураном 238 який має піврозпад 4,5 мільярда років (7340 і 4498 мільярдів). Різниця настільки велика, що доведеться думати "як позбутися надлишку одержуваної енергії". Тут слід зауважити, що винахід передбачає використовувати в якості електроліту радіоактивні речовини, що мають властивість природного розпаду з випромінюванням  і  частинок оскільки вони безпечні. Такою властивістю володіють, наприклад, Уран 238, Торії, Берилій і їх ізотопи [7]. Запропонований спосіб не вимагає, але і не забороняє концентрації радіоактивної речовини до критичної маси, дозволяє послідовне і паралельне з'єднання осередків і допускає застосування простих засобів захисту від радіаційного опромінення (екрануванням самих осередків та їх об'єднань). Запаси торію на планеті Земля і Місяць нескінченно великі. Це відсуває енергетичну кризу на довгі роки і робить запропонований спосіб і пристрій значущими і перспективними. Слід нагадати, що паливні комірки є найефективнішими джерелами електричної енергії; їх розрахунковий ККД становить 99,7 % [8]. Запропоноване рішення відрізняється технологічністю, простотою конструкції і може бути виконано без особливих витрат. Джерела інформації: 1. Н.С. Лідоренко; Г.Ф. Мучник Електрохімічні генератори, - М.: ///, 1999. 2. Kyselov V.P., Kyselov Y.V. Патент 98283 Україна. Спосіб прямого отримання електричної енергії з будь-якого електроліту і пристрій для його реалізації. МПК (2012): Н01М 8/00, Н01М 8/06, Н01М 8/08. 3. Патент № 86811 України. Спосіб прямого одержання електричної енергії з електрохімічної реакції та пристрій для йо реалізації / В.П. Кисельов та ін. МПК (2009) Н01М 8/00; Н01М 8/06. 4. Н.Л. Глинка. Общая химия. Издание 20. "ХИМИЯ" 1979 С. 290, Табл. 19. 5. United States Patent Application Publication Pub. No.: US 2015/0001988 Al Pub. Date: Jan. 1, 2015 TRITIUM DIRECT CONVERSION SEMICONDUCTOR DEVICE HAVING INCREASED ACTIVE AREA 6. Kyselov V.P., Kyselov Y.V. Membraneless fuel cells to obtain tltctric power of direct &alternating current from chemical & bioprocessts. NASU Science and Innovation Tom 7+1+2011. 7. УДК 539.16(076 ББК 22.383 Я73 C-23 C.H. Соколовская, Н.Н. Забелин. Гродно: ГГАУ, 2009. - 58 c. Сборник задач для самостоятельного решения по радиационной безопасности: учебно-методическое пособие для студентов сельскохозяйственных специальностей 8. O.K. Давтян. Проблема непосредственного превращения химической энергии топлива в электрическую. АН СССР. М. 1947. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пристрій для прямого одержання електричної енергії з енергії розпаду ядер радіоактивних речовин, що містить безмембранну паливну комірку з електролітом і двома електродами, забезпеченими струмовідводами, який відрізняється тим, що електроди виконують з металів з протилежними стандартними електродними потенціалами, а між ними міститься радіоактивна речовина здатна до  і  розпаду. 2 UA 103926 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3