ПРЯМЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭНЕРГИИ

Андрей Касьян

Как известно, некоторые ядра атомов (радионуклиды) в силу внутренней нестабильности распадаются и превращаются в другие ядра. При этом испускаются частицы (альфа - ядра гелия, бета - электроны или позитроны), а также гамма-излучение. Как частицы, так и излучение обладают определенной энергией. Именно эта энергия с помощью тех или иных методов может преобразовываться в электрическую. Пусть источник энергии, например, имеет две поверхности, разделенные тонким слоем диэлектрика. На одной поверхности (электрод-эмиттер) напылен слой радионуклида, испускающий альфа- или бета-частицы. Эти частицы, обладая достаточной энергией, проникают через диэлектрик и накапливаются на втором электроде, создавая разность потенциалов. Такие источники могут использоваться в ионных двигателях коррекции орбит космических аппаратов. В аналогичных источниках используются энергия радиоактивного распада для создания вторичной электронной эмиссии или образования пар электрон-дырка в полупроводнике. Этот способ называется нетепловым преобразованием энергии. Уровень мощности созданных энергоустройств не превышает 10-2 Вт.

Другой способ получения энергии основан на превращении энергии радиоактивного распада в тепловую, а затем и в электрическую. Такие преобразователи делятся на две большие группы - статические и динамические. Более надежными являются статические преобразователи, так как в них отсутствуют движущиеся части. Наиболее отработанным считается термоэлектрический способ (ТЭГ), который позволяет создать источники энергии мощностью в несколько сотен ватт с ресурсом до 15 лет и с к.п.д. до нескольких десятков процентов.

Принцип действия ТЭГ основан на термоэлектрических эффектах, вследствие которых изменение температуры по объему тела вызывает движение зарядов, т.е. электрический ток. Наиболее сильно зависимость концентрации носителей тока от температуры выражена в полупроводниках, поэтому их часто используют в ТЭГ. В полупроводнике изменение температуры от более горячего спая к холодному создает некоторую силу, которая "гонит" носители к холодному слою.

Конструкция ТЭГ включает в себя источник тепла, собственно термоэлектрический преобразователь и холодильник. Термоэлектрический преобразователь состоит из полупроводниковых термостолбиков. Тепло от радионуклидного топлива передается термостолбикам и преобразуется в электрическую энергию.

Радиоизотопные источники широко применяются в медицине, при космических исследованиях, в глубинах океана.