Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Источники тока на основе суперконденсаторов с β -активными изотопами

19.03.2020 2020 - №01 Физика в ядерной энергетике

В.А. Степанов В.А. Чернов Ю.Г.Паршиков В.П.Лебедев Е.В.Харанжевский

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2020.1.14

УДК: 621.3; 621.039

В асимметричных суперконденсаторах при нейтронном облучении происходит разделение и накопление электрического заряда. В работе представлены исследования источников тока с радиоактивными изотопами (ИТРИ) на основе суперконденсаторов емкостью 100 Ф, изготовленных с помощью активации нейтронами элементов введенных в электроды веществ (BN или SrO).

После облучения нейтронами с дозой до 400 Гр суперконденсаторы превращаются в ИТРИ и характеризуются скоростью зарядки до 7,8 мкВ/сут. Скорость зарядки ИТРИ увеличивается пропорционально активационной нейтронной дозе до 14 кГр. Это связано с образованием β-активных изотопов в результате реакций 14N(n,p)14C и 88Sr(n,γ)89Sr в материалах электродов суперконденсатора.

Оценка скорости радиационно-индуцированного накопления заряда с учетом выделяющейся при β-распаде 14С и 89Sr энергии исключает известные механизмы разделения заряда в конденсированной среде за счет ионизации и рождения вторичных электронов, образования электронов и дырок и т.п. Разделение и накопление электрического заряда в ИТРИ связано с неравновесными термоэлектрическими явлениями в приэлектродных нанообластях. При ядерных реакциях в наноразмерных областях возникают «градиенты температуры» до 105 K/нм, что приводит к процессу «испарения» до 1013 электронов из нанокристаллитов на временах ~ 10–11 c.

Ссылки

  1. Степанов В.А., Чернов В.А. Динамическая неустойчивость в суперконденсаторах после нейтронного облучения. / Материалы Всероссийской научной конференции «Технологии и материалы для экстремальных условий».– М.: МЦАИ РАН, 2019. С. 115-119. – ISBN 978-5-4465-2435-8. DOI: https://doi.org/10.26103/MZ.2019.94.80.015.
  2. Чернов В.А., Степанов В.А., Сигейкин Г.И., Прудников Н.В., Еремин В.П. Миниатюрные наноструктурированные источники тока на основе прямого преобразования ядерной энергии. // Российский химический журнал. – 2016. – Т. LX. – № 3. – С.20-25.
  3. Степанов В.А., Чернов В.А., Паршиков Ю.Г, Лебедев В.П., Харанжевский Е.В. Радиационно-индуцированное разделение и накопление электрического заряда в суперконденсаторах. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2018. – № 1. – С. 146-153. DOI: https:// doi.org/10.26583/npe.2018.1.14
  4. Stepanov V.A., Chernov V.A., Parshikov Yu.G., Lebedev V.P., Kharanzhevskiy Ye.V. Radiation- induced separation and accumulation of electric charge in supercapacitors. // Nuclear Energy and Technology. – 2018. – Vol. 4(3). – PP. 163-166. DOI: https://doi.org/10.3897/ nucet.4.30780.
  5. Степанов В.А., Лебедев В.П., Паршиков Ю.Г., Харанжевский Е.В., Чернов В.А. Электро-динамические эффекты в асимметричных суперконденсаторах после нейтронного облучения. / Материалы Всероссийской научной конференции «Технологии и материалы для экстремальных условий (прогнозные исследования и инновационные разработки)». – М.: МЦАИ РАН, 2018. – С. 100-105. – ISBN 978-5-4465-2049-7.
  6. В.А.Степанов, В.П.Лебедев, Ю.Г.Паршиков, Е.В.Харанжевский, В.А.Чернов. Макеты источников тока на основе асимметричных суперконденсаторов с β-активными электродами. / Материалы Всероссийской научной конференции «Технологии и материалы для экстремальных условий». – М.: МЦАИ РАН, 2019. – С. 110-114. – ISBN 978-5-4465-2435-8. DOI: https://doi.org/10.26103/MZ.2019.36.71.014.
  7. IAEA. Experimental Nuclear Reaction Data (EXFOR) Электронный ресурс: https://www-nds.iaea.org/exfor/ (дата доступа 10.12.2019).
  8. Stepanov V.A. Radiation-Stimulated Diffusion in Solids. // Technical Physics. – 1998. – Vol. 43. – Iss. 8. – PP. 938-942. DOI: https://doi.org/10.1134/1.1259104.
  9. Учайкин В.В., Амброзевич А.С., Сибатов Р.Т. Амброзевич С.А., Морозова Е.В. Эффекты памяти и нелинейного транспорта в процессах зарядки-разрядки суперконденсатора. // Журнал технической физики. – 2016. – Т. 86. – Вып. 2. – С. 95-104. DOI: https://doi.org/ 10.1134/S1063784216020249.
  10. Bertrand N., Sabatier J., Briat O., Vinassa J.M. Fractional Non-Linear Modelling of Ultracapacitors. // J. Commun. Nonlinear Sci. Numer. Simul. – 2010. – Vol. 15. – No 5. – PP. 1327-1337. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cnsns.2009.05.066.

источник тока с радиоактивным изотопом суперконденсатор нейтронное облучение радиационно-индуцированный электрический заряд