Радиоизотопные источники энергии

Радиоизотопные источники энергии

Все большее применение на космических аппаратах для поддержания их теплового ре­жима и электроснабжения бортовой аппарату­ры находят радиоизотопные источники тепло­вой и электрической энергии мощностью от нескольких единиц до сотен ватт. Это обуслов­лено такими их положительными качествами, как простота конструкции, автономность, боль­шая удельная энергоемкость, надежность. Из­вестные трудности применения радиоизотопных источников энергии, связанные с потенциальной радиационной опасностью, невозможностью регулирования тепловыделения и др., как показывает опыт, могут быть преодолены. Указанные выше обстоятельства определяют целесообразность использования на космических аппаратах преимущественно альфа-излучающих нуклидов — полония-210, плутония-238, самария-242, самария-244, высоким удельным энерговыделением и не требующих применения тяжелой радиацион­ной защиты. Получаемый за счет этого выиг­рыш в массе космического аппарата компенси­рует затраты, связанные с получением альфа-активных нуклидов облучением стартовых материа­лов в атомном реакторе и их последующей пе­реработкой.

Радиоизотопный источник энергии (рис. 33) выполнен таким образом, что выделяющее­ся в нем тепло с минимальными потерями пе­редается преобразователю тепловой энергии в электрическую, а отводимое от него тепло (включая утечки) — потребителю тепловой энергии.

Радиоизотопные источники энергии

Рис.33. Радиоизотопный источник электрической энергии.

1 — ампула с изотопом;

2 — источник тепла;

3 — преобразователь тепловой энергии в электрическую;

4 — корпус; 5 — радиатор;

6 — теплоизоляция.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С этой целью применяются, в частности, во­локнисто-пористая и экранная теплоизоляции, обладающие малым коэффициентом теплопро­водности [0,04 и 0,025 вт/(м-град) соответст­венно].

Преобразование тепловой энергии в элек­трическую осуществляется преимущественно с помощью термоэлектрических преобразовате­лей различного типа, хотя ведутся работы так­же по термоэмиссионным и динамическим (паро- и газотурбинные установки) системам преобразования энергии. Диапазон темпера­тур, в котором работает термоэлектрический преобразователь, определяется требуемым сроком службы и условиями эксплуатации ис­точника (называемого в этом случае радиоизо­топным термоэлектрическим генератором) на космическом аппарате. Находят применение высокотемпературные кремний-германиевые преобразователи с рабочей температурой до 1000°С, среднетемпературные свинец-теллуровые или германий-теллуровые с рабочей температурой до 550°С и в некоторых экспери­ментальных образцах — даже низкотемператур­ные (на основе интерметаллидов типа Bi2Te3-Bi2Se3, Bi2Te3-SbTe3, с рабочей температурой до 300°С), а также двухкаскадные термоэлектри­ческие преобразователи, использующие эти материалы. КПД однокаскадных термоэлектри­ческих преобразователей составляет обычно 4-7%, двухкаскадных — 6-10%.