Современная электроника №3/2024

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 23 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 3 / 2024 фонов . Это состоящее из нескольких технологических слоёв 30- килограм - мовое устройство с многочисленны - ми разъёмами [4]. На рис . 3 представлен внешний вид лабораторного источника электроэнер - гии в НИЯУ « МИФИ ». Стремление к тому , чтобы добиться крайне продолжительной работы дан - ного источника , прямо связано с пред - назначением и условиями эксплуата - ции рассматриваемых нетипичных электрических батарей . Предназначение и условия эксплуатации изотопных батарей Рассматриваемые изотопные бата - реи решат множество проблем для расположенных в отдалённых райо - нах потребителей , к примеру , в дат - чиках телеметрии для нефте - и газо - проводов , ибо ядерные электрические батареи могут работать без подзаряд - ки несколько десятков лет там , где условия эксплуатации очень суровы , включая условия с нетипичным тем - пературным режимом до –100° С , ког - да стандартные автономные источ - ники питания устойчиво работать не могут или их энергоёмкость суще - ственно снижается . В пример умест - но привести автономные метеопосты на территории Крайнего Севера , створ - ные навигационные знаки и в целом оборудование гидрографических стан - ций , оборудование световых « маяков » для ориентации судов , находящихся в море , в том числе на наземных объек - тах вдоль трассы Северного морского пути , а также космические спутники . Разумеется , сфера применения ядер - ных батарей не ограничивается приве - дёнными выше примерами . Так , при установке в качестве источников пита - ния с мощностью даже 5–10 Вт на уда - лённые и необслуживаемые операто - ром ( обслуживаемые дистанционно ) метеостанции , предназначенные для передачи информации о погоде на Большую землю посредством телеме - трии , удастся добиться более точных прогнозов . Это возможно в том числе из - за стабильного автономного пита - ния удалённых зондов , для которых изотопные батареи будут дополни - тельным фактором стабилизации пита - ния в комплексе с источниками возоб - новляемых источников энергии ветра ( ветрогенераторы ) и солнца ( солнеч - ные панели и преобразователи в элек - трический ток ). Долговечность и принцип работы изотопных батарей Чем больше период полураспа - да активного изотопа , тем больший ресурс имеет источник питания на его основе . Вот почему так важны характе - ристики материалов : к примеру , пери - од полураспада тория -228 составляет 2 года , а америция -241 – около 400 лет . Выбранный плутоний -238 – элемент с 87- летним периодом полураспа - да . Гарантированный срок службы изделий обозначен разработчиками в 30 лет . Как и в любом « рукотвор - ном » устройстве со сложными эле - ментами , в том числе в РЭА , отдель - ные элементы изделия неравномерно сохраняют свойства , а общая надёж - ность зависит от расчёта « наработки до отказа » самых нестабильных ком - понентов . Поэтому в расчётах долго - временности эксплуатации учитыва - ются риски разрушения проводников ( в том числе с алмазным напылени - ем ), деградация поверхности и кри - сталлов фотоэлементов , возможная потеря вакуума в капсуле . При нару - шении целостности оболочки и кор - пуса изотопный источник автоном - ного питания можно переместить в новую оболочку , и сохранённая энер - гия обеспечит разность потенциалов на полюсах . Таким образом , теорети - чески ядро , если оно сохранено , можно использовать и далее в других источ - никах питания РЭА . Но вот что крайне важно : чем мень - ше живёт активный изотоп , тем выше ( при одинаковой энергии распада и прочих равных условиях ) его энерго - ёмкость и отдаваемая в нагрузку полез - ная мощность . Как мы отметили выше , изотопный источник тока практиче - ски лишён эффекта саморазряда , так как реакция происходит только при наличии « внутреннего тока » и ЭДС , связанной с подключением внешней нагрузки . Применяемый в плутониевой элек - трической батарее принцип преобра - зования энергии ядерного распада в электрическую называют термофото - вольтаическим [4]. Альфа - источник окружён вакуумной капсулой , внеш - ние стенки которой покрыты слоем наночастиц . Тепло от ионизирующего излучения нагревает капсулу до 1500 К , заставляя её поверхность светиться . Чувствительные и адаптированные к среде фотоэлементы , окружающие кап - сулу и способные выдерживать колос - сальный нагрев окружающей темпе - ратуры , улавливают эти изменения спектра . В принципе работы изделий особенности фотогенерации : образова - ние подвижных электронов и дырок при поглощении квантов света , в том числе в органических полупроводни - ках с изменениями от освещённости и температуры . Это знание способству - ет созданию разных устройств в сег - менте органической фотовольтаики , таких как солнечные панели и батареи . Перенос заряда и энергии в конден - сатах квантовых точек описан доволь - но давно [3, 5]. Однако с появлением изотопных источников тока задача моделирования транспорта носителей заряда , необходимого для оптимиза - ции характеристик оптоэлектронных устройств на основе квантовых точек , решается лучше . Наногибридные материалы Неупорядоченные органические полупроводники применяются в РЭА даже в производстве кристаллов све - тодиодов . Активно исследуются воз - можности применения в тонкоплё - ночных транзисторах , фотовольтаике , сенсорах и др . Преимущества неупо - рядоченных органических полупро - водников перед другими материала - ми – гибкость , лёгкость , разнообразие свойств и возможность производства по дешёвой массовой технологии . В связи с относительно малой величи - ной диэлектрической проницаемости поглощение фотона приводит к образо - ванию пар , в которых электрон и дырка разделены в пространстве , но связаны кулоновским взаимодействием ( геми - нальные пары ). Вероятность полного разделения геминальной пары опреде - ляет фотогенерацию свободных носи - телей заряда : « электронов » и « дырок ». Вот почему увеличение эффективности фотогенерации важно для развития устройств органической фотовольтаи - ки и , в частности , солнечных элемен - тов . Разъяснение феномена и предтечи открытий связано с физическими свой - ствами наногибридных материалов . Изготовление конденсатов квантовых точек производится доступными мето - дами , но для получения качественно - го покрытия необходимо тщатель - но соблюдать технологию и условия изготовления , а также выбирать тип органических молекул , « сшивающих » квантовые точки между собой [5]. Воз - можность замены лигандов позволя - ет менять расстояние между квантовы - ми точками и оптимизировать перенос