提高效率和长寿命的放射性同位素电源的新方法

β 伏打放射性同位素电源 (RPS) 是将 β 粒子(电子)从 β 发射放射性同位素源(如镍 63)直接转换为电能的装置。这些设备具有高功率密度，这意味着它们可以在需要时快速释放大量功率。它们还具有高能量密度，这意味着它们可以储存大量电力。它们非常适合航天器等需要在恶劣条件下运行多年而无需人工干预的电源的应用。研究人员最近探索了一种新方法，可以使 β-伏打 RPS 更有效地将热量转化为电能。这些 NextGen RPS 以新的方式将同位素应用于改进的转换器。这为 NextGen RPS 提供了在偏远和极端环境中提供长期、紧凑型电源的绝佳潜力。

影响

通常在陆地和太空的偏远和/或极端环境中使用的小型传感器需要提供高能量和功率密度的电源才能连续运行 3 到 25 年。化学电池只能提供短期解决方案。Beta 伏打 RPS 是化学电池的替代品。这些 RPS 的存储容量是化学电池的 1,000 倍，因此它们可以为小型传感器供电多年。这项研究展示了如何通过提高将放射性衰变转化为电能的效率来增强 Beta 伏打 RPS 的性能。这一进步将有助于使 RPS 对需要少量功率的小型设备更加有效，并且代表了通过实施更高能量的 β 源将核电池功率密度从每 1000 cm3微瓦增加到毫瓦的有希望的第一步。

概括

Beta 伏特电池是一种 RPS。β 伏打电池中使用的放射性同位素(例如 Ni-63、Pm-147)由 DOE 同位素计划生产。在传统的 β 伏打电池中，放射性同位素沉积在金属箔上，金属箔位于半导体转换器的顶部。放射性同位素和转换器之间的相互作用会限制 RPS 性能。这项研究展示了一种方法，其中长寿命的 β 发射放射性同位素可用于匹配化学电池的功率密度(释放功率的能力)，同时在能量密度(存储功率的能力)上超过它们。研究人员研究了转换器几何结构和 beta 转换如何通过提高源效率和表面功率密度来影响性能。研究人员专注于由镍 63 组成的 β 伏打电池配置，该配置直接应用于 4-H 碳化硅多型 (4H-SiC) β 伏打电池。从平面转换器几何形状更改为纹理 4H-SiC β 伏打电池将功率密度提高了七倍。当研究人员将镍 63 直接应用于纹理 4H-SiC β 伏打电池时，转换器效率比硅电池提高了两倍。可以在放射性同位素源的两侧捕获 β 转换。这允许两个电池而不是一个电池收集β-转换并增加表面功率密度。这项研究表明，放射性同位素和转换器之间的相互作用对于有效的能量转换至关重要。这些 NextGen β-伏打 RPS 在实现长期、

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