27.09.2015
216.013.7f07

СПОСОБ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способу преобразования энергии ионизирующего излучения в ультрафиолетовое излучение. В заявленном способе предусмотрено использование диссоциирующего газа и преобразование ультрафиолетового излучения в электрическую энергию с помощью полупроводникового алмаза. Источник альфа-излучения испускает альфа-частицы, которые в диссоциирующем газе превращаются в ультрафиолетовое излучение. На пути ультрафиолетового излучения располагается синтетический полупроводниковый алмаз р-типа с контактом Шоттки и омическим контактом так, чтобы ультрафиолетовое излучение полностью или частично попадало на полупроводниковый базовый элемент-преобразователь на основе синтетического алмаза. При этом электрический ток снимается с контактов при помощи проводников и передается потребителю. Техническим результатом изобретения является исключение сложной, многостадийной схемы изготовления полупроводниковой структуры с возможностью использования только низкоэнергетических бета-источников, повышение электрофизических характеристик (радиационная стойкость, напряжение пробоя, подвижность электронов и дырок, теплопроводность) при преобразовании энергии ионизирующего излучения различных видов (альфа-излучение, бета-излучение, ультрафиолетовое излучение) в широком диапазоне энергий в электрическую энергию. 4 з. п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к способу преобразования энергии ионизирующего излучения в ультрафиолетовое излучение с помощью диссоциирующего газа и преобразование ультрафиолетового излучения в электрическую энергию с помощью полупроводникового алмаза. Способ может быть использован в электронике, приборостроении и машиностроении при создании автономных устройств с большим сроком службы.

Изучение процессов и методов преобразования энергии ультрафиолетового излучения и ионизирующего излучения в электрическую энергию актуально по нескольким причинам. Во-первых, такие исследования имеют фундаментальное значение для изучения полупроводниковых свойств алмаза. Во-вторых, в России и в мире наблюдается потребность в источниках электроэнергии с большим сроком службы для нужд промышленности, в частности оборонной; такие источники могут быть созданы на основе заявляемого изобретения. В-третьих, автономные источники электроэнергии необходимы для исследовательских целей, в частности для исследования космоса и для глубоководных исследований.

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является автономный источник питания и способ двухступенчатого преобразования ионизирующего излучения в электрическую энергию, патент US №8552616, публ. 2013.10.08, МПК G21H 01/06, по заявке №20090026879, публ. 2009.01.29, содержащий в качестве первичного источника ионизирующего излучения радиоизотопы, воздействие излучения на газ криптон или ксенон, размещенные в герметичной емкости с созданием ультрафиолетового излучения, которым в качестве вторичного источника ионизирующего излучения воздействуют на полупроводниковый материал с областями р- и n-типами проводимости и области p-n перехода, присоединение к различным областям проводимости проводников, генерацию электрического тока в полупроводниковом материале и последующее снятие электричества посредством проводников.

К недостаткам известного изобретения можно отнести использование в качестве первичного источника ионизирующего излучения радиоактивного материала низкоэнергетических радиоизотопов Sr-35,Tm-171, Po-210 с периодом полураспада 0,239-1,92 года, которые не могут обеспечить стабильную работу в течение длительного времени, а также обеспечивают низкую степень генерации электричества в полупроводнике.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание способа двухступенчатого преобразования энергии ионизирующего излучения в электрическую энергию, обеспечивающего стабильную работу в течение более длительного времени, а также высокую степень генерации электричества в полупроводнике.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что в способе двухступенчатого преобразования энергии ионизирующего излучения в электрическую энергию, включающем воздействие на газ, содержащийся в герметичной емкости, энергией радиоизотопа с созданием ультрафиолетового излучения, воздействие им в качестве вторичного источника ионизирующего излучения на полупроводниковый базовый элемент-преобразователь на основе синтетического алмаза, состоящий из областей с р- и n-типами проводимости в области p-n перехода, генерирование в нем электричества, нанесение на поверхность полупроводникового материала в разных его областях слоев различных металлов, присоединение к ним проводников и снятие электричества с их помощью, согласно изобретению, в качестве первичного источника ионизирующего излучения используют радиоизотопы тяжелых металлов, излучением которых воздействуют на смесь газов, состоящую из криптона и хлора, в соотношении (97±2):(3±2) по объему соответственно, находящуюся в герметичной емкости, тем самым создают ультрафиолетовое излучение, которым воздействуют на полупроводниковый базовый элемент-преобразователь на основе синтетического алмаза. В качестве полупроводникового материала используют синтетический алмаз р-типа проводимости, содержащий бор в количестве 1014-1016 атомов на см3, и на его поверхностях в разных областях с р- и n-типами проводимости в вакууме наносят неразрывные металлические контакты, один из которых трехслойная система металлизации вида титан-платина-золото 5-100 нм толщиной для съема положительного заряда, и другой с потенциальным барьером Шоттки - из платины, золота или иридия толщиной 10-200 нм, для снятия отрицательных зарядов, генерируемых внутри полупроводникового материала с присоединением к ним проводников.

Смесь газов из криптона и хлора в соотношении по объему (97±2):(3±2) соответственно после воздействия на них ионизирующим излучением создает ультрафиолетовое излучение с длиной волны, соответствующей максимальной степени поглощения алмазом.

В качестве первичного ионизирующего излучения взято альфа-излучение 238Pu, так как один грамм чистого 238Pu генерирует 0,567 Вт мощности, что обеспечивает достижение необходимого напряжения, также период полураспада 238Pu обеспечивает длительный срок службы приборов, использующих способ преобразования энергии ионизирующего излучения в электрическую энергию.

Выбор системы металлизации титан-платина-золото в роли омического контакта обусловлен следующими требованиями: во-первых, данный контакт не должен приводить к существенному падению напряжения на нем, чтобы исключить дополнительные резистивные потери. Во-вторых, данный слой должен обладать высокой адгезией к алмазу и высокой стойкостью к термоциклированию, т.к. планируется, что он будет использоваться для соединения кристалла преобразователя с корпусом источника тока. Для формирования контакта с барьером Шоттки ключевой является максимальная разность работ выхода электрона из алмаза и из металла контакта - высота этого барьера определяет разность потенциалов на границах области пространственного заряда, от нее зависит напряжение, генерируемое полупроводниковым базовым элементом-преобразователем на основе синтетического алмаза. Именно платина (металлы платиновой группы) обеспечивает достижение максимального напряжения.

Изобретение поясняется фигурой, иллюстрирующей предлагаемое техническое решение.

Преобразование энергии альфа-излучения радиоизотопа в электрическую энергию с помощью полупроводникового алмаза осуществляется следующим образом. Источник 1 альфа-излучения испускает альфа-частицы, которые в диссоциирующем газе вызывают ультрафиолетовое излучение 2. На пути лучей ультрафиолетового излучения 2 располагается синтетический полупроводниковый алмаз с р- и n-типом проводимости 3 с контактом Шоттки 4 и омическим контактом 5 так, чтобы ультрафиолетовое излучение 2 полностью или частично попадало на контакт Шоттки 4. При помощи проводников 6 электрический ток снимается с контактов 4 и 5 и передается потребителю 7.

Пример конкретного выполнения способа.

Для проведения испытаний создают образцы полупроводникового материала, состоящего из синтетического алмаза с содержанием бора в количестве 1014-1016 атомов на см3. Также предварительно изготавливают смесь газов, состоящую из криптона и хлора в соотношении 95 и 5 объемн.% соответственно, и смесь тех же газов в соотношении 99 и 1 объемн.%.

Создают сосуд давления со сложенными один на другой 362 слоями полупроводниковых базовых элементов-преобразователей на основе синтетического алмаза, закрепленных в подложке из диоксида циркония (ZrO2) и пластин с напыленным плутонием 238Pu (плутоний-238). Между слоями базовых элементов и пластинами с плутонием необходим зазор 100 мкм, который наполняется газовой смесью криптон-хлор путем закачки газа в сосуд под давлением 150 атм. Верх сосуда, через который вставляют набор элементов, закрывается фланцем со шпильками.

Одновременно проведены испытания известного способа. Результаты испытаний сведены в таблице.

Таблица
Способ Параметры способа Показатели способа
Мощность источника Срок службы
Предлагаемый Алмаз с содержанием бора в количестве 1014 атомов/см3 Альфа-излучение (238Pu)+ газовая смесь Kr-Cl (95:5) 20 нВт 30 лет
Алмаз с содержанием бора в количестве 1016 атомов/см3 Альфа-излучение (238Pu)+ газовая смесь Kr-Cl (99:1) 20 нВт 30 лет
Известный карбид кремния Альфа-излучение (210Ро)+ газовая смесь Kr-Cl (97:3) 10 мкВт 1 год

Технико-экономическая эффективность изобретения по сравнению с прототипом выразится в более высокой степени генерации электричества за счет использования высокоэнергетических источников альфа-излучения и увеличении надежности и срока службы приборов, использующих способ двухступенчатого преобразования ионизирующего излучения в электрическую энергию.

Источники информации

1. Патент US №8552616, публ. 2013.10.08, МПК G21H 01/06, по заявке №20090026879, публ. 2009.01.29.


СПОСОБ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 277.
10.01.2013
№216.012.17dc

Способ газолазерной резки крупногабаритных деталей из композиционных материалов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу и устройству газолазерной резки композиционных материалов. Способ включает подачу лазерного луча на обрабатываемую поверхность и соосно с лучом - технологического газа, коллимирование лазерного луча, заглубление его в обрабатываемое изделие и перемещение по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471600
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18c2

Полимерная композиция

Изобретение относится к негорючим полимерным композициям холодного отверждения и может применяться для местного упрочнения конструкций в зонах установки крепежа, заполнения пустот в деталях из полимерных композиционных материалов, заделки торцов и упрочнения участков сотовых конструкций,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471830
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18cd

Грунтовочная композиция

Изобретение относится к лакокрасочным покрытиям, в частности к грунтовочным композициям с пониженным содержанием летучих веществ холодного отверждения, предназначенным для окраски металлических и неметаллических поверхностей, и может быть использовано в авиационной технике, в строительстве и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471841
Дата охранного документа: 10.01.2013
27.01.2013
№216.012.213d

Нанокомпозитный термоэлектрик и способ его получения

Изобретение относится к области наноструктурированных и нанокомпозитных материалов. Одним из основных применений изобретения являются термоэлектрики с улучшенной добротностью. Задачей изобретения является модификация электрических свойств материалов за счет изменения концентрации носителей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474010
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.2454

Способ адаптации рабочей части аэродинамической трубы для получения безындукционного обтекания моделей летательных аппаратов и устройство для его осуществления

Заявленная группа изобретений относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использована при проведении испытаний в трансзвуковых аэродинамических трубах. Предложен новый способ адаптации рабочей части аэродинамической трубы, содержащий новую технологию получения на границах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474802
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.02.2013
№216.012.2aa5

Способ получения конъюгата нона-β-(1→3)-глюкозида с бычьим сывороточным альбумином скваратным методом

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ синтеза конъюгата нона-β-(1→3)-глюкозида с бычьим сывороточным альбумином (БСА) скваратным методом. Первоначально осуществляют взаимодействие нона-β-(1→3)-глюкозида с диэтилскваратом. Затем проводят реакцию полученного лиганда -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476444
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2b51

Износостойкий сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионно-стойких покрытий на конструкционные элементы микроплазменным или сверхзвуковым газодинамическим напылением

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, используемым в качестве материала для получения износо- и коррозионно-стойких покрытий на функционально- конструкционных элементах методом микроплазменного или сверхзвукового холодного газодинамического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476616
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2b5c

Способ нанесения покрытий на титан и его сплавы методом электроискрового легирования в водных растворах при повышенных давлениях

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в авиационной, судостроительной, нефте- и газодобывающей, перерабатывающей промышленности, приборостроении и медицинской технике. Способ включает микродуговое оксидирование (МДО) в электролите в герметичном сосуде путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476627
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c2c

Способ измерения температуры поверхности конструкции резистивным чувствительным элементом, устройство для его осуществления и способ изготовления устройства

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в тепло-прочностных испытаниях авиационно-космических конструкций при определении их поверхностных температурных полей. Согласно заявленному способу для измерения температуры поверхности конструкции чувствительный элемент...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476835
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c2d

Способ определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента, устройство для его осуществления и способ изготовления устройства

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при испытании и калибровке термометров сопротивления и тензорезисторов. Согласно заявленному способу определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента регистрируют температуру воздействия и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476836
Дата охранного документа: 27.02.2013
Показаны записи 1-10 из 266.
10.01.2013
№216.012.17dc

Способ газолазерной резки крупногабаритных деталей из композиционных материалов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу и устройству газолазерной резки композиционных материалов. Способ включает подачу лазерного луча на обрабатываемую поверхность и соосно с лучом - технологического газа, коллимирование лазерного луча, заглубление его в обрабатываемое изделие и перемещение по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471600
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18c2

Полимерная композиция

Изобретение относится к негорючим полимерным композициям холодного отверждения и может применяться для местного упрочнения конструкций в зонах установки крепежа, заполнения пустот в деталях из полимерных композиционных материалов, заделки торцов и упрочнения участков сотовых конструкций,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471830
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18cd

Грунтовочная композиция

Изобретение относится к лакокрасочным покрытиям, в частности к грунтовочным композициям с пониженным содержанием летучих веществ холодного отверждения, предназначенным для окраски металлических и неметаллических поверхностей, и может быть использовано в авиационной технике, в строительстве и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471841
Дата охранного документа: 10.01.2013
27.01.2013
№216.012.213d

Нанокомпозитный термоэлектрик и способ его получения

Изобретение относится к области наноструктурированных и нанокомпозитных материалов. Одним из основных применений изобретения являются термоэлектрики с улучшенной добротностью. Задачей изобретения является модификация электрических свойств материалов за счет изменения концентрации носителей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474010
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.2454

Способ адаптации рабочей части аэродинамической трубы для получения безындукционного обтекания моделей летательных аппаратов и устройство для его осуществления

Заявленная группа изобретений относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использована при проведении испытаний в трансзвуковых аэродинамических трубах. Предложен новый способ адаптации рабочей части аэродинамической трубы, содержащий новую технологию получения на границах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474802
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.246f

Способ определения запасов устойчивости рулевого привода и устройство для его осуществления

Изобретение относится к экспериментальным исследованиям приводов систем автоматического управления и предназначено для определения запасов устойчивости рулевого привода. Предлагается способ, в котором вначале снимают логарифмическую частотную характеристику участка контура электромеханической и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474829
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.27d0

Способ измерения температуры термопарами, измерительная информационная система для его осуществления и температурный переходник

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано при тепловых испытаниях конструкций для определения их поверхностных температурных полей. Заявлен способ измерения температуры термопарами, в котором располагают в районе свободных концов термопар терморезистор. Измеряют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475712
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.02.2013
№216.012.2aa5

Способ получения конъюгата нона-β-(1→3)-глюкозида с бычьим сывороточным альбумином скваратным методом

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ синтеза конъюгата нона-β-(1→3)-глюкозида с бычьим сывороточным альбумином (БСА) скваратным методом. Первоначально осуществляют взаимодействие нона-β-(1→3)-глюкозида с диэтилскваратом. Затем проводят реакцию полученного лиганда -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476444
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2b51

Износостойкий сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионно-стойких покрытий на конструкционные элементы микроплазменным или сверхзвуковым газодинамическим напылением

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, используемым в качестве материала для получения износо- и коррозионно-стойких покрытий на функционально- конструкционных элементах методом микроплазменного или сверхзвукового холодного газодинамического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476616
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2b5c

Способ нанесения покрытий на титан и его сплавы методом электроискрового легирования в водных растворах при повышенных давлениях

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в авиационной, судостроительной, нефте- и газодобывающей, перерабатывающей промышленности, приборостроении и медицинской технике. Способ включает микродуговое оксидирование (МДО) в электролите в герметичном сосуде путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476627
Дата охранного документа: 27.02.2013

Похожие РИД в системе

+ добавить свой РИД