Создание лабораторных образцов элементов электрогенерирующего канала с прямым преобразованием ядерной энергии в электрическую на вторичных электронах

Номер гранта:05-08-33481
Область научного знания:фундаментальные основы инженерных наук
Тип конкурса: («а» (до 2016))(«а») инициативные научные проекты
Год выполнения:2005г.
Руководитель: Ануфриенко В.Б.
Статус заявки:поддержана

Аннотация к заявке:

Проект направлен на разработку, создание и исследование лабораторных образцов элементов электрогенерирующего канала (ЭГК) с прямым преобразованием ядерной энергии в электрическую на вторичных электронах. Предлагается на основе фундаментальных данных по переносу нейтронов, заряженных частиц - осколков деления и вторичных электронов в веществе, а также новой технологии изготовления тонкопленочных структур на основе метода атомного послойного осаждения разработать, изготовить и исследовать лабораторные образцы элементов ЭГК, преобразующего энергию заряженных частиц в электрическую. ЭГК будет являться основой перспективных источников энергии, в которых ядерная энергия преобразуется непосредственно в электрическую энергию, минуя тепловой цикл. Основой создаваемых ЭГК будут являться сверхмногослойные материалы (СММ), с помощью которых можно увеличить КПД преобразования энергии более чем на два порядка по сравнению с ранее созданными атомными батареями и в несколько раз по сравнению с термоэмиссионными преобразователями. Идея СММ была предложена авторами проекта, СММ представляют собой чередующиеся трехслойные структуры эмиттер-диэлектрик-коллектор с толщиной каждого слоя 100-400 ангстрем. Однако имеющаяся ранее технология позволила авторам создать и исследовать трехслойные структуры с толщиной слоя в несколько микрон, при этом из-за несоответствия реальных толщин требуемым КПД трехслойных структур оказался менее одного процента. Появление технологии изготовления тонкопленочных структур на основе метода атомного послойного осаждения дает возможность изготовить СММ с требуемыми размерами. В ходе реализации проекта будут разработаны и созданы лабораторные образцы элементов ЭГК и исследованы их основные характеристики. Проект полностью соответствует задачам, решаемым Федеральным агентством по атомной энергии по стратегическому развитию атомной энергетики, так как способствует созданию перспективных источников энергии.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

На основе выполненных расчетно-экспериментальных исследований разработана концепция прямого преобразования ядерной энергии в электрическую на вторичных электронах. В основе концепции - использование тонкопленочных ячеек эмиттер-диэлектрик-коллектор (ЭДК) и объединение их в многослойных структурах элементов электрогенерирующих каналов (ЭГК). Разработаны технические решения по изготовлению ячейки ЭГК. Решения включают использование слоя изотопа урана-235 как источника осколков деления, вольфрама - как эмиттера электронов, окиси алюминия - как изолятора и алюминия - как коллектора ячейки преобразования энергии. Разработаны принципы объединения и электрической коммутации ячеек в многослойных структурах ЭГК. Разработано техническое задание на изготовление ячеек ЭГК, предусматривающее использование технологии послойного осаждения в вакууме веществ, испаряемых электронным пучком и методом магнетронного распыления. В техническом задании определены толщины наносимых слоев элементов ячейки преобразователя энергии в диапазоне от 100 до 1000 ангстрем с неравномерностью толщины слоя не более 3%. Материалы эмиттера, изолятора и коллектора и их толщины выбраны исходя из требований, основными из которых являются: - максимальная передача энергии осколками деления ядер урана электронам эмиттера; - максимальный выход вторичных электронов из эмиттера; - свободный пролет вторичных электронов через изолятор; - эффективный сбор вторичных электронов в коллекторе; - необходимая электрическая прочность диэлектрика; - минимальная активация материалов ячейки и их радиационная стойкость. Изготовлены образцы со слоями урана-235. Выбран в качестве облучательного устройства физический стенд ФС-1М, введенный в эксплуатацию в 2004 году в Государственном научном центре РФ Физико-энергетический институт (ГНЦ РФ-ФЭИ). В облучательном канале стенда обеспечивается плотность потока нейтронов до 10^8 нейтронов/см^2*с. Результаты измерения спектра нейтронов на критстенде ФС-1М опубликованы в журнале "Измерительная техника", №8, 2005 г. Подготовлено экспериментальное оборудование для измерения вольт-амперных характеристик ячеек преобразования энергии. Рассмотрены основные процессы и их количественные характеристики, определяющие радиационную стойкость элементов ячеек преобразования энергии. Расчеты показывают, что для реактора с прямым преобразованием энергии на вторичных электронах электрической мощностью 300 кВт флюенс нейтронов за 10 лет работы составит 10^21 нейтрон/см^2. Это значение является отправным пунктом при оценке радиационной стойкости материалов ячейки.
Аннотации к заявке и отчету приведены в авторской редакции. по состоянию на 09.08.2020.
Помог ли вам материал?
1    0