В многочисленных исследовательских лабораториях ученые и инженеры постоянно создают новые и улучшают существующие методы и устройства генерации электрической энергии. Среди них генераторы, основу которых составляют термоэлектрические модули, обеспечивающие прямое преобразование тепловой энергии в электрический ток
Евгений Рудометов
>> Часть 5
(кликнуть мышью для увеличения картинки)
В качестве примера таких источников можно привести РИТЭГ — РадиоИзотопный ТермоЭлектрический Генератор — устройство, преобразующее тепловую энергию естественного распада радиоактивных изотопов в электричество.
По сравнению с ядерными реакторами, использующими цепную реакцию, РИТЭГи значительно меньше, и конструктивно проще. Выходная мощность РИТЭГа весьма невелика (до нескольких сотен ватт) при относительно небольшом значении КПД. Однако в них нет движущихся частей, и они не требуют обслуживания на протяжении всего срока службы, который может исчисляться десятилетиями. Благодаря этому такие генераторы могут применяться в космосе для работы автоматических межпланетных станций. Они находят свое примение и на Земле в труднодоступных местах для работы различной аппаратуры, например, радиомаяков наземного или морского базирования.
Что касается космоса, то соответствующие радиоизотопные термоэлектрические генераторы были использованы во многих космических проектах. В качестве примеров можно привести хорошо известные «Аполлоны», а также аппараты «Пионер-10 и -11», «Вояджер-1 и -2», «Кассини-Гюйгенс» и д. р., где использование солнечных батарей неэффективно или даже просто невозможно. Действительно, интенсивность солнечного излучения на орбите Плутона в 1000 раз меньше, чем на орбите Земли. Очевидно, что использование солнечных батарей для обеспечения достаточного энергоснабжения космических аппаратов там просто невозможно.
В конструкции РИТЭГа космического аппарата «Галилео», который был отправлен к Юпитеру в 1981 г., использовались плутоний-238 и полупроводники на основе селена. Этот термоэлектрогенератор после установки радиоизотопного источника энергии через 1000 ч и 59000 ч (почти 7 лет) эксплуатации обеспечивал следующие параметры: тепло изотопного источника, Вт — 2460/2332; тепло, поступающее на термоэлементы, Вт — 2068/1951; температура горячего спая, К — 1133/1090; температура холодного спая, К — 433/410; выходная мощность, Вт — 230/210; термоэлектрическая эффективность, % — 11,1/10,8.
Радиоизотопный генератор зонда «Новые горизонты», отправленного в 2006 г. к Плутону, содержал 11 кг высокочистого диоксида плутония-238, производящего в среднем 220 Вт электроэнергии на протяжении всего пути: 240 Вт в начале пути и 200 Вт на орбите Плутона. Мощность РИТЭГа снижается примерно на 3,5 Вт в год. Планируемый срок активного состояния аппарата — более 30 лет.
Улучшенный вариант РИТЭГ был установлен на марсоход «Curiosity», ракета с которым была запущена в 2011 г. Этот источник энергии содержит 4,8 кг диоксида плутония-238. Он обеспечивает 2 кВт тепловой мощности, 125 Вт начальной электрической мощности и 100 Вт через 14 лет.
Внутреннее устройство РИТЭГа
Другим примером являются радиоактивные изотопные термоэлектрические генераторы, используемые в множестве приложений, включая применение в медицинских устройствах и научных исследованиях. В своей конструкции генераторы могут использовать различные радиоизотопы, такие как америций-241 (Am-241), стронций-90 (Sr-90) и т.п. Эти радиоактивные материалы применяются в качестве источников тепла для последующего преобразования его в электрическую энергию с помощью термоэлектрических модулей.
В следующей части данной статьи — о радиоционной безопасности и краткое заключение.
>> Часть 7