परमाणु बैटरी: Difference between revisions

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परमाणु बैटरी, परमाणु बैटरी, रेडियोआइसोटोप बैटरी या रेडियोआइसोटोप जनरेटर एक उपकरण है जो [[बिजली]] उत्पन्न करने के लिए [[रेडियोधर्मी आइसोटोप]] के [[रेडियोधर्मी क्षय]] से ऊर्जा का उपयोग करता है। परमाणु रिएक्टरों की तरह, वे परमाणु ऊर्जा से बिजली उत्पन्न करते हैं, लेकिन इसमें भिन्नता है कि वे [[परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया]] का उपयोग नहीं करते हैं। हालाँकि इन्हें आमतौर पर [[बैटरी (बिजली)]] कहा जाता है, लेकिन ये तकनीकी रूप से [[ विद्युत ]] नहीं हैं और इन्हें चार्ज या रिचार्ज नहीं किया जा सकता है। वे बहुत महंगे हैं, लेकिन उनका जीवन बहुत लंबा है और [[ऊर्जा घनत्व]] बहुत अधिक है, और इसलिए उनका उपयोग आम तौर पर उन उपकरणों के लिए बिजली स्रोतों के रूप में किया जाता है जिन्हें लंबे समय तक बिना किसी निगरानी के काम करना पड़ता है, जैसे [[अंतरिक्ष यान]], कृत्रिम कार्डियक पेसमेकर, [[पानी के नीचे]] सिस्टम और [[अनुसंधान स्टेशन]] दुनिया के सुदूर हिस्सों में.<ref>[http://www.gizmag.com/smaller-nuclear-battery/13076/ "A nuclear battery the size and thickness of a penny"]. ''Gizmag'', 9 October 2009.</ref><ref>[http://news.bbc.co.uk/1/hi/8297934.stm "Tiny 'nuclear batteries' unveiled"]. ''BBC News'', Thursday, 8 October 2009.</ref><ref>{{cite web |title=NanoTritium™ Battery Technology |url=https://citylabs.net/technology-overview/ |website=City Labs |access-date=25 May 2023}}</ref>
'''परमाणु बैटरी''', '''नाभिकीय (नाभिकीय) बैटरी''', '''रेडिओआइसोटोप बैटरी''' या '''रेडिओआइसोटोप जनित्र''' एक ऐसा उपकरण है जो एक [[रेडियोधर्मी आइसोटोप|रेडिओआइसोटोप]] आइसोटोप के [[रेडियोधर्मी क्षय|क्षय]] से उत्पन्न होने वाली ऊर्जा का उपयोग [[बिजली|विद्युत]] उत्पन्न करने के लिए करता है। परमाणु रिएक्टरों की तरह, वे परमाणु ऊर्जा से विद्युत उत्पन्न करते हैं, लेकिन इसमें भिन्नता यह है कि वे [[परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया|श्रृंखला प्रतिक्रिया]] का उपयोग नहीं करते हैं। इन्हें सामान्यतः [[बैटरी (बिजली)|बैटरी]] कहा जाता है, लेकिन तकनीकी रूप से ये [[ विद्युत |विद्युत रासायनिक]] नहीं होते और उन्हें आवेशित या पुनः आवेशित नहीं किया जा सकता है। इस प्रकार की बैटरियों की लागत उच्च होती है, लेकिन इनकी अत्यधिक दीर्घ आयु और उच्च [[ऊर्जा घनत्व]] होता है, इसलिए सामान्यतः वे उन उपकरणों के लिए विद्युत श्रोत के रूप में प्रयुक्त किए जाते हैं जो दीर्घकालिक रूप से बिना किसी प्रभारी के कार्य के लिए होते हैं, जैसे कि [[अंतरिक्ष यान]], पेसमेकर्स, [[पानी के नीचे|अंतर्जलीय]] प्रणालियों और दुनिया के दूरस्थ क्षेत्रों में [[अनुसंधान स्टेशन|स्वचालित वैज्ञानिक स्टेशन]] के उपकरणों के लिए उपयोग किए जाते है।<ref>[http://www.gizmag.com/smaller-nuclear-battery/13076/ "A nuclear battery the size and thickness of a penny"]. ''Gizmag'', 9 October 2009.</ref><ref>[http://news.bbc.co.uk/1/hi/8297934.stm "Tiny 'nuclear batteries' unveiled"]. ''BBC News'', Thursday, 8 October 2009.</ref><ref>{{cite web |title=NanoTritium™ Battery Technology |url=https://citylabs.net/technology-overview/ |website=City Labs |access-date=25 May 2023}}</ref>
परमाणु बैटरी प्रौद्योगिकी की शुरुआत 1913 में हुई, जब [[हेनरी मोसले]] ने पहली बार आवेशित कण विकिरण द्वारा उत्पन्न विद्युत धारा का प्रदर्शन किया। 1950 और 1960 के दशक के दौरान अंतरिक्ष आवश्यकताओं के लिए दीर्घकालिक ऊर्जा स्रोतों की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए इस क्षेत्र में काफी गहन शोध पर ध्यान दिया गया। 1954 में [[आरसीए]] ने छोटे रेडियो रिसीवर और श्रवण यंत्रों के लिए एक छोटी परमाणु बैटरी पर शोध किया।<ref>[https://books.google.com/books?id=Nd8DAAAAMBAJ&dq=1954+Popular+Mechanics+January&pg=PA87 "Atomic Battery Converts Radioactivity Directly Into Electricity"]. ''Popular Mechanics'', April 1954, p. 87.</ref> 1950 के दशक की शुरुआत में आरसीए के प्रारंभिक अनुसंधान और विकास के बाद से, परमाणु स्रोतों से विद्युत ऊर्जा निकालने के लिए कई प्रकार और तरीके डिजाइन किए गए हैं। वैज्ञानिक सिद्धांत सर्वविदित हैं, लेकिन आधुनिक नैनो-स्केल तकनीक और नए वाइड-बैंडगैप अर्धचालकों ने नए उपकरण और दिलचस्प सामग्री गुण बनाए हैं जो पहले उपलब्ध नहीं थे।


परमाणु बैटरियों को [[ऊर्जा परिवर्तन]] तकनीक द्वारा दो मुख्य समूहों में वर्गीकृत किया जा सकता है: थर्मल कन्वर्टर्स और गैर-थर्मल कन्वर्टर्स। थर्मल प्रकार परमाणु क्षय से उत्पन्न कुछ गर्मी को बिजली में परिवर्तित करते हैं। सबसे उल्लेखनीय उदाहरण [[रेडियोआइसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर]] (आरटीजी) है, जिसका उपयोग अक्सर अंतरिक्ष यान में किया जाता है। गैर-थर्मल कन्वर्टर्स उत्सर्जित विकिरण से सीधे ऊर्जा निकालते हैं, इससे पहले कि वह गर्मी में विघटित हो जाए। उन्हें छोटा करना आसान है और उन्हें संचालित करने के लिए थर्मल ग्रेडिएंट की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए वे छोटे पैमाने के अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए उपयुक्त हैं। सबसे उल्लेखनीय उदाहरण [[बीटावोल्टिक सेल]] है।
नाभिकीय बैटरी तकनीक 1913 में शुरू हुई, जब [[हेनरी मोसले]] ने पहली बार आवेशित कण विकिरण द्वारा उत्पन्न विद्युत धारा का प्रदर्शन किया। इस1950 और 1960 के दशक के दौरान अंतरिक्ष आवश्यकताओं के लिए दीर्घकालिक ऊर्जा स्रोतों की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए इस क्षेत्र में अधिक गहन अनुसंधान पर ध्यान दिया गया। 1954 में [[आरसीए]] ने छोटे रेडियो रिसीवर और श्रवण यंत्रों के लिए एक छोटी परमाणु बैटरी पर शोध किया।<ref>[https://books.google.com/books?id=Nd8DAAAAMBAJ&dq=1954+Popular+Mechanics+January&pg=PA87 "Atomic Battery Converts Radioactivity Directly Into Electricity"]. ''Popular Mechanics'', April 1954, p. 87.</ref> आरसीए के प्रारंभिक अनुसंधान और विकास के बाद, नाभिकीय स्रोतों से विद्युत ऊर्जा उत्सर्जित करने के लिए कई प्रकार और तरीके डिज़ाइन किए गए हैं। वैज्ञानिक सिद्धांत सर्वविदित हैं, लेकिन आधुनिक नैनो-स्केल तकनीक और नए वाइड-बैंडगैप अर्धचालकों ने नए उपकरण और रोचक सामग्री गुण बनाए हैं जो पहले उपलब्ध नहीं थे।


परमाणु बैटरियों की दक्षता आमतौर पर 0.1-5% होती है। उच्च दक्षता वाले [[बीटावोल्टिक उपकरण]] 6-8% दक्षता तक पहुँच सकते हैं।<ref>{{cite web |url=http://electronicsbus.com/atomic-batteries-nuclear-batteries/ |title=थर्मोइलेक्ट्रिक जेनरेटर|website=electronicbus.com |access-date=23 February 2015 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160110172013/http://electronicsbus.com/atomic-batteries-nuclear-batteries/ |archive-date=10 January 2016 |url-status=dead }}</ref>
नाभिकीय बैटरियों को [[ऊर्जा परिवर्तन]] प्रौद्योगिकी के आधार पर दो मुख्य समूहों, ''ताप परिवर्तक'' और ''अतापीय परिवर्तक,'' में वर्गीकृत किया जा सकता है। ताप प्रकार नाभिकीय क्षय द्वारा उत्पन्न ऊष्मा का कुछ भाग को विद्युत में परिवर्तित करते हैं। सबसे प्रमुख उदाहरण [[रेडियोआइसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर|रेडियोआइसोटोप तापविद्युत (थर्मोइलेक्ट्रिक) जनित्र]] (आरटीजी) है, जिसे प्रायः अंतरिक्ष यानों में प्रयुक्त किया जाता है। अतापीय परिवर्तक उत्सर्जित विकिरण से प्रत्यक्ष रूप से ऊर्जा उत्सर्जित करता हैं, इससे पहले कि वह ऊष्मा में विघटित हो जाए। इन्हें छोटा करना आसान होता है और इन्हें संचालित करने के लिए तापीय प्रवणता की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए वे छोटे पैमाने के अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए उपयुक्त हैं। सबसे प्रमुख उदाहरण [[बीटावोल्टिक सेल]] है।


परमाणु बैटरियों की सामान्यतः दक्षता 0.1–5% होती है। उच्च-दक्षता वाले [[बीटावोल्टिक उपकरण]] 6–8% की दक्षता को प्राप्त कर सकते हैं।<ref>{{cite web |url=http://electronicsbus.com/atomic-batteries-nuclear-batteries/ |title=थर्मोइलेक्ट्रिक जेनरेटर|website=electronicbus.com |access-date=23 February 2015 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160110172013/http://electronicsbus.com/atomic-batteries-nuclear-batteries/ |archive-date=10 January 2016 |url-status=dead }}</ref>


== थर्मल रूपांतरण ==
== तापीय रूपांतरण ==


=== तापायनिक रूपांतरण ===
=== तापायनिक (थर्मियोनिक) रूपांतरण ===
एक [[थर्मिओनिक कनवर्टर]] में एक गर्म इलेक्ट्रोड होता है, जो एक कूलर इलेक्ट्रोड के लिए स्पेस-चार्ज बैरियर पर थर्मिओनिक रूप से इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है, जिससे एक उपयोगी बिजली उत्पादन होता है। [[सीज़ियम]] वाष्प का उपयोग इलेक्ट्रोड कार्य कार्यों को अनुकूलित करने और इलेक्ट्रॉन [[ अंतरिक्ष प्रभार ]] को बेअसर करने के लिए आयन आपूर्ति ([[सतह आयनीकरण]] द्वारा) प्रदान करने के लिए किया जाता है।<ref>{{cite web |title=थर्मिओनिक कनवर्टर|last=Fitzpatrick |first=G. O. |date=19 May 1987 |url=https://www.osti.gov/biblio/6377296 |website=Office of Scientific and Technical Information |osti=6377296}}</ref>
[[थर्मिओनिक कनवर्टर|तापायनिक परिवर्तक]] में एक गर्म इलेक्ट्रोड होता है, जो एक कूलर इलेक्ट्रोड के लिए स्पेस-चार्ज बैरियर पर थर्मिओनिक रूप से इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है, जो एक उपयोगी विद्युत उत्पादन का उत्पादन करता है। [[सीज़ियम]] वाष्प इलेक्ट्रोड कार्य कार्यों को उन्नत बनाने और इलेक्ट्रॉन [[ अंतरिक्ष प्रभार |अंतरिक्ष प्रभार]] को संतुलित ([[सतह आयनीकरण]] द्वारा) करने के लिए उपयोग किया जाता है।<ref>{{cite web |title=थर्मिओनिक कनवर्टर|last=Fitzpatrick |first=G. O. |date=19 May 1987 |url=https://www.osti.gov/biblio/6377296 |website=Office of Scientific and Technical Information |osti=6377296}}</ref>


=== तापविद्युत रूपांतरण ===
{{main|रेडियोआइसोटोप तापविद्युत जनित्र}}
[[File:HD.17.071 (11966200113).jpg|thumb|241px|परमाणु ऊर्जा आयोग द्वारा विकसित किए जा रहे रेडियोआइसोटोप-संचालित कार्डियक पेसमेकर की योजना खराब हृदय की स्पंदन क्रिया को उत्तेजित करने की है। लगभग 1967.]]रेडियोआइसोटोप तापविद्युत जनित्र (आरटीजी) [[थर्मोकपल|तापयुग्मों]] का उपयोग करता है। प्रत्येक तापयुग्म दो विभिन्न धातुओं (या अन्य सामग्रियों) की दो तारों से बना होता है। प्रत्येक तार की लम्बाई के साथ तापमान विभाजन एक तार के एक सिर से दूसरे सिर तक एक वोल्टेज प्रवणता उत्पन्न करता है; लेकिन विभिन्न सामग्रियां तापमान अंतर के प्रति वोल्टेज अंतर उत्पन्न करती हैं। तारों को एक सिरे से जोड़कर, उस सिरे को गर्म करके लेकिन दूसरे सिरे को ठंडा करके, असंबद्ध तार के सिरों के बीच उपयोग करने योग्य, लेकिन छोटा (मिलीवोल्ट) वोल्टेज उत्पन्न किया जाता है। प्रैक्टिस में, बहुत सारे तापयुग्मों को श्रेणी (या समान्तर क्रम) में जोड़ा जाता है ताकि एक ही ऊष्मा स्रोत से बड़ा वोल्टेज (या धारा) उत्पन्न किया जा सके, जैसे कि गर्म सिरों से ठंडे सिरों की ओर ऊष्मा बहती है। धातु तापयुग्मों की तापमान से विद्युतीय दक्षता कम होती है। हालाँकि, बहुत अधिक रूपांतरण क्षमता प्राप्त करने के लिए वाहक घनत्व और आवेश को अर्धचालक सामग्रियों जैसे बिस्मथ टेलुराइड और सिलिकॉन जर्मेनियम में समायोजित किया जा सकता है।<ref>{{cite conference |title=रेडियोआइसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जेनरेटर ट्रांसपोर्टेशन सिस्टम प्रोग्राम का अवलोकन|last=McCoy |first=J.C |conference=STAIF 96: space technology and applications international forum, Albuquerque, NM (United States), 7-11 Jan 1996 |date=October 1995 |osti=168371}}</ref>
=== थर्मोफोटोवोल्टेक रूपांतरण ===
[[thermophotovoltaic|थर्मोफोटोवोल्टिक]] (टीपीवी) सेल एक [[फोटोवोल्टाइक सेल]] के समान सिद्धांतों के अनुसार कार्य करते हैं, केवल इस बजाय कि वे एक गर्म सतह द्वारा उत्पन्न [[अवरक्त]] प्रकाश (दृश्य प्रकाश की बजाय) को विद्युत में परिवर्तित करते हैं। थर्मोफोटोवोल्टेक सेल्स की दक्षता तापविद्युत कपलों से कुछ अधिक होती है और उन्हें तापविद्युत कपलों पर ओवरले किया जा सकता है, संभावित रूप से दक्षता को दोगुना करते हुए। [[ह्यूस्टन विश्वविद्यालय]] टीपीवी रेडियोआइसोटोप पावर कनवर्शन प्रौद्योगिकी विकास प्रयास इस दिशा में कदम बढ़ा रहा है कि टीपीवी सेल्स को टीपीवी कपल्स के साथ एक साथ जोड़कर विद्यमान तापविद्युत रेडियोआइसोटोप जनरेटर्स के सिस्टम की दक्षता को 3 से 4 गुणा तक बढ़ावा देने का उद्देश्य है।{{Citation needed|date=September 2018}}


=== थर्मोइलेक्ट्रिक रूपांतरण ===
=== स्टर्लिंग जनित्र ===
{{main|Radioisotope thermoelectric generator}}
{{main article|स्टर्लिंग रेडियोआइसोटोप जनित्र}}
[[File:HD.17.071 (11966200113).jpg|thumb|241px|परमाणु ऊर्जा आयोग द्वारा विकसित किए जा रहे रेडियोआइसोटोप-संचालित कार्डियक पेसमेकर की योजना खराब हृदय की स्पंदन क्रिया को उत्तेजित करने की है। लगभग 1967.]]एक रेडियोआइसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर (आरटीजी) [[थर्मोकपल]] का उपयोग करता है। प्रत्येक थर्मोकपल विभिन्न धातुओं (या अन्य सामग्रियों) के दो तारों से बनता है। प्रत्येक तार की लंबाई के साथ एक तापमान प्रवणता तार के एक छोर से दूसरे तक एक वोल्टेज प्रवणता उत्पन्न करती है; लेकिन अलग-अलग सामग्रियां तापमान अंतर के अनुसार अलग-अलग वोल्टेज उत्पन्न करती हैं। तारों को एक सिरे से जोड़कर, उस सिरे को गर्म करके लेकिन दूसरे सिरे को ठंडा करके, असंबद्ध तार के सिरों के बीच प्रयोग करने योग्य, लेकिन छोटा (मिलीवोल्ट) वोल्टेज उत्पन्न होता है। व्यवहार में, कई एक ही ताप स्रोत से बड़ा वोल्टेज (या करंट) उत्पन्न करने के लिए श्रृंखला में (या समानांतर में) जुड़े होते हैं, क्योंकि ऊष्मा गर्म सिरे से ठंडे सिरे तक प्रवाहित होती है। धातु थर्मोकपल में थर्मल-टू-इलेक्ट्रिकल दक्षता कम होती है। हालाँकि, बहुत अधिक रूपांतरण क्षमता प्राप्त करने के लिए वाहक घनत्व और चार्ज को बिस्मथ टेलुराइड और सिलिकॉन जर्मेनियम जैसी अर्धचालक सामग्रियों में समायोजित किया जा सकता है।<ref>{{cite conference |title=रेडियोआइसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जेनरेटर ट्रांसपोर्टेशन सिस्टम प्रोग्राम का अवलोकन|last=McCoy |first=J.C |conference=STAIF 96: space technology and applications international forum, Albuquerque, NM (United States), 7-11 Jan 1996 |date=October 1995 |osti=168371}}</ref>


[[स्टर्लिंग रेडियोआइसोटोप जनरेटर|स्टर्लिंग रेडियोआइसोटोप जनित्र]] एक [[स्टर्लिंग इंजन]] होता है जिसे एक रेडियोआइसोटोप द्वारा उत्पन्न तापमान अंतर द्वारा चलाया जाता है। एक अधिक कुशल संस्करण, [[उन्नत स्टर्लिंग रेडियोआइसोटोप जनरेटर|उन्नत स्टर्लिंग रेडियोआइसोटोप जनित्र]], [[नासा]] द्वारा विकसित हो रहा था, लेकिन 2013 में बड़े पैमाने पर लागत के अत्यधिक उल्लिपियों के कारण इसे रद्द कर दिया गया।<ref>[http://futureplanets.blogspot.com/2013/12/the-asrg-cancellation-in-context.html The ASRG Cancellation in Context] Future Planetary Exploration</ref>
== अतापीय रूपांतरण ==
अतापीय परिवर्तक उत्सर्जित विकिरण को ऊष्मा में परिवर्तित होने से पहले उससे ऊर्जा उत्सर्जित करते हैं। तापविद्युत और थर्मोनिक परिवर्तकों की तरह, उनका उत्पाद तापमान अंतर पर नहीं निर्भर करता है। अतापीय जनरेटर्स को उपयोग किए जाने वाले ऊर्जा के प्रकार और उनके ऊर्जा को परिवर्तित करने के तरीके के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है।


=== [[thermophotovoltaic]] रूपांतरण ===
=== विद्युत्स्थैतिक रूपांतरण ===
थर्मोफोटोवोल्टिक (टीपीवी) कोशिकाएं [[फोटोवोल्टाइक सेल]] के समान सिद्धांतों पर काम करती हैं, सिवाय इसके कि वे गर्म सतह से उत्सर्जित [[अवरक्त]] प्रकाश (दृश्यमान स्पेक्ट्रम के बजाय) को बिजली में परिवर्तित करती हैं। थर्मोफोटोवोल्टिक कोशिकाओं की दक्षता थर्मोइलेक्ट्रिक युग्मों की तुलना में थोड़ी अधिक होती है और इन्हें थर्मोइलेक्ट्रिक युग्मों पर मढ़ा जा सकता है, जिससे संभावित रूप से दक्षता दोगुनी हो जाती है। [[ह्यूस्टन विश्वविद्यालय]] थर्मोफोटोवोल्टिक रेडियोआइसोटोप पावर रूपांतरण प्रौद्योगिकी विकास प्रयास का लक्ष्य वर्तमान थर्मोइलेक्ट्रिक रेडियोआइसोटोप जनरेटर की तुलना में सिस्टम दक्षता में 3 से 4 गुना सुधार प्रदान करने के लिए थर्मोफोटोवोल्टिक कोशिकाओं को थर्मोकपल के साथ संयोजित करना है। {{Citation needed|date=September 2018}}
उत्सर्जित [[आवेशित कण|आवेशित कणों]] से ऊर्जा तब निकाली जा सकती है जब उनका आवेश किसी चालक में जमा हो जाता है, जिससे एक विद्युत्स्थैतिक क्षमता उत्पन्न होती है। अपव्यय मोड के बिना [[वोल्टेज]] विकिरणित कणों की ऊर्जा तक बढ़ सकता है, जो कि कई किलोवोल्ट (बीटा विकिरण के लिए) से लेकर मेगावोल्ट (अल्फा विकिरण) तक हो सकता है। निर्मित [[विद्युत स्थितिज ऊर्जा|विद्युत्स्थैतिक ऊर्जा]] को निम्नलिखित में से किसी एक तरीके से प्रयोग करने योग्य विद्युत में बदला जा सकता है।


=== स्टर्लिंग जनरेटर ===
==== प्रत्यक्ष-आवेशन जनित्र ====
{{main article|Stirling radioisotope generator}}
प्रत्यक्ष आवेशन जनित्र में एक [[संधारित्र]] से आवेश पार्टिकल्स की वर्तमान तार के द्वारा आवेश किया जाता है, जो इलेक्ट्रोड पर एक रेडियोधर्मी परत पर एकत्रित की गई होती है। इंटरवल या डाईइलेक्ट्रिक हो सकता है। नेगेटिव आवेश वाले [[बीटा कण]] या पॉजिटिव आवेश वाले [[अल्फा कण]], [[पोजीट्रान]] या [[विखंडन उत्पाद|विखंडन उत्पादों]] का उपयोग किया जा सकता है। यद्यपि इस प्रकार के नाभिकीय-इलेक्ट्रिक जनित्र का आरम्भ 1913 में हुआ था, प्रत्यक्ष आवेशन जनित्र द्वारा प्रदान किए जाने वाले अत्यंत कम धारा और कठिनता से बढ़ते वोल्टेज के कारण, पिछले में विद्युत उत्पन्न करने के लिए कुछ अनुप्रयोग मिले हैं। विशिष्टत रूप से वोल्टेज को कम करने के लिए ऑसिलेटर/ट्रांसफॉर्मर प्रणालियों का उपयोग किया जाता है, फिर रेक्टिफायर्स का उपयोग एसी विद्युत को प्रत्यक्ष करंट में बदलने के लिए किया जाता है।
[[स्टर्लिंग रेडियोआइसोटोप जनरेटर]] एक [[स्टर्लिंग इंजन]] है जो रेडियोआइसोटोप द्वारा उत्पन्न तापमान अंतर से संचालित होता है। एक अधिक कुशल संस्करण, [[उन्नत स्टर्लिंग रेडियोआइसोटोप जनरेटर]], [[नासा]] द्वारा विकसित किया जा रहा था, लेकिन बड़े पैमाने पर लागत बढ़ने के कारण 2013 में इसे रद्द कर दिया गया था।<ref>[http://futureplanets.blogspot.com/2013/12/the-asrg-cancellation-in-context.html The ASRG Cancellation in Context] Future Planetary Exploration</ref>


अंग्रेजी भौतिक शास्त्री एच. जी. जे. मोसली ने पहला ऐसा निर्माण किया था। मोसली की यंत्रिका एक ग्लास ग्लोब था, जिसकी अंदर की ओर एक रेडियम इमिटर सेंटर पर एक तार की सिफर पर विद्यमान था। [[रेडियम]] से आवेश पार्टिकल्स रेडियम से ग्लोब की अंदरी सतह तक तेजी से चलते हुए विद्युत की एक धारा का निर्माण करते थे। 1945 के रूप में तक मोसली मॉडल अन्य विशेषज्ञों की सहायता की और रेडियोधर्मी तत्वों के उत्सर्जन से विद्युत उत्पन्न करने के प्रयोगशील बैटरी निर्माण करने के लिए अन्य प्रयासों का मार्गदर्शन किया।


== गैर-थर्मल रूपांतरण ==
==== विद्युत यांत्रिक रूपांतरण ====
गैर-थर्मल कन्वर्टर उत्सर्जित विकिरण को गर्मी में बदलने से पहले ऊर्जा निकालते हैं। थर्मोइलेक्ट्रिक और थर्मोनिक कन्वर्टर्स के विपरीत उनका आउटपुट तापमान अंतर पर निर्भर नहीं करता है। गैर-थर्मल जनरेटर को उपयोग किए गए कण के प्रकार और उस तंत्र द्वारा वर्गीकृत किया जा सकता है जिसके द्वारा उनकी ऊर्जा परिवर्तित की जाती है।
{{main|रेडियोआइसोटोप पीजोइलेक्ट्रिक जनित्र}}
 
=== इलेक्ट्रोस्टैटिक रूपांतरण ===
उत्सर्जित [[आवेशित कण]]ों से ऊर्जा तब निकाली जा सकती है जब उनका विद्युत आवेश बिजली के संचालन में बनता है, जिससे एक विद्युत क्षमता पैदा होती है। अपव्यय मोड के बिना [[वोल्टेज]] विकिरणित कणों की ऊर्जा तक बढ़ सकता है, जो कई किलोवोल्ट (बीटा विकिरण के लिए) से मेगावोल्ट (अल्फा विकिरण) तक हो सकता है। निर्मित [[विद्युत स्थितिज ऊर्जा]] को निम्नलिखित में से किसी एक तरीके से प्रयोग करने योग्य बिजली में बदला जा सकता है।
 
==== डायरेक्ट-चार्जिंग जनरेटर ====
डायरेक्ट-चार्जिंग जनरेटर में एक [[संधारित्र]] होता है जो इलेक्ट्रोड में से एक पर जमा रेडियोधर्मी परत से आवेशित कणों की धारा से चार्ज होता है। रिक्ति या तो निर्वात या [[ढांकता हुआ]] हो सकती है। नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए [[बीटा कण]] या सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए [[अल्फा कण]], [[पोजीट्रान]] या [[विखंडन उत्पाद]]ों का उपयोग किया जा सकता है। यद्यपि परमाणु-विद्युत जनरेटर का यह रूप 1913 का है, लेकिन प्रत्यक्ष-चार्जिंग जनरेटर द्वारा प्रदान की जाने वाली बेहद कम धाराओं और असुविधाजनक रूप से उच्च वोल्टेज के लिए अतीत में कुछ अनुप्रयोग पाए गए हैं। वोल्टेज को कम करने के लिए ऑसिलेटर/ट्रांसफॉर्मर सिस्टम का उपयोग किया जाता है, फिर एसी पावर को वापस डायरेक्ट करंट में बदलने के लिए रेक्टिफायर का उपयोग किया जाता है।
 
अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी हेनरी मोसले|एच. जी. जे. मोसले ने इनमें से पहला निर्माण किया। मोसले के उपकरण में एक कांच का ग्लोब होता था जिसके अंदर चांदी लगी होती थी और केंद्र में एक तार की नोक पर एक [[रेडियम]] उत्सर्जक लगा होता था। रेडियम से आवेशित कणों ने बिजली का प्रवाह पैदा किया क्योंकि वे रेडियम से गोले की आंतरिक सतह तक तेज़ी से चले गए। 1945 के अंत तक मोसले मॉडल ने रेडियोधर्मी तत्वों के उत्सर्जन से बिजली पैदा करने वाली प्रायोगिक बैटरी बनाने के अन्य प्रयासों का मार्गदर्शन किया।


==== विद्युत यांत्रिक रूपांतरण ====
विद्युत यांत्रिक परमाणु बैटरियां दो प्लेटों के बीच चार्ज के निर्माण का उपयोग एक मुड़ने योग्य प्लेट को दूसरे की ओर खींचने के लिए करती हैं, जब तक कि दोनों प्लेटें स्पर्श नहीं करतीं, डिस्चार्ज नहीं हो जातीं, इलेक्ट्रोस्टैटिक बिल्डअप को बराबर नहीं कर लेतीं और वापस स्प्रिंग नहीं हो जातीं। उत्पादित यांत्रिक गति का उपयोग [[ piezoelectric |पीजोइलेक्ट्रिक]] सामग्री के प्रत्त्यास्थ या रैखिक जनरेटर के माध्यम से विद्युत् का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। मिलीवॉट्स की विद्युत आपूर्ति दर पर निर्भर करके पल्स, कुछ स्थितियों में सेकंड (35 Hz), में उत्पन्न होती है।<ref>{{cite journal
{{main|Radioisotope piezoelectric generator}}
इलेक्ट्रोमैकेनिकल परमाणु बैटरियां दो प्लेटों के बीच चार्ज के निर्माण का उपयोग एक मुड़ने योग्य प्लेट को दूसरे की ओर खींचने के लिए करती हैं, जब तक कि दो प्लेटें स्पर्श नहीं करतीं, डिस्चार्ज नहीं हो जातीं, इलेक्ट्रोस्टैटिक बिल्डअप को बराबर नहीं कर लेतीं और वापस नहीं जातीं। उत्पादित यांत्रिक गति का उपयोग [[ piezoelectric ]] सामग्री के लचीलेपन या रैखिक जनरेटर के माध्यम से बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। मिलिवाट बिजली का उत्पादन चार्ज दर के आधार पर दालों में किया जाता है, कुछ मामलों में प्रति सेकंड कई बार (35 हर्ट्ज़)<ref>{{cite journal
  |last=Lal  
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  |first=Amit  
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Line 61: Line 56:
  |s2cid=18891519  
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  }}</ref>
  }}</ref>
=== रेडियोवोल्टिक रूपांतरण ===
=== रेडियोवोल्टिक रूपांतरण ===
एक रेडियोवोल्टिक (आरवी) उपकरण एक [[अर्धचालक जंक्शन]] का उपयोग करके आयनकारी विकिरण की ऊर्जा को सीधे बिजली में परिवर्तित करता है, एक फोटोवोल्टिक सेल में फोटॉन को बिजली में परिवर्तित करने के समान। लक्षित विकिरण के प्रकार के आधार पर, इन उपकरणों को अल्फ़ावोल्टिक (AV, αV), बीटावोल्टिक (BV, βV) और/या गामावोल्टिक (GV, γV) कहा जाता है। बीटावोल्टिक्स पर परंपरागत रूप से सबसे अधिक ध्यान दिया गया है क्योंकि (कम-ऊर्जा) बीटा उत्सर्जक कम से कम विकिरण क्षति का कारण बनते हैं, इस प्रकार लंबे समय तक परिचालन जीवन और कम परिरक्षण की अनुमति मिलती है। अल्फावोल्टिक और (हाल ही में) गामावोल्टिक उपकरणों में रुचि उनकी संभावित उच्च दक्षता से प्रेरित है।
''रेडियोवॉल्टेक'' (आरवी) उपकरण इयोनाइजिंग विकिरण की ऊर्जा को प्रत्यक्ष विद्युत में परिवर्तित करता है, [[अर्धचालक जंक्शन]] का उपयोग करके, जैसे कि फोटोवॉल्टेक सेल में फोटों को विद्युत में परिवर्तित करने के रूप में। जिस प्रकार की विकिरण को लक्षित किया जाता है, वे उपकरण ''अल्फावॉल्टेक'' (AV, αV), ''बीटावॉल्टेक'' (BV, βV) और/या ''गामावॉल्टेक'' (GV, γV) कहलाते हैं। बीटावॉल्टेक्स को पारंपरिक रूप से सबसे ज्यादा ध्यान मिला है क्योंकि (कम ऊर्जा वाले) बीटा उत्सर्जक सबसे कम विकिरण हानि का कारण बनते हैं, इससे एक लम्बी ऑपरेटिंग जीवन और कम शील्डिंग संभावित होता है। एल्फावॉल्टेक और (हाल ही में) गामावॉल्टेक उपकरणों में अधिक दक्षता की संभावना होने के कारण इनके प्रति रुचि हो रही है।


==== अल्फावोल्टिक रूपांतरण ====
==== अल्फावोल्टिक रूपांतरण ====
अल्फावोल्टिक उपकरण ऊर्जावान [[अल्फा कण]]ों से विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए अर्धचालक जंक्शन का उपयोग करते हैं।<ref>NASA Glenn Research Center, [http://rt.grc.nasa.gov/power-in-space-propulsion/photovoltaics-power-technologies/technology-thrusts/alpha-and-beta-voltaics/ Alpha- and Beta-voltaics] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20111018100731/http://rt.grc.nasa.gov/power-in-space-propulsion/photovoltaics-power-technologies/technology-thrusts/alpha-and-beta-voltaics/ |date=18 October 2011 }} (accessed 4 October 2011)</ref><ref>Sheila G. Bailey, David M. Wilt, Ryne P. Raffaelle, and Stephanie L. Castro, [http://www.grc.nasa.gov/WWW/RT/2005/RP/RPV-bailey1.html Alpha-Voltaic Power Source Designs Investigated] {{webarchive |url=https://web.archive.org/web/20100716172638/http://www.grc.nasa.gov/WWW/RT/2005/RP/RPV-bailey1.html |date=16 July 2010 }}, ''Research and Technology 2005,'' NASA TM-2006-214016, (accessed 4 October 2011)</ref>
अल्फावोल्टिक उपकरण ऊर्जावान [[अल्फा कण|अल्फा कणों]] से विद्युत ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए एक अर्धचालक जंक्शन का उपयोग करते हैं।<ref>NASA Glenn Research Center, [http://rt.grc.nasa.gov/power-in-space-propulsion/photovoltaics-power-technologies/technology-thrusts/alpha-and-beta-voltaics/ Alpha- and Beta-voltaics] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20111018100731/http://rt.grc.nasa.gov/power-in-space-propulsion/photovoltaics-power-technologies/technology-thrusts/alpha-and-beta-voltaics/ |date=18 October 2011 }} (accessed 4 October 2011)</ref><ref>Sheila G. Bailey, David M. Wilt, Ryne P. Raffaelle, and Stephanie L. Castro, [http://www.grc.nasa.gov/WWW/RT/2005/RP/RPV-bailey1.html Alpha-Voltaic Power Source Designs Investigated] {{webarchive |url=https://web.archive.org/web/20100716172638/http://www.grc.nasa.gov/WWW/RT/2005/RP/RPV-bailey1.html |date=16 July 2010 }}, ''Research and Technology 2005,'' NASA TM-2006-214016, (accessed 4 October 2011)</ref>
==== बीटावोल्टिक रूपांतरण ====
{{main|बीटावोल्टिक उपकरण}}
बीटावोल्टिक उपकरण ऊर्जावान बीटा कणों ([[इलेक्ट्रॉन|इलेक्ट्रॉनों]]) से विद्युत ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए अर्धचालक जंक्शन का उपयोग करते हैं। सामान्यतः उपयोग किया जाने वाला स्रोत हाइड्रोजन आइसोटोप [[ट्रिटियम|ट्राईटियम]] है।


बीटावोल्टिक उपकरण विशेष रूप से कम-शक्ति वाले विद्युत अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं जहां ऊर्जा स्रोत के लंबे जीवन की आवश्यकता होती है, जैसे कि प्रत्यारोपण चिकित्सा उपकरण या सैन्य और अंतरिक्ष अनुप्रयोग।<ref>{{cite web |title=परमाणु ऊर्जा के स्रोत के रूप में ट्रिटियम बैटरियाँ|url=https://citylabs.net/applications/ |website=City Labs |access-date=25 May 2023}}</ref>


==== बीटावोल्टिक रूपांतरण ====
==== गामावोल्टिक रूपांतरण ====
{{main|Betavoltaic device}}
गामावॉल्टेक उपकरण ऊर्जाशील [[गामा कण|गामा कणों]] (उच्च ऊर्जा फोटॉन्स) से विद्युत उत्पन्न करने के लिए एक अर्धचालक जंक्शन का उपयोग करते हैं। इनके प्रति केवल 2010 के दशक<ref name=":0">{{Cite conference |author=Hiroshi Segawa |author2=Ludmila Cojocaru |author3=Satoshi Uchida |date=7 November 2016 |title=पेरोव्स्काइट सौर सेल की गामावोल्टिक संपत्ति - नवीन परमाणु ऊर्जा उत्पादन की ओर|url=https://www.nanoge.org/proceedings/AP-HOPV17/58c15c8f9c168f501d8babe2|access-date=1 September 2020 |book-title=Proceedings of International Conference Asia-Pacific Hybrid and Organic Photovoltaics |language=en}}</ref><ref name=":1">{{Cite patent|number=20180350482|title=गामा वोल्टाइक सेल|gdate=2018-12-06|invent1=Ryan|inventor1-first=Michael Doyle|url=http://www.freepatentsonline.com/y2018/0350482.html}}</ref><ref name=":2">{{Cite web|last=MacKenzie|first=Gordon|date=October 2017|title=एक डायमंड गैमावोल्टिक सेल|url=https://gtr.ukri.org/projects?ref=studentship-1955046|website=UK Research and Innovation}}</ref><ref name=":3">{{Cite web|last=Mackenzie|first=Robbie|date=19 June 2020|title=बायसलेस गामा डोसिमेट्री के लिए डायमंड गामावोल्टिक सेल|url=https://southwestnuclearhub.ac.uk/diamond-gammavoltaic-cells-for-biasless-gamma-dosimetry/|access-date=1 September 2020|website=South West Nuclear Hub|language=en-GB}}</ref>  में ही विचार किया गया है, लेकिन इन्होंने 1981 में ही प्रस्तावित किए गए थे।<ref>{{Cite web|url=https://books.google.com/books?id=ySZhMJrzhw4C&pg=PA10|title = लोकप्रिय विज्ञान|date = January 1981}}</ref>
बीटावोल्टिक उपकरण ऊर्जावान बीटा कणों ([[इलेक्ट्रॉन]]ों) से विद्युत ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए अर्धचालक जंक्शन का उपयोग करते हैं। आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला स्रोत हाइड्रोजन आइसोटोप [[ट्रिटियम]] है।
 
बीटावोल्टिक उपकरण विशेष रूप से कम-शक्ति वाले विद्युत अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं जहां ऊर्जा स्रोत के लंबे जीवन की आवश्यकता होती है, जैसे कि प्रत्यारोपण योग्य चिकित्सा उपकरण या सैन्य और अंतरिक्ष अनुप्रयोग।<ref>{{cite web |title=परमाणु ऊर्जा के स्रोत के रूप में ट्रिटियम बैटरियाँ|url=https://citylabs.net/applications/ |website=City Labs |access-date=25 May 2023}}</ref>


पेरोव्स्काइट सोलर सेल्स में एक गामावॉल्टेक प्रभाव की रिपोर्ट की गई है।<ref name=":0" /> एक अन्य पेटेंटेड डिज़ाइन गामा कण को फैलाने की बात करता है जब तक उसकी ऊर्जा कम हो जाती है ताकि उसे एक सामान्य फोटोवॉल्टेक सेल में अवशोषित किया जा सके।<ref name=":1" /> डायमंड और [[शोट्की डायोड]] का उपयोग करके गामावॉल्टेक डिज़ाइन का भी अन्वेषण किया जा रहा है।<ref name=":2" /><ref name=":3" />


==== गामावोल्टिक रूपांतरण ====
गामावोल्टिक उपकरण ऊर्जावान [[गामा कण]]ों (उच्च-ऊर्जा फोटॉन) से विद्युत ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए अर्धचालक जंक्शन का उपयोग करते हैं। उन पर केवल 2010 में ही विचार किया गया है<ref name=":0">{{Cite conference |author=Hiroshi Segawa |author2=Ludmila Cojocaru |author3=Satoshi Uchida |date=7 November 2016 |title=पेरोव्स्काइट सौर सेल की गामावोल्टिक संपत्ति - नवीन परमाणु ऊर्जा उत्पादन की ओर|url=https://www.nanoge.org/proceedings/AP-HOPV17/58c15c8f9c168f501d8babe2|access-date=1 September 2020 |book-title=Proceedings of International Conference Asia-Pacific Hybrid and Organic Photovoltaics |language=en}}</ref><ref name=":1">{{Cite patent|number=20180350482|title=गामा वोल्टाइक सेल|gdate=2018-12-06|invent1=Ryan|inventor1-first=Michael Doyle|url=http://www.freepatentsonline.com/y2018/0350482.html}}</ref><ref name=":2">{{Cite web|last=MacKenzie|first=Gordon|date=October 2017|title=एक डायमंड गैमावोल्टिक सेल|url=https://gtr.ukri.org/projects?ref=studentship-1955046|website=UK Research and Innovation}}</ref><ref name=":3">{{Cite web|last=Mackenzie|first=Robbie|date=19 June 2020|title=बायसलेस गामा डोसिमेट्री के लिए डायमंड गामावोल्टिक सेल|url=https://southwestnuclearhub.ac.uk/diamond-gammavoltaic-cells-for-biasless-gamma-dosimetry/|access-date=1 September 2020|website=South West Nuclear Hub|language=en-GB}}</ref> लेकिन 1981 की शुरुआत में ही प्रस्तावित कर दिया गया था।<ref>{{Cite web|url=https://books.google.com/books?id=ySZhMJrzhw4C&pg=PA10|title = लोकप्रिय विज्ञान|date = January 1981}}</ref>
पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाओं में एक गामावोल्टिक प्रभाव की सूचना मिली है।<ref name=":0" />एक अन्य पेटेंट डिज़ाइन में गामा कण का बिखराव शामिल है जब तक कि इसकी ऊर्जा पारंपरिक फोटोवोल्टिक सेल में अवशोषित होने के लिए पर्याप्त नहीं हो जाती।<ref name=":1" />हीरे और [[शोट्की डायोड]] का उपयोग करने वाले गामावोल्टिक डिज़ाइन की भी जांच की जा रही है।<ref name=":2" /><ref name=":3" />




=== रेडियोफोटोवोल्टिक (ऑप्टोइलेक्ट्रिक) रूपांतरण ===
=== रेडियोफोटोवोल्टिक (ऑप्टोइलेक्ट्रिक) रूपांतरण ===
{{main|Optoelectric nuclear battery}}
{{main|ऑप्टोइलेक्ट्रिक परमाणु बैटरी}}
एक ऑप्टोइलेक्ट्रिक परमाणु बैटरी | रेडियोफोटोवोल्टिक (आरपीवी) डिवाइस में ऊर्जा रूपांतरण अप्रत्यक्ष होता है: उत्सर्जित कणों को पहले [[ रेडिओल्यूमिनसेंस ]] सामग्री (एक [[सिंटिलेटर]] या [[भास्वर]]) का उपयोग करके प्रकाश में परिवर्तित किया जाता है, और फिर प्रकाश को [[सौर सेल]] का उपयोग करके बिजली में परिवर्तित किया जाता है। लक्षित कण के प्रकार के आधार पर, रूपांतरण प्रकार को अधिक सटीक रूप से अल्फाफोटोवोल्टिक (एपीवी या α-पीवी) के रूप में निर्दिष्ट किया जा सकता है।<ref>{{Cite journal|last1=Purbandari|first1=Dessy|last2=Ferdiansjah|first2=Ferdiansjah|last3=Sujitno|first3=Tjipto|date=2019|title=अल्फाफोटोवोल्टिक अनुप्रयोग के लिए रेडियोल्यूम