परमाणु बैटरी: Difference between revisions
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परमाणु बैटरी, | '''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> | ||
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। | |||
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> | |||
== | == तापीय रूपांतरण == | ||
=== तापायनिक रूपांतरण === | === तापायनिक (थर्मियोनिक) रूपांतरण === | ||
[[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}} | |||
=== | === स्टर्लिंग जनित्र === | ||
{{main| | {{main article|स्टर्लिंग रेडियोआइसोटोप जनित्र}} | ||
[[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। | |||
=== | === विद्युत्स्थैतिक रूपांतरण === | ||
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। | |||
=== | ==== प्रत्यक्ष-आवेशन जनित्र ==== | ||
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। | |||
[[ | |||
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। | |||
== | ==== विद्युत यांत्रिक रूपांतरण ==== | ||
{{main|रेडियोआइसोटोप पीजोइलेक्ट्रिक जनित्र}} | |||
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 | |||
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|s2cid=18891519 | |s2cid=18891519 | ||
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=== रेडियोवोल्टिक रूपांतरण === | === रेडियोवोल्टिक रूपांतरण === | ||
''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]] | 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> | |||
==== | ==== गामावोल्टिक रूपांतरण ==== | ||
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> | |||
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" /> | |||
=== रेडियोफोटोवोल्टिक (ऑप्टोइलेक्ट्रिक) रूपांतरण === | === रेडियोफोटोवोल्टिक (ऑप्टोइलेक्ट्रिक) रूपांतरण === | ||
{{main| | {{main|ऑप्टोइलेक्ट्रिक परमाणु बैटरी}} | ||