Импульсный радиационно-стимулированный источник электрического питания

тарей питания варьируются от нескольких (147Pr) до ста лет (63Ni) [3]. На основе радиоизотопных источников питания возможно создание гибридного источника тока или напряжения с элементами накопления заряда, работающего в импульсном режиме.

• 2.    МОДЕЛИРОВАНИЕ ИМПУЛЬСНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ

Предлагаемый импульсный радиационно-стимулированный источник тока, основанный на использовании энергии радиоактивного распада различных изотопов, содержит первичный преобразователь на основе полупроводниковой структуры с p-n-переходами с нанесенным на его поверхность изотопом 63Ni, испускающим бета электроны с широким энергетическим спектром, а также устройство преобразования постоянного напряжения первичного источника в переменное, умножитель напряжения и импульсный генератор. Структурная схема источника приведена на рис. 1.

Электрическая принципиальная схема импульсного радиационно-стимулированного источника питания приведена на рис. 2, где блок 1 представляет собой инвертор на коммутируемых конденсаторах, блок 2 – умножитель напряжения, блок 3 – импульсный генератор с низковольтным питанием.

Представленная схема работает следующим образом. Под воздействием бета-электронов испускаемых источником 63Ni в области пространственного заряда (ОПЗ) генерируются электронно-дырочные пары, а за счет встроенного электрического поля в ОПЗ происходит разделение заряда, таким образом на входе Х1 и Х2 образу-

Рис. 1. Структурная схема импульсного радиационно-стимулированного источника питания

Рис. 2. Электрическая принципиальная схема импульсного радиационно-стимулированного источника питания

ется контактная разность потенциалов. Если задействовать блоки 1 и 2, то такой режим на выходах Х5 и Х6 позволяет получить преобразование импульсного низкого напряжения в высокое постоянное напряжения, а если блоки 1 и 3 то на выходе Х3 и Х4 радиационно-стимулированного источника импульсы тока амплитудой до сотен миллиампер. Переключение режима работы импульсного источника тока осуществляется ключом SW1.

Для моделирования работы импульсного импульсного радиационно-стимулированного элемента питания использовались экспериментальные данные, полученный в ОАО ГНЦ «НИИ Атомных реакторов», по определению генерации тока на кремниевых диодах с применением изотопа 63Ni различной активности [4-5].

Моделирование работы элемента питания в импульсном режиме проводилось в системе LTspice IV согласно структурной схеме импульсного радиационно-стимулированного источника тока. При моделировании импульсного радиационно-стимулированного источника тока использована батареи из 1000 элементов включенных последовательно и парал- лельно с общей площадью p-n-переходов около 1000 см2.

В конструкции импульсного радиационно-стимулированного источника тока в соответствие со схемой удалось достигнуть увеличения выходного импульсного тока до значения 200 мА (рис. 3), импульса напряжения до значения 180 мВ (рис. 4), с длительностью импульса до 2 мс и частотой повторения порядка 800 Гц.

• 3.    ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Конструктивно, предлагаемый импульсный радиационно-стимулированный источник электрического питания с применением бета-источника 63Ni активностью 40 мКи может представлять собой герметичный корпус с выведенными наружу клеммами для подключения полезной нагрузки с небольшими габаритными размерами, временем работы более 50 лет и мощностью около 3,6 мВт.

Работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы.

Рис. 3. Импульс тока на выходе автономного источника импульсного электрического питания

Рис. 4. Импульс напряжения на выходе автономного источника импульсного электрического питания