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辐射伏特效应同位素电池换能单元的初步设计 被引量:8
1
作者 杨玉青 王关全 +4 位作者 胡睿 高晖 刘业兵 张华明 罗顺忠 《核技术》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期197-200,共4页
初步设计制作3种辐射伏特效应同位素电池换能单元,测试其在固态63Ni源和3H源辐照下的输出电特性,对输出电特性进行数学解析模型分析并提出进一步改进设计的思路。结果表明,设计的换能单元在发射高能α同位素作用下,性能快速急剧退化;在2... 初步设计制作3种辐射伏特效应同位素电池换能单元,测试其在固态63Ni源和3H源辐照下的输出电特性,对输出电特性进行数学解析模型分析并提出进一步改进设计的思路。结果表明,设计的换能单元在发射高能α同位素作用下,性能快速急剧退化;在2.96×108Bq的63Ni源辐照下,获得最大短路电流为28.4nA,最大开路电压为0.267V;在约5.09×109Bq的3H源辐照下,获得最大短路电流为62.8nA,最大开路电压为0.260V。当前换能单元参数还需进一步优化。 展开更多
关键词 辐射伏特效应 同位素电池 换能单元 初步设计
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基于cosRMC的同位素电池屏蔽计算研究 被引量:1
2
作者 王益祺 刘仕倡 +5 位作者 靳程建 李锐 孙宁延 韩毅 张显 陈义学 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期622-629,共8页
热电式同位素电池系统作为一种新型能源系统,在深空、深海探测任务中有广泛应用。钛酸锶热源中的放射性同位素90 Sr和90 Y会发射β射线,β射线与物质作用产生韧致辐射,韧致辐射具有很强的穿透力,需要为热源安装屏蔽层,以降低辐射剂量。... 热电式同位素电池系统作为一种新型能源系统,在深空、深海探测任务中有广泛应用。钛酸锶热源中的放射性同位素90 Sr和90 Y会发射β射线,β射线与物质作用产生韧致辐射,韧致辐射具有很强的穿透力,需要为热源安装屏蔽层,以降低辐射剂量。当屏蔽层厚度超过一定值后,蒙特卡罗方法计算结果的统计误差显著增大,采用减方差技术可以提高热电式同位素电池屏蔽计算的准确性。同时,直接电子输运模拟耗时很长,可以通过厚靶韧致辐射模型处理电子产生的光子,从而提高计算效率。本文开展了cosRMC程序的减方差技术和厚靶韧致辐射模型在同位素电池屏蔽计算中的应用研究与验证,基于美国SNAP-21结构的设计方案,采用cosRMC程序对同位素电池进行了精细建模,通过改变外屏蔽层厚度分析其对表面剂量率的影响,并与MCNP结果进行比较。结果表明,在电池径向和轴向使用不同厚度的屏蔽层,cosRMC与MCNP计算的贫铀屏蔽层表面的剂量率的相对误差在±3σ区间内符合良好。采用栅元重要性减方差后,两程序统计误差均减小,且在电池径向5 cm处和轴向4 cm处,结果在±3σ区间内符合良好,进一步验证了cosRMC程序进行热电式同位素电池屏蔽计算的准确性。 展开更多
关键词 同位素电池 屏蔽计算 MCNP cosRMC 减方差
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同位素电池原理及结构设计研究进展
3
作者 魏云尚 周文 +2 位作者 杨立 杨小军 吴展华 《山东化工》 CAS 2024年第7期116-121,131,共7页
随着同位素电池的发展,其被应用到了很多领域。同位素电池具有体积小、质量轻、寿命长、性能稳定、免维护等众多优点,是极端环境中电池的最佳选择。对同位素电池的放电原理、工艺类型、结构设计做了综述和展望。
关键词 同位素电池 应用 工艺 结构
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Optimization design of GaN betavoltaic microbattery 被引量:5
4
作者 TANG XiaoBin LIU YunPeng +1 位作者 DING Ding CHEN Da 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2012年第3期659-664,共6页
Betavoltaic radioisotope microbatteries have gradually become the research direction of micro-power sources because of their several advantages,including small scale,stable output performance,long service life,high en... Betavoltaic radioisotope microbatteries have gradually become the research direction of micro-power sources because of their several advantages,including small scale,stable output performance,long service life,high energy density,strong anti-jamming capability,and so on.Based on the theory of semiconductor physics,the current paper presented a design scheme of isotope microbattery with wide-gap semiconductor material GaN and isotope 147Pm.In consideration of the isotope's self-absorption effect,the current paper studied and analyzed the optimization thickness of semiconductor and isotope source,junction depth,depletion region thickness,doping concentration,and the generation and collection of electron hole pairs with simulation of transport process of beta particles in semiconductor material using Monte Carlo simulation program MCNP.In the proposed design scheme,for a single decay,an average energy of 28.2 keV was deposited in the GaN,and the short circuit current density,open circuit voltage,and efficiency of a single device were 1.636 μA/cm2,3.16 V,and 13.4%,respectively. 展开更多
关键词 GAN SEMICONDUCTOR isotope battery
原文传递
金刚石辐射伏特效应同位素电池器件研究进展 被引量:3
5
作者 刘本建 张森 +9 位作者 郝晓斌 文东岳 赵继文 王伟华 刘康 曹文鑫 代兵 杨磊 韩杰才 朱嘉琦 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第5期801-813,共13页
微机电系统、深空、深海探测任务等对于长效、便携电源提出了更高的要求。同位素电池由于其能量密度高、功率输出稳定,可以在高低温、无太阳光照等极端环境下持续不断地为月球车、海底探测器等提供能量。作为同位素电池中的主要类型,辐... 微机电系统、深空、深海探测任务等对于长效、便携电源提出了更高的要求。同位素电池由于其能量密度高、功率输出稳定,可以在高低温、无太阳光照等极端环境下持续不断地为月球车、海底探测器等提供能量。作为同位素电池中的主要类型,辐射伏特效应同位素电池由于其理论能量转换效率高、易于微型化被广泛研究,并已经成功应用于心脏起搏器。宽禁带的半导体换能结器件制作的同位素电池能够获得更高的能量转换效率。宽禁带半导体中的代表金刚石具有5.5 eV的禁带宽度与耐辐射的特性,使其成为制作辐射伏特效应同位素电池换能结器件的最佳选择。随着化学气相沉积技术的发展,金刚石晶体的外延技术突飞猛进,为金刚石半导体器件的发展打下了材料基础。本文对比了常见的同位素电池换能结用半导体材料和辐射源材料的特性,介绍了辐射伏特效应的基本原理,接着对辐射伏特效应同位素电池的关键参数进行了分析,并汇总了有关金刚石辐射伏特效应同位素电池研究的文献,通过各个参数,如开路电压、转换效率等的对比,指出了目前金刚石同位素电池发展的状态与存在的问题。通过分析金刚石与其他n型半导体材料组成的异质pn结目前的性能与应用情况,给出了基于金刚石异质pn结的高性能同位素电池的结构设计,并进行了总结与展望。 展开更多
关键词 同位素电池 辐射伏特效应 金刚石 肖特基器件 开路电压 半导体换能结 转换效率
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基于石墨烯的肖特基结辐射伏特同位素电池 被引量:2
6
作者 王晓彧 韩运成 +3 位作者 张佳辰 任雷 柳伟平 李桃生 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2021年第1期10-16,39,共8页
从传统肖特基结辐射伏特同位素电池金属电极存在的对放射源衰变粒子的阻挡及导电性不理想的问题出发,借鉴石墨烯肖特基结太阳电池结构,将石墨烯/硅肖特基结引入辐射伏特同位素电池中,在63 Ni放射源的照射下验证石墨烯/硅肖特基结换能单... 从传统肖特基结辐射伏特同位素电池金属电极存在的对放射源衰变粒子的阻挡及导电性不理想的问题出发,借鉴石墨烯肖特基结太阳电池结构,将石墨烯/硅肖特基结引入辐射伏特同位素电池中,在63 Ni放射源的照射下验证石墨烯/硅肖特基结换能单元在辐射伏特同位素电池中应用的可行性。研究结果发现,基于硝酸掺杂,当少层(3~5层)石墨烯经过4次转移叠加后,石墨烯/硅肖特基结换能单元在活度为5 mCi/cm^(2)的63 Ni放射源照射下,获得了48 mV的开路电压和30.3 nA/cm^(2)的短路电流密度,能量转换效率约0.1%,其电性能输出显著优于传统金/硅肖特基结换能单元。由此可见,使用石墨烯作为金属电极层的肖特基结换能单元,相较于传统的金属电极,不仅降低了其对放射源β粒子的阻挡作用,还提高了电极层对电子-空穴对的传输作用,说明了石墨烯在辐射伏特同位素电池中的应用是可行的。 展开更多
关键词 石墨烯 同位素电池 太阳电池 肖特基结 辐射伏特效应 能量转换效率
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电极材料对肖特基结β辐射伏特同位素电池性能的影响
7
作者 王晓彧 韩运成 +5 位作者 张佳辰 冯加明 熊厚华 陈志远 李月生 李桃生 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2022年第3期218-224,共7页
肖特基结β辐射伏特同位素电池的换能单元由金属电极层和半导体层组成,金属电极层材料的选择对提高电池输出性能有重要的影响。目前,肖特基金属电极材料多集中于Au和Ni两种金属,尚未对不同金属电极材料进行系统的分析对比。针对不同电... 肖特基结β辐射伏特同位素电池的换能单元由金属电极层和半导体层组成,金属电极层材料的选择对提高电池输出性能有重要的影响。目前,肖特基金属电极材料多集中于Au和Ni两种金属,尚未对不同金属电极材料进行系统的分析对比。针对不同电极材料导电性能的差异,引入电子传输效率因子,从理论上分析对比了Al、Au、Cu、Ni和石墨烯5种电极材料对其制备的肖特基结同位素电池输出性能的影响。基于理论分析,制备Au/硅和石墨烯/硅肖特基结同位素电池并测试了其在^(63)Ni放射源照射下的输出性能,结果表明:石墨烯/硅同位素电池的短路电流密度和输出功率密度较Au/硅同位素电池分别提高了约27%和100%,证实了石墨烯作为肖特基结β辐射伏特同位素电池的电极材料具有明显的优势。 展开更多
关键词 石墨烯 同位素电池 β辐射伏特效应 电极材料 肖特基结
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用于同位素电池的储能复合电极的可行性研究
8
作者 李鑫 王关全 +3 位作者 杨玉青 魏洪源 林黎蔚 任丁 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期175-180,共6页
借鉴太阳能电池Ti/Pd/Ag复合电极的设计方案,将其优化设计为Ti/Pd/Au复合电极并加载氚源,以此验证同位素源与换能器件整合的可行性。在N型单晶硅基体上制备电极,为研究氚在电极中的行为,用氘气模拟氚气对电极进行同位素加载,采用XRD、SE... 借鉴太阳能电池Ti/Pd/Ag复合电极的设计方案,将其优化设计为Ti/Pd/Au复合电极并加载氚源,以此验证同位素源与换能器件整合的可行性。在N型单晶硅基体上制备电极,为研究氚在电极中的行为,用氘气模拟氚气对电极进行同位素加载,采用XRD、SEM和四探针研究复合电极的储氚性能、微结构、电学性能等的变化。结果表明:复合电极能吸附氘并生成TiD_x(x≤2),具备一定的储氚性能;在Ti与Si界面处出现了TiSi_2相,表明膜基间发生了合金化,这提高了复合电极与硅基体的结合强度,同时降低了接触电阻;10^(-4)Ω·cm量级的表面电阻率基本可满足对电极导电性能的要求。由此可见,Ti/Pd/Au复合电极应用于伏特效应同位素电池是可行的。 展开更多
关键词 同位素电池 Ti/Pd/Au复合电极 储氚
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辐射伏特效应同位素电池换能单元设计及其性能测试 被引量:11
9
作者 王关全 杨玉青 +4 位作者 张华明 胡睿 魏洪源 熊晓玲 罗顺忠 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期494-498,共5页
以单晶硅基结型器件为基础,探讨其结构与辐射作用下电输出性能的关系,为辐射伏特效应同位素电池换能单元(PN结)设计提供依据。设计制作了两种可作为同位素电池换能单元用的单晶硅半导体PN结型器件,使用63Ni源辐照这些器件并测量其电输... 以单晶硅基结型器件为基础,探讨其结构与辐射作用下电输出性能的关系,为辐射伏特效应同位素电池换能单元(PN结)设计提供依据。设计制作了两种可作为同位素电池换能单元用的单晶硅半导体PN结型器件,使用63Ni源辐照这些器件并测量其电输出性能。结果表明,新设计的器件具有比原器件更大的开路电压、输出功率和能量转换效率。 展开更多
关键词 辐射伏特效应同位素电池 换能单元 电学性能
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PN结型器件在氚钛片辐照下电输出性能 被引量:5
10
作者 王关全 杨玉青 +4 位作者 张华明 胡睿 魏洪源 熊晓玲 高晖 《核技术》 CAS CSCD 北大核心 2009年第8期584-587,共4页
用多片具有不同金属钛膜厚度和充氚量的氚钛片对两种单晶硅基PN结型器件进行了辐照,在线测量了它们的电输出性能并进行了定性分析。结果表明,在本文所采用的钛膜厚度和氚量级下,器件输出短路电流等随充氚量增加而小幅增大,但不成正比关... 用多片具有不同金属钛膜厚度和充氚量的氚钛片对两种单晶硅基PN结型器件进行了辐照,在线测量了它们的电输出性能并进行了定性分析。结果表明,在本文所采用的钛膜厚度和氚量级下,器件输出短路电流等随充氚量增加而小幅增大,但不成正比关系;器件的掺杂浓度、结深等结构参数对器件电输出性能影响较大。 展开更多
关键词 PN结 氚钛片 辐射伏特效应同位素电池 电输出性能
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氚钛片辐照硅基半导体器件电学输出性能 被引量:4
11
作者 王关全 杨玉青 +4 位作者 张华明 胡睿 魏洪源 熊晓玲 罗顺忠 《同位素》 CAS 2009年第4期218-220,共3页
制备了多个不同厚度金属钛膜吸附不同量3H的氚钛片,利用这些源片辐照硅基半导体器件,测试并分析了它们的电学输出性能。结果表明,这些氚钛片辐照硅基半导体器件可以输出电流,但由于金属钛对氚源β射线的阻挡,器件输出电流和最大输出功... 制备了多个不同厚度金属钛膜吸附不同量3H的氚钛片,利用这些源片辐照硅基半导体器件,测试并分析了它们的电学输出性能。结果表明,这些氚钛片辐照硅基半导体器件可以输出电流,但由于金属钛对氚源β射线的阻挡,器件输出电流和最大输出功率与钛膜中贮氚量不呈正比增长关系,小的钛膜厚度有利于提高β射线能量利用率。 展开更多
关键词 氚钛片 辐射伏特效应同位素电池 电学输出性能
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GaN器件辐伏同位素电池的电输出性能研究 被引量:2
12
作者 王关全 杨玉青 +4 位作者 刘业兵 胡睿 李昊 钟正坤 罗顺忠 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期2365-2369,共5页
利用63 Ni和3 H源分别辐照两种可作为辐伏电池换能单元的GaN基PiN结型器件,其输出短路电流(Isc)和开路电压(Voc)分别为:对于63 Ni源,Isc=5.4nA,Voc=771mV;对于3 H源,Isc=10.8nA,Voc=839mV。其开路电压显著优于单晶硅基器件辐伏电池的输... 利用63 Ni和3 H源分别辐照两种可作为辐伏电池换能单元的GaN基PiN结型器件,其输出短路电流(Isc)和开路电压(Voc)分别为:对于63 Ni源,Isc=5.4nA,Voc=771mV;对于3 H源,Isc=10.8nA,Voc=839mV。其开路电压显著优于单晶硅基器件辐伏电池的输出结果,但与理论值有一定的差距。可能是GaN材料生长过程中产生的缺陷、电极欧姆接触不良以及器件结构等原因,导致短路电流和开路电压未能达到期望值。这些是提升GaN换能单元辐伏电池的电输出性能应解决的重要技术问题。 展开更多
关键词 辐伏同位素电池 GAN器件 电输出性能
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民用同位素电池的研究及其发展前景 被引量:2
13
作者 杨世清 李景泰 尚丙兰 《河南科学》 2015年第2期179-184,共6页
介绍了同位素电池的种类、工作原理、发展历史及应用现状,分析了不同核素的同位素电池功率输出与使用时间的关系,对适用于同位素电池的核素进行了对比,选出了适合民用同位素电池的核素.研究了增加同位素电池使用寿命的方法,并给出了实... 介绍了同位素电池的种类、工作原理、发展历史及应用现状,分析了不同核素的同位素电池功率输出与使用时间的关系,对适用于同位素电池的核素进行了对比,选出了适合民用同位素电池的核素.研究了增加同位素电池使用寿命的方法,并给出了实用的复合民用同位素电池模型,展现了未来同位素电池的广阔发展前景. 展开更多
关键词 同位素 衰变 半衰期 电池 RTG
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基于全无机钙钛矿量子点辐致荧光效应的同位素电池研究 被引量:1
14
作者 陈旺 汤晓斌 +2 位作者 刘云鹏 许志恒 张峥嵘 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期326-333,共8页
辐致光伏效应同位素电池因其具有小型化、长寿命等特点,已被广泛研究。研究工作主要致力于提升同位素电池的输出性能。本研究选取全无机钙钛矿量子点作为荧光材料,利用其发射光可调的特性以匹配不同的后端光伏器件,调控优化后同位素电... 辐致光伏效应同位素电池因其具有小型化、长寿命等特点,已被广泛研究。研究工作主要致力于提升同位素电池的输出性能。本研究选取全无机钙钛矿量子点作为荧光材料,利用其发射光可调的特性以匹配不同的后端光伏器件,调控优化后同位素电池的最大输出功率显著提升,可提高2.51~3.97倍。基于上述研究结果讨论了优化后端器件的适配性对于核探测和核医学成像等领域的应用价值和参考意义。 展开更多
关键词 全无机钙钛矿量子点 辐致光伏效应同位素电池 光谱调控
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辐伏同位素电池开路电压与温度关系分析 被引量:1
15
作者 王关全 王藩予 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第9期1820-1822,共3页
单晶硅PN结换能单元辐射伏特效应同位素电池(简称辐伏电池)开路电压温度效应很明显,通过分析与辐伏电池开路电压相关的因素,认为基本参数中基层掺杂浓度和短路电流对开路电压与温度的关系有显著影响,而顶层掺杂浓度影响非常小。大的基... 单晶硅PN结换能单元辐射伏特效应同位素电池(简称辐伏电池)开路电压温度效应很明显,通过分析与辐伏电池开路电压相关的因素,认为基本参数中基层掺杂浓度和短路电流对开路电压与温度的关系有显著影响,而顶层掺杂浓度影响非常小。大的基层掺杂浓度和短路电流对于较高温度环境中辐伏电池输出开路电压是有利的。 展开更多
关键词 辐伏同位素电池 温度效应 开路电压
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SiC辐射伏特式同位素电池的设计及制备研究 被引量:1
16
作者 张佳辰 韩运成 +2 位作者 任雷 王晓彧 李桃生 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期182-188,共7页
辐射伏特式同位素电池使用寿命长、易于小型化,是微能源领域的优良选择。使用宽禁带半导体材料作为电池换能元件理论具有更高的能量转换效率,然而实验制备的样品能量转换效率仍偏低,仅在1%水平。本文综合分析了能量转换效率影响因素,指... 辐射伏特式同位素电池使用寿命长、易于小型化,是微能源领域的优良选择。使用宽禁带半导体材料作为电池换能元件理论具有更高的能量转换效率,然而实验制备的样品能量转换效率仍偏低,仅在1%水平。本文综合分析了能量转换效率影响因素,指出制备工艺的重要性。通过理论计算与数值模拟方法,对比分析了4种代表性半导体材料PIN构型下同位素电池理论输出性能,结果显示PIN结构SiC电池理论效率最高,可达17%。结合制备工艺水平,针对PIN型SiC电池进行了优化设计,并进行了样品制备。在3.7×10^(8) Bq 63Ni源辐照条件下,电池样品获得短路电流8~10 nA、开路电压0.45~0.82 V、效率0.26%~0.60%。实验测试结果与理论设计值相比仍有一定差距,通过分析明确了表面工艺是未来提高电池性能的重点。 展开更多
关键词 辐射伏特式同位素电池 SIC PIN结构 能量转换效率
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^(238)Pu的辐照生产及制备 被引量:4
17
作者 孙寿华 周春林 +1 位作者 李子彦 王皓 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期17-20,共4页
介绍237Np靶件堆内辐照生产238Pu的途径及其相应物理过程。从237Np靶件几何设计、辐照靶件中237Np装量、238Pu产量及236Pu相对含量随时间的变化、238Pu辐照生产实验测量结果等方面分析了238Pu辐照生产技术,简单介绍靶件辐照后的化学分... 介绍237Np靶件堆内辐照生产238Pu的途径及其相应物理过程。从237Np靶件几何设计、辐照靶件中237Np装量、238Pu产量及236Pu相对含量随时间的变化、238Pu辐照生产实验测量结果等方面分析了238Pu辐照生产技术,简单介绍靶件辐照后的化学分离提纯、238Pu粉末和热源制作等工艺过程。 展开更多
关键词 同位素核电池 238Pu 237Np辐照 热源制作
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