Радионуклидные термоэлектрические генераторы РИТЭГи

Применение, устройство и характеристики радионуклидных термоэлектрических генераторов – РИТЭГ

Радионуклидный термоэлектрический генератор – РИТЭГ основан на преобразовании тепла, выделяемого при радиоактивном распаде радионуклида, в электрическую энергию постоянного тока с помощью полупроводниковой термоэлектрической батареи (далее ПТЭБ).

Основными областями сегодняшнего и перспективного применения РИТЭГ являются:

  1. Использование их в качестве источников электропитания навигационных объектов (световых маяков, радиомаяков, радиомаяков-ответчиков, навигационных и створных знаков), расположенных в удаленных и труднодоступных участках побережья и островов морей, омывающих территорию России, в том числе вдоль трассы Северного морского пути.
  2. Использование их для электропитания сейсмической аппаратуры непрерывного контроля сейсмической активности в целях обнаружения ядерных испытаний.
  3. Использование их для электропитания автономных пунктов радиорелейных линий связи и автономных пунктов метеонаблюдения..
  4. Использование их в качестве источников питания научной аппаратуры космического и подводного назначения, аппаратуры охранной сигнализации особо важных объектов.

Радионуклидные термоэлектрические генераторы по своему принципу действия являются наиболее надежными автономными источниками электрической энергии постоянного тока. Они работают при глубоких отрицательных и высоких положительных температурах окружающей среды, в космосе, на земле, под землей и под водой. Радионуклидные термоэлектрические генераторы характеризуются выходной электрической мощностью от долей Ватт до десятков Ватт и выходным электрическим напряжением от единиц вольт до десятков вольт, необслуживаемым сроком службы более десяти лет.

Нашедший наиболее широкое применение в народном хозяйстве РИТЭГ типа Бета-М показан на рис. 1. Всего было изготовлено и эксплуатировалось свыше 800 штук.

РИТЭГ характеризуется следующими параметрами:

— необслуживаемым сроком службы по фактическим по результатам эксплуатации до 20 лет;

— выходной электрической мощностью в начале срока службы – не менее 9,0 Вт;

— рабочим выходным электрическим напряжением –14 В;

— массой – 550 кг;

-диапазоном рабочих температур – от минус 60 до + 50 ºС.

В данном РИТЭГ в качестве источника тепла использован радионуклидный источник тепла РИТ-90-230, на основе радионуклида стронция-90, тепловой мощностью 230 Вт.

Конструктивная схема РИТЭГ типа Бета-М, которая характерна и для РИТЭГ других типов.

Основными элементами РИТЭГ являются:

— радионуклидный источник тепла РИТ-90;

— полупроводниковая термоэлектрическая батарея ПТЭБ;

— радиационная (биологическая) защита;

— радиатор для сброса тепла.

Основные характеристики разработанных РИТЭГ ваттного диапазона электрической мощности с использованием радионуклидных источников тепла на основе Стронция-90 приведены в таблицах 1 и 2, а фотографии некоторых из них – на рисунках 1 и 2.

РИТЭГ

Рисунок 1.

Основные характеристики низкотемпературных РИТЭГ на стронции-90:

Таблица 1

П/п Параметр Тип РИТЭГ
Бета-М Эфир ИЭУ-1 ИЭУ-2 ИЭУ-2М Пингвин 57 ИК
1 Выходная электрическая

мощность в начале

срока службы, Вт

9,0 30 80* 14* 20* 2,0 0,5
2 Напряжение на

номинальной нагрузке, В

6 или 14   35     24     6     14      3,0   1,3
3 Тепловая

мощность РИТ, Вт

   230  680   2130   580   650     60   29
4 Габаритные размеры, мм

— диаметр (длина)

— высота

— ширина

600

655

805

1275

(1510)

1350

760

900

720

(900)

870

750

400

300

400

360

5 Масса, кг    565 1200 2300   746   600     300    80
6 Срок службы, лет    20   20   20   20    20      20  20
7 КПД, %    3,9   4,4   3,7    2,4    3,1    3,35    1,7

* — в течение всего срока службы

Основные характеристики среднетемпературных РИТЭГ на стронции -90

Таблица 2

П/п Параметр Тип РИТЭГ
Граб Гонг Горн Сеностав
1 Выходная электрическая

мощность в начале

срока службы, Вт

120 18 60 80*
2 Напряжение на

номинальной нагрузке, В

28 или 14

или 7

  14 28 или 14

или 7

    28
3 Тепловая

мощность РИТ, Вт

  1698  300   1091   1794
4 Габаритные размеры, мм

— диаметр (длина)

— высота

— ширина

850

990

680

945

850

1230

(920)

1450

760

5 Масса, кг    850   600 1050   1250
6 Срок службы, лет   20   20   20  20
7 КПД, %     7,0    6,0    5,5    4.5
РИТЭГ

РИТЭГ Сеностав

Рисунок 2.

Используемый радионуклиды

Стронций -90

Продукт работы ядерных реакторов, относится к радиоактивным отходам.

Период полураспада 28 лет.

Требует массивной радиационной защиты

(удельная эл. мощность генераторов 0,06 Вт/кг).

Масса РИТЭГ на Стронции-90- 500 -2000 кг.

Используются исключительно в стационарных устройствах.

Себестоимость изготовления низкая.

  

Другой класс РИТЭГ — это генераторы ваттной мощности с использованием радионуклидных источников тепла на основе плутония-238 для специальных целей или изготовленных по специальному заказу.

Основные технические характеристики некоторых РИТЭГ этого класса приведены в табл. 3.

Таблица 3

П/п Параметр Тип РИТЭГ (условный номер)
      1         2        3     4
1 Выходная электрическая

мощность в начале

срока службы, Вт

   0,02     2,9       12,0      9,0
2 Напряжение на

номинальной нагрузке, В

    3,0      3,5       3,5       3,5
3 Тепловая

мощность РИТ, Вт

    1,5      85       200      170
4 Габаритные размеры, мм

— диаметр

— высота

60

70

200

234

300

300

250

255

5 Масса, кг     0,2       9         22       15
6 Срок службы, лет     50      20         20       20
7 КПД, %     1,3      3,4         5,9       5,1

РИТЭГ электрической мощностью 12 Вт показан на Рисунке 3

РИТЭГ 2

Рис. 3

Используемые радионуклиды

Плутоний – 238

Период полураспада 87 лет.

Удельное тепловыделение 0,49 Вт/г (оксид PuO2)

Радиационная защита не требуется

Изотоп нарабатывается целенаправленно. Производство прекращено. Запасы крайне ограничены. Изготавливаются изделия в единичных экземплярах космического и специального применения.

Наработка остановлена по международным соглашениям.

При необходимости наработка может быть возобновлена на уровне до 5000 тепловых Ватт в год.

Себестоимость производства высокая.