專利名稱:復合型同位素電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于核技術應用一同位素電池領域，特別涉及直接接收型換能方式與熱電換能方式相結合的復合型同位素電池。
現(xiàn)有技術
在放射性同位素衰變過程中，會釋放大量的能量，把衰變能轉換成電能的裝置就是同位素電池，也稱核電池。
同位素電池種類繁多，有初級同位素電池、熱電轉換同位素電池、熱離子發(fā)射同位素電池、p-n結同位素電池、接觸電勢同位素電池、禾Ij用Y輻射的次級電子同位素電池及閃爍體_光電池型同位素電池等。
初級同位素電池，也稱作電荷直接接收型同位素電池，是由兩個極板組成，它們之間由真空或絕緣體材料分開，構成兩個電極，其中一個板上涂有放射性同位素，向著另一個板發(fā)射出α或β粒子。這些粒子在收集板上積累，形成電壓，接上外部負載電路，即可產生電流。
熱電轉換同位素電池是在熱電轉換的基礎上，利用放射性同位素產生熱，再應用熱電轉換裝置把熱能轉換成電能。熱電轉換型同位素電池的典型代表是美國軍方開發(fā)的 SNAP系列同位素電池。用于阿波羅飛船、無人氣象站、海軍浮標、海底聲納站等。
熱離子發(fā)射同位素電池是利用放射性同位素產生熱，加熱電子發(fā)射體，放出電子， 被收集體接收，在回路中產生電流。
p-n結同位素電池與太陽能電池非常相似的，只不過在p-n結同位素電池中用α 或β射線代替了太陽光作為能量源。
接觸電勢同位素電池α和β射線在氣體中會產生電離作用，生成大量帶電粒子，如果在氣體兩端加上電壓，帶電粒子會向相應電極運動，形成電流，產生電能。接觸電壓同位素電池就是利用不同金屬的接觸電壓達到分離帶電粒子的目的。
次級電子同位素電池是利用Y射線與物質相互作用產生高能次級電子。將這些電子收集，作為電源。
閃爍體-光電池型同位素電池是利用射線轟擊磷等物質時，發(fā)射熒光，在太陽能電池中電離出電子-空穴對載流子，這些載流子被收集產生電能。
在上述同位素電池中，熱電轉換同位素電池應用最廣，我國也研制出百毫瓦級熱電轉換同位素電池樣品；熱離子發(fā)射同位素電池僅有俄羅斯研制成功；P-n結同位素電池主要用于微機械電子系統(tǒng)(MEMs)中，提供nW量級的功率。其它同位素電池都因轉換效率太低或輸出功率太小而未得到實際應用。
目前，在初級同位素電池的基礎上，利用直接收集帶電粒子產生高電壓，進而轉換成機械能，然后通過壓電器件將機械能轉換成電能，已經開發(fā)出適用于給微機電系統(tǒng)能源供電的電源。美國康奈爾大學和威斯康星_麥迪遜大學開發(fā)的一種同位素電池是一個自給能往復式運動懸臂梁。在用硅材料制成的一個懸臂梁的自由端上連接了一塊銅片，和銅片面對面地放置了一塊正方形具有beta放射性的Ni-63輻射源。在懸臂梁的固定端連接了一塊壓電材料。Ni-63不斷發(fā)射出電子從而帶正電，銅片不斷接受M-63發(fā)射的電子從而帶負電。由于靜電力的作用，Ni-63和銅片互相吸引，使懸臂梁產生彎曲，在壓電材料內產生應力，從而有電能輸出。當Ni-63和銅片距離很近或接觸時，它們之間產生放電，靜電力消失，懸臂梁恢復原位，如此循環(huán)下去，源源不斷地輸出電能。通過周期性地充放電過程使銅片形變，使與之鏈接的壓電材料發(fā)生周期性電功率輸出。康奈爾大學和威斯康星-麥迪遜大學的課題組還開發(fā)出了利用該懸臂梁式同位素電池供給能量的一些原型電子處理器和光傳感器等器件。
這種同位素電池先把帶電粒子形成的電場能轉換成機械能，后又通過壓電器件將機械能轉換成電能，轉換效率低。
初級同位素電池的最大不足就是電流和功率太小。
發(fā)明內容
在充分分析了初級同位素電池的結構特點后，本發(fā)明提出了一種將初級同位素電池中產生的廢熱利用起來的結構裝置，即復合型核電池。
本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種復合型同位素電池，該復合型同位素電池由位于上部的直接接收型換能模塊和位于下部的熱電換能模塊構成；直接接收型換能模塊由射線接收極1、發(fā)射極板2和絕緣側壁3構成；熱電換能模塊由絕緣導熱墊片4、熱電偶陣列5和散熱片6構成，散熱片6上表面設置熱電偶陣列5，熱電偶陣列5上表面設置絕緣導熱墊片4 ；直接接收型換能模塊的發(fā)射極板2的下表面與熱電換能模塊的絕緣導熱墊片4 的上表面對接。
所述直接接收型換能模塊發(fā)射極板2上表面四周設置絕緣側壁3，發(fā)射極板2和射線接收極1通過絕緣側壁3隔離，發(fā)射極板2、射線接收極1和絕緣側壁3組成一個密閉空間，密閉空間的真空度大于等于10_3Pa，發(fā)射極板2上裝載有放射性同位素燃料。
所述熱電偶陣列5是由相同的熱電偶并聯(lián)或串聯(lián)組成。
所述直接接收型換能模塊上設置有第一電輸出端，直接接收型換能模塊產生的電流由第一電輸出端輸出。
所述熱電換能模塊上設置有第二電輸出端，熱電換能模塊產生的電流由第二電輸出端輸出。
此結構是在初級同位素電池的發(fā)射極板下方集成熱電轉換模塊，使同位素燃料反向發(fā)射的射線能量產生的熱可以充分地轉換成電能，從而提高初級同位素電池的能量轉換效率以及優(yōu)化電流和功率的輸出性能。
這種新型的復合型同位素電池巧妙地利用了初級同位素電池的結構特點，在不影響初級同位素電池性能特點的情況下，加入廢熱利用裝置，可以提高整個電池左右的能量轉換效率。而且隨著初級同位素電池輸出效率的提高，復合型同位素電池的優(yōu)勢就越明顯。
附圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明的內容作進一步詳細說明。
參見圖1，一種復合型同位素電池，該復合型同位素電池由位于上部的直接接收型換能模塊和位于下部的熱電換能模塊構成；直接接收型換能模塊由射線接收極1、發(fā)射極板2和絕緣側壁3構成；熱電換能模塊由絕緣導熱墊片4、熱電偶陣列5和散熱片6構成， 散熱片6上表面設置熱電偶陣列5，熱電偶陣列5上表面設置絕緣導熱墊片4 ；直接接收型換能模塊的發(fā)射極板2的下表面與熱電換能模塊的絕緣導熱墊片4的上表面對接。
所述直接接收型換能模塊發(fā)射極板2上表面四周設置絕緣側壁3，發(fā)射極板2和射線接收極1通過絕緣側壁3隔離，發(fā)射極板2、射線接收極1和絕緣側壁3組成一個密閉空間，密閉空間的真空度大于等于10_3Pa，發(fā)射極板2上裝載有放射性同位素燃料。
所述熱電偶陣列5是由相同的熱電偶并聯(lián)或串聯(lián)組成。
所述直接接收型換能模塊上設置有第一電輸出端，直接接收型換能模塊產生的電流由第一電輸出端輸出。
所述熱電換能模塊上設置有第二電輸出端，熱電換能模塊產生的電流由第二電輸出端輸出。
可以根據(jù)負載對電性能的具體要求，設計相應的外電路以耦合和優(yōu)化上述兩輸出端。
以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施方式
僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明由所提交的權利要求
書確定專利保護范圍。
權利要求
1.一種復合型同位素電池，其特征在于該復合型同位素電池由位于上部的直接接收型換能模塊和位于下部的熱電換能模塊構成；直接接收型換能模塊由射線接收極(1)、發(fā)射極板(2)和絕緣側壁(3)構成；熱電換能模塊由絕緣導熱墊片(4)、熱電偶陣列(5)和散熱片(6)構成，散熱片(6)上表面設置熱電偶陣列(5)，熱電偶陣列(5)上表面設置絕緣導熱墊片(4)；直接接收型換能模塊的發(fā)射極板(2)的下表面與熱電換能模塊的絕緣導熱墊片(4)的上表面對接，發(fā)射極板(2)上裝載有放射性同位素燃料。
2.根據(jù)權利要求
1所述一種復合型同位素電池，其特征在于所述直接接收型換能模塊發(fā)射極板(2)上表面四周設置絕緣側壁(3)，發(fā)射極板(2)和射線接收極(1)通過絕緣側壁(3)隔離，發(fā)射極板(2)、射線接收極(1)和絕緣側壁(3)組成一個密閉空間，密閉空間的真空度大于等于10_3Pa。
3.根據(jù)權利要求
1所述一種復合型同位素電池，其特征在于所述熱電偶陣列(5)是由相同的熱電偶并聯(lián)或串聯(lián)組成。
4.根據(jù)權利要求
1所述一種復合型同位素電池，其特征在于所述直接接收型換能模塊上設置有第一電輸出端，直接接收型換能模塊產生的電流由第一電輸出端輸出。
5.根據(jù)權利要求
1所述一種復合型同位素電池，其特征在于所述熱電換能模塊上設置有第二電輸出端，熱電換能模塊產生的電流由第二電輸出端輸出。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種復合型同位素電池，該電池由位于上部的直接接收型換能模塊和位于下部的熱電換能模塊構成；直接接收型換能模塊由射線接收極、發(fā)射極板和絕緣側壁構成，發(fā)射極板上表面四周設置絕緣側壁，發(fā)射極板和射線接收極通過絕緣側壁隔離，發(fā)射極板、射線接收極和絕緣側壁組成一個密閉空間，密閉空間的真空度大于等于10-3Pa，發(fā)射極板上裝載有放射性同位素燃料；熱電換能模塊由絕緣導熱墊片、熱電偶陣列和散熱片構成，散熱片上表面設置熱電偶陣列，熱電偶陣列上表面設置絕緣導熱墊片；通過發(fā)射極板的下表面與絕緣導熱墊片的上表面對接、將直接接收型換能模塊和熱電換能模塊連接成一個整體。
文檔編號G21H1/10GKCN101552046SQ200910022320
公開日2011年8月31日 申請日期2009年5月4日
發(fā)明者張鵬, 彭振馴, 賀朝會 申請人:西安交通大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (5), 非專利引用 (1),