摘要：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。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：采用蒙特卡罗方法开展了氚基同位素电池在辐致伏特效应和辐致光伏效应两种不同能量转换模式下的性能研究。探讨了换能材料的几何物理参数对电池电学输出性能的影响,设计制备了单层和叠层两类氚基同位素电池,测试分析了增大氚源强度、采用叠层构型两种方式对电池电学输出的提升效果。模拟结果表明:Si、SiC、GaAs光伏组件均可用于辐致伏特效应氚基同位素电池换能,且存在各自最佳厚度参数,使得电池电学输出性能达到最优,分别为3.8μm、2.2μm、1.7μm;对于辐致光伏效应氚基同位素电池,可通过调整ZnS∶Cu荧光层的厚度,使出射的荧光辐照度达到最大,进而优化电池电学输出性能。结果提示,增大氚源强度、采用叠层构型均可实现氚基同位素电池最大输出功率等电学参数的有效提升,其中并联叠层的最大输出功率可达到106.138 nW,相比于单层构型增幅超过64%。

摘要：采用理论模拟和实验方法,开展单晶硅PN结能量转换器件的结构参数和性能对氚源和147Pm源加载下的同位素电池输出性能影响研究.结果显示:同样的能量转换器件参数(包括表面钝化层厚度、顶层掺杂浓度和厚度、基层掺杂浓度和厚度、器件的漏电流等)对不同加载放射源的辐伏同位素电池输出性能影响相差较大.该结果对选择不同加载源的辐伏同位素电池能量转换器件设计具有较大指导和参考作用.

摘要：放射性同位素温差电池(RTG)不受太阳光和其他环境条件的影响,可以同时为航天器提供电能和热能,是较理想的月球和深空探测电源。在介绍了RTG的工作原理,回顾了国外RTG的应用历史,评述了RTG的发展趋势之后,讨论了应用于深空探测的RTG在优化配置过程中应当考虑的一些问题,评述了深空探测RTG的技术关键,包括RTG设计、温差电换能器技术、同位素热源及其安全技术、热管理技术和电源管理技术。最后,提出了关于RTG发展战略的建议。