При разработке радиоизотопных источников электрического питания длительного срока службы для различных применений (в космической отрасли, медицине, нано- и микросистемной технике, криптографии и телекоммуникациях) одним из важных вопросов является определение температурного диапазона их надежной работы. В работе исследовано влияние отрицательных и положительных температур в диапазоне от -60 до +60 °С на выходные параметры радиоизотопных источников электрического питания на основе двойного преобразования энергии. Показано, что в указанных диапазонах температур напряжение холостого хода радиоизотопного источника меняется в 4 раза. При этом максимальное значение отдаваемой в нагрузку мощности реализуется при температуре около 0 °С. Проведен анализ влияния температуры на все стадии преобразования энергии. Исследования показали, что значительное снижение напряжения холостого хода и форма кривой отдаваемой мощности определяются двумя механизмами: снижением с температурой интенсивности свечения радиолюминесцентных источников света (температурное гашение люминесценции) и снижением эффективности фотопреобразователей. При этом в интервале отрицательных температур (от -60 до 0 °С) снижение эффективности фотопреобразователей выражено слабо и основной вклад в изменение выходных параметров источников вносит температурное гашение люминесценции в источнике света. В интервале положительных температур оба процесса оказывают значительное влияние на снижение выходного напряжения и мощности. Разработанные радиоизотопные источники электрического питания на основе двойного преобразования могут найти применение в электронной аппаратуре, эксплуатирующейся при пониженных температурах, например в условиях Крайнего Севера.
Алексеев Александр Сергеевич
Научно-исследовательский технологический институт им. С.П. Капицы УлГУ, г. Ульяновск, Россия; Ульяновский государственный университет, г.Ульяновск, Россия
Сомов Андрей Ильич
Научно-исследовательский технологический институт им. С.П. Капицы УлГУ, г. Ульяновск, Россия
1. Olsen L.C., Cabauy P., Elkind B.J. Betavoltaic power sources // Physics Today. – 2012. – Vol. 65. – No. 12. – P. 35–38.
2. Betavoltaic battery performance: Comparison of modeling and experiment / A.A. Svintsov, A.A. Krasnov, M.A. Polikarpov et al. // Applied Radiation and Isotopes. – 2018. – Vol. 137 – P. 184–189.
3. Ануфриев Ю.В., Зенова Е.В., Воронков Э.Н. Оценка перспективы применения бета-электрических батарей в микромощных автономных устройствах // Нано- и микросистемная техника. – 2018. – Т. 20. – № 6. – P. 356–367.
4. Возможности применения бетавольтаического источника питания для пита-ния имплантируемых устройств / А.А. Краснов, С.А. Леготин, С.И. Диденко и др. // Материалы Междунар. науч.-практич. конф. «Медицинские импланты». – 2016. – Курск: ГБОУ ВПО Курский государственный медицинский университет Минздрава России ООО «МедТестИнфо», 2016. – P. 68.
5. Yunpeng L., Xiao G., Zhangang J., Xiaobin T. Temperature dependence of 63Ni-Si betavoltaic microbattery // Applied Radiation and Isotopes. – 2018. – Vol. 135 – P. 47–56.
6. Cheu D.S., Adams T.E., Revankar S.T. Experiments and modeling on effects of temperature on electrical performance of a betavoltaic // Nuclear Engineering and De-sign. – 2017. – Vol. 325 – P. 256–260.
7. Двойное преобразование энергии в радиоизотопном источнике питания / В.В. Светухин, С.Г. Новиков, А.В. Беринцев и др. // Изв. вузов. Электроника. – 2016. – Т. 21. – № 5. – С. 429–434.
8. Михальченко Г.А. Радиолюминесцентные излучатели. – М.: Атомиздат, 1988. – 152 с.
9. Hill C.G.A., Klasens H.A. The influence of temperature on the efficiencies of zinc sulfide phosphors containing silver and cobalt // Journal of The Electrochemical Society. – 1949. – Vol. 96. – No. 5. – P. 275–286. – URL: http://jes.ecsdl.org/content/96/5/275.full.pdf+html (дата обращения: 01.10.2018).
10. Osada Kikusaburo. Thermoluminescence of zinc sulfide phosphors // Journal of the Physical Society of Japan. – 1960. – Vol. 15. – No. 1. – P. 145–149. – URL: https://doi.org/10.1143/JPSJ.15.145 (дата обращения: 01.10.2018).
11. Outdoor performance of amorphous silicon and polycrystalline silicon PV mod-ules / Kholid Akhmad, Akio Kitamura, Fumio Yamamoto et al. // Solar Energy Materials and Solar Cells. – 1997. – Vol. 46. – No. 3. – P. 209–218. – URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0927024897000032 (дата обращения: 01.10.2018).
12. Effective conversion efficiency enhancement of amorphous silicon modules by operation temperature elevation / M. Kondo, H. Nishio, S. Kurata et al. // Solar Energy Materials and Solar Cells. – 1997. – Vol. 49. – No. 1. – P. 1–6. – URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0927024897001682 (дата обращения: 01.10.2018).