1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2019-24-2-151-159621.311.61Элементы интегральной электроникиInvestigation of Influence of Temperature on Output Parameters of Nuclear Power Sources of Electric Supply Based on Double Step Conversion of Radioactive Decay EnergyИсследование влияния температуры на выходные параметры радиоизотопных источников электрического питания на основе двойного преобразования энергии радиационного распадаНовиков Сергей Геннадьевич НовиковСергей Геннадьевич GennadevichNovikov SergeyNovikov Sergey GennadevichБеринцев Алексей Валентинович БеринцевАлексей Валентинович ValentinovichBerintsev AlekseyBerintsev Aleksey ValentinovichАлексеев Александр Сергеевич АлексеевАлександр Сергеевич SergeevichAlekseev AleksandrAlekseev Aleksandr SergeevichСомов Андрей Ильич СомовАндрей Ильич IlichSomov AndreySomov Andrey IlichСветухин Вячеслав Викторович СветухинВячеслав Викторович ViktorovichSvetukhin VyacheslavSvetukhin Vyacheslav ViktorovichНаучно-исследовательский технологический институт им. С.П. Капицы УлГУ, г. Ульяновск, РоссияНаучно-исследовательский технологический институт им. С.П. Капицы УлГУ, г. Ульяновск, Россия; Ульяновский государственный университет, г.Ульяновск, РоссияНПК «Технологический центр», г.Москва, Россия151159http://ivuz-e.ru/issues/2-_2019/issledovanie_vliyaniya_temperatury_na_vykhodnye_parametry_radioizotopnykh_istochnikov_elektricheskog/

In development of radio isotope electric feed sources of long-term service for various application in the space branch, medicine, nano-and microsystem equipment, cryptography and telecommunications one of the most important issue is the determination of their reliable operation temperature range. In the work the influence of the negative and positive temperatures in the range from -60 to +60 °C to the output parameters of radio isotope sources of electrical feed, based on the energy double conversion has been investigated. It has been shown that in the indicated temperature ranges the voltage of the radio isotope idle running is 4 times increased. In this case the maximum value of the returned power loading is realized at temperature near 0 °C.The influence of temperature on all stages of the energy conversion has been analyzed. The investigations demonstrate that a significant reduction of the idle running and the shape of the returned power curve are determined by two mechanisms: a decrease in the luminous intensity of radioluminescent light sources (temperature quenching of lumninescence emission) and a decrease in the efficiency of the photoconverters. In this case, the decrease in the efficiency of photoconverters is weakly expressed in the negative temperature range (from -60 to 0 °C), and the main contribution, to the change of the output parametrers of the power sources is made by the thermal quenching of luminescence in the light source. In the positive temperature range both processes have a significant effect on the reduction of the output voltage and power.

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.

тритиевый источник питаниярадиолюминесцентный источник светафотоэлектрический источник питанияфотовольтаика Olsen L.C., Cabauy P., Elkind B.J. Betavoltaic power sources // Physics Today. – 2012. – Vol. 65. – No. 12. – P. 35–38.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.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.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.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.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.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.Михальченко Г.А. Радиолюминесцентные излучатели. – М.: Атомиздат, 1988. – 152 с.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).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).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).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).