The object of research, development or design (in Russian) : Радиоизотопные термоэлектрические генераторы

The object of research, development or design (in Kazakh) : Радиоизотоптық термоэлектрлік генераторлар

Aim of work (in Russian) : Целью предлагаемого научного проекта является разработка научно-технических основ производства радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ), сочетающих в себе высокоэффективный термоэлектрический материал и радиационно-безопасные изотопы с оптимальными техническими параметрами. Уникальные РИТЕГ применимы для длительного энергообеспечения аппаратов, в первую очередь, при исследовании космоса и планет, в работе электроники – в труднодоступных регионах Казахстана и мира.

Aim of work (in Kazakh) : Ұсынылған ғылыми жобаның мақсаты - жоғары тиімді термоэлектрлік материал мен радиациялық қауіпсіз изотоптарды оңтайлы техникалық параметрлермен біріктіретін радиоизотоптық термоэлектрлік генераторларды (РИТЭГ) өндірудің ғылыми-техникалық негіздерін әзірлеу болып табылады. Бірегей РИТЕГ аппараттарды ұзақ уақыт энергиямен қамтамасыз ету үшін, ең алдымен ғарыш және планеталарды зерттеу кезінде, электроника жұмысында – Қазақстан мен әлемнің жетуі қиын өңірлерінде қолданылады.

Методы исследования (на русском) : В качестве методов получения суперионных ВЭТЭМ мы используем методы ЭПИ: ампульный твердофазный синтез, золь-гель метод, низкотемпературный синтез, ЭГД- метод нанодиспергирования (электрогидродинамический удар), холодное и горячее прессование и другие. В качестве методов управления оптимальными параметрами (нестехиометрия, концентрация легирующей примеси, размеры частиц) получаемых материалов применяются: легирование и замещение, кулонометрическое титрование, наноструктуризация и термообработка. Для измерения электронной и ионной проводимости, коэффициентов термо-эдс, диффузии используются современные измерительные ячейки с соответствующими электронными и ионными фильтрами и зондами. Методика измерений учитывает смешанную электронно-ионную проводимость ВЭТЭМ, концентрационную поляризацию в материале и его временную зависимость для определения коэффициента химической диффузии. Применяемые методы апробированы и достоверны. Электронное удельное сопротивление и коэффициент Зеебека измеряются на установке ZEM-3M8. Теплоемкость и теплопроводность определяются приборами Netzsch LFA457 и Netzsch DSC 200F3 (Germany,2017). Для надежного определения теплопроводности мы используем метод сравнения с эталоном.

Методы исследования (на казахском) : Жоғары иондық ЖТТМ алу әдістері ретінде біз келесі әдістерді қолданамыз: ампулалық қатты фазалық синтез, золь-гель әдісі, төмен температуралық синтез, EHD нанодисперсия әдісі (электрогидродинамикалық әсер), суық және ыстық престеу және т.б. Алынған материалдардың оңтайлы параметрлерін (нестохиометрия, қоспа концентрациясы, бөлшектердің өлшемдері) бақылау үшін келесі әдістер қолданылады: қоспалау және алмастыру, кулонометриялық титрлеу, наноқұрылымдау және термиялық өңдеу. Электрондық және иондық өткізгіштікті, термо-эмф коэффициенттерін және диффузияны өлшеу үшін сәйкес электронды және иондық сүзгілері мен зондтары бар заманауи өлшеуіш ұяшықтар қолданылады. Өлшеу әдістемесі ХФҚ аралас электронды-иондық өткізгіштігін, материалдағы концентрацияның поляризациясын және химиялық диффузия коэффициентін анықтау үшін оның уақытқа тәуелділігін ескереді. Қолданылған әдістер сыналған және сенімді. Электрондық меншікті кедергі және Зеебек коэффициенті ZEM-3M8 қондырғысы арқылы өлшенеді. Жылу сыйымдылығы мен жылу өткізгіштігі Netzsch LFA457 және Netzsch DSC 200F3 құралдарымен анықталады (Германия, 2017 ж.). Жылу өткізгіштігін сенімді анықтау үшін стандартпен салыстыру әдісін қолданамыз.

Obtained results and novelty (in Russian) : В ходе выполнения проекта произведен отбор оптимальных радионуклидов и обоснована практическая возможность создания высокоэффективного радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ) на основе америция-241. Синтезированы и получены новые суперионные халькогенидные материалы в виде нанодисперсных порошков с заданными параметрами (нестехиометрия, концентрация легирующей примеси, размеры частиц) при различных условиях (методика и температура синтеза, среда, состав прекурсоров и другие). Аттестованы новые высокоэффективные термоэлектрические материалы (ВЭТЭМ). Экспериментально изучены термоэлектрические, тепловые и диффузионные свойства новых материалов в зависимости от метода и условий синтеза, размеров частиц, нестехиометрии состава, концентрации легирующего компонента и температуры. Определены фактор термоэлектрической мощности и безразмерной термоэлектрической добротности синтезированных материалов. Разработаны методики целенаправленного синтеза ВЭТЭМ на основе легированных нанокомпозитных халькогенидов. Разработана концепция и физическая модель для имитации преобразования тепловой энергии радиоактивного излучения в энергию электрическую. Разработаны электрические схемы, для демонстрации и наглядной визуализации ядерно-физических процессов РИТЕГ. Будет разработан эскиз и 3D-модель макета РИТЕГ. Изготовлена конструкция действующего макета РИТЕГ.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Жобаны орындау барысында оңтайлы радионуклидтер іріктеліп алынды және америция-241 негізінде жоғары тиімді радиоизотоптық термоэлектрлік генераторды (РИТЭГ) құрудың практикалық мүмкіндігі негізделді. Белгіленген параметрлерге ие нанодисперсті ұнтақтар түріндегі жаңа суперионды халькогенидті материалдар (стехиометриялы емес, қоспалауыш қоспаның концентрациясы, бөлшектердің өлшемдері) әртүрлі жағдайларда (синтез әдістемесі мен температурасы, орта, прекурсорлардың құрамы және басқалар) синтезделіп, алынды. Жаңа жоғары тиімді термоэлектрлік материалдар (ЖТТМ) аттестатталды. Жаңа материалдардың термоэлектрлік, жылулық және диффузиялық қасиеттері синтез әдісі мен шарттарына, бөлшектердің өлшемдеріне, құрамның стехиометриясына, қоспалауыш компоненттің концентрациясына және температураға байланысты эксперименталды түрде зерттелді. Термоэлектрлік қуат факторы және синтезделген материалдардың өлшемсіз термоэлектрлік сапалылығы анықталды. Қоспалағыш нанокомпозиттік халькогенидтер негізінде ЖТТМ-ды мақсатты синтездеу әдістері жасалды. Радиоактивті сәулеленудің жылу энергиясын электр энергиясына айналдыруды модельдеу үшін тұжырымдама мен физикалық модель жасалды. РИТЕГ орындалатын ядролық-физикалық процестерді көрсету және визуализациялау мақсатында электрлік схемалар әзірленді. РИТЕГ макетінің эскизі мен 3D моделі әзірленетін болады. Қолданыстағы РИТЕГ макетінің конструкциясы құрастырылды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Развитие перспективных наукоемких технологий

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Ғылыми келешегі зор технологиялар

Level of implementation (in Russian) : Не внедрено

Level of implementation (in Kazakh) : Еңгізілмеген

Efficiency (in Russian) : Все работы выполнены в соответствие с календарным планом

Efficiency (in Kazakh) : Барлық жұмыстар кестеге сәйкес жасалды.

Field of application (in Russian) : военно-космические организации СНГ и мира; предприятия, выпускающие термоэлектрические генераторы и полупроводниковые холодильники.

Field of application (in Kazakh) : ТМД және дүние жүзінің әскери ғарыш ұйымдары; термоэлектрлік генераторлар мен жартылай өткізгіш тоңазытқыштар шығаратын кәсіпорындар.