я в тонкоплівкових електролюмінесцентних приладах. Така батарея зображена на малюнку 6.
Малюнок 6 - Схематичне зображення тонкопленочного перетворювача
Переваги тонкоплівкових люмінофорів полягають у наступному. По-перше, тонкоплівкова технологія вигідна для мініатюризації перетворювачів непрямого перетворення. По-друге, люмінесцентні плівки можуть бути нанесені безпосередньо на фотогальванічний елемент. По-третє, відсутня самопоглинання і розсіювання світла.
Як вже зазначалося, випромінювання не взаємодіє з ФОТОПЕРЕТВОРЮВАЧІВ, проте вихідні характеристики знижуються з часом. Причиною цього злучити деградація люмінофорного матеріалу при опроміненні. В роботі [12] проводилися експерименти швидкістю спаду інтенсивності випромінювання різних люмінофорів з часом при опроміненні частинками тритію, в порівнянні з розпадом самого тритію. Експеримент показав, що спад яскравості як мінімум в два рази швидше, ніж спад активності тритію. Альфа-ізотопи з більш високою енергією надають ще більш швидкий спад інтенсивності люмінофора.
. 4 Дослідження прямого перетворення іонізуючого випромінювання
Найбільш простий спосіб для перетворення ядерної енергії - це встановити радіоактивний ізотоп в безпосередній близькості від твердотільного напівпровідника.
Бетавольтаіческій ефект був відкритий в 1951 році минулого століття [13], але останнім часом інтерес до нього істотно виріс з причини перспективи впровадження в технологію МЕМС.
За принципом дії ядерні батареї подібні з сонячними батареями, які перетворюють енергію фотонів в електрику з тією лише різницею, що вони працюють на ефекті генерації електрики в pn переході при прольоті бета-частинки. Електрони утворюються за рахунок кінетичної енергії бета-частинок, взаємодіючих в напівпровіднику. Принцип роботи показаний на малюнку 7.
Малюнок 7 - Принцип дії бетавольтаіческой батареї
Бета-частинка проникає в pn перехід і, стикаючись з атомами, створює електронно-діркові пари (ЕДП). Частина кінетичної енергії втрачається на решітці. Частка з енергією 5 кеВ може створити більше 1000 ЕДП. Створені електронно-діркові пари всередині збідненої області розтягуються полем до n-типом і до p-типом відповідно.
. 4.1 Перетворення енергії бета розпаду в електричну енергію з використанням твердотільних напівпровідників
Раппапорт описав бетавольтаіческій ефект в 1953 році [14]. Він досліджував роботу сплавного напівпровідникового pn переходу, поєднаного з джерелом бета-випромінювання Sr90/Y90, активністю в 50 мКи. Кожна така комірка давала 0,8 мкВт потужності при середній ефективності порядку 0,2%.
Ефективність перетворення визначається енергією генерації електронно-діркової пари і шириною забороненої зони. Енергія формування електронно-діркової пари визначає струм короткого замикання, а ширина забороненої зони визначає напругу розімкнутого ланцюга. Ефективність перетворення визначається виразом:
(1)
де Iкз - струм короткого замикання; Uxx - напруга холостого ходу;
FF - форм фактор; P?- Випромінювана потужність радіоізотопом. Загальна ефективність системи залежить як від ефективності джерела, так і від ефективності перетворення приймача випромінювання. На малюнку 8 показана теоретично розрахована залежність ефективності перетворення іонізуючого випромінювання від ширини забороненої зони напівпровідника. Ефективність перетворення зростає з шириною забороненої зони і може досягати значень порядку 30% для таких широкозонних матеріалів, як GaN і AlN. Ефективність джерела залежить від енергії частинок, що випускаються і товщини радіоізотопного шару [15].
Малюнок 8 - Теоретична залежність ефективності перетворення від ширини забороненої зони напівпровідника
У 1974 році L. Olsen створив бетавольтаіческую батарейку для кардіостимуляторів на основі прометия - 147 [16]. Батарейка складалася з почергових шарів кремнію і прометия - 147 у складі оксиду Pm2O3. Ефективність даної батарейки досягала 4%, з вихідною потужністю до 400 мкВт. Велика частина обсягу батарейки відводилася для екранування осколків гамма-випромінювання ізотопу прометия - 146, яким був забруднений Pm147.
Малюнок 9 - Внутрішній пристрій бетарейкі
З тих пір, дослідження даного питання були спрямовані на перевірку нових радіоізотопів і напівпровідникових матеріалів. Дана робота не вилилася ні в що конкретне: отримані структури мали обмежені можливості вихідної потужності та ефективності. Поліпшення ефективності - ключова проблема при створенні бетавольтаіческіх батарей в умовах високої вартості матеріалів, складнощів технологічного процесу...
