Атомна батерия и нейния принцип на действие. Създадена е уникална ядрена батерия

Първо мобилен телефоне създаден преди повече от четиридесет години. Науката, разбира се, напредва. И кой би си помислил по онова време, че четиридесет години по-късно атомната ще се появи?Да, науката не напредва скокообразно, но все още със значителни пробиви в много области, особено в напоследък. И тази статия ще бъде посветена специално на темата за използването на атомни батерии в съвременните устройства.

Въведение

Сега пазарът на смартфони е един от най- обещаващи посокиелектроника. Тази област се развива динамично, без да спира нито за минута. Изглежда, че iPhone 3 току-що е пуснат в продажба, а iPhone 6 и iPhone 6 Plus вече са на рафтовете на магазините за клетъчна комуникация. Струва ли си да говорим за това какъв път са преминали инженерите на компанията, за да зарадват потребителите с най-новия хардуер?

Същото може да се каже за Android и Windows Phone. Само преди няколко години целият училищен клас се събра около късметлията, който имаше телефон, базиран на операционната система Android. И когато някой успееше лично да играе на приложение, в което можете да контролирате действието чрез завъртане на екрана (особено ако тази игра беше състезателна), той буквално сияеше от щастие.

В наши дни това няма да изненада никого. Дори първокласниците вече тихо използват телефоните на Apple без особена радост или наслада, без да осъзнават какви късметлии са всъщност. Разбира се, те просто не знаят, че някога е имало телефони, които са работили с помощта на бутони, а не с сензорни контроли. Че тези телефони имаха само няколко игри. И че дори змия на двуцветен екран е повод за безгранична наслада за децата от онова време и те я играят почти дни наред.

Разбира се, тогава игрите бяха с много по-ниско качество. Възможно е да използвате такива телефони няколко дни без презареждане. Сега игралната индустрия в областта на смартфоните е достигнала по-високо ниво на качество и това изисква по-мощни телефонни батерии. Колко време според вас може да издържи най-модерният, най-мощният като издръжливост на батерията смартфон?

Имаме ли нужда от ядрена батерия?

Уверяваме ви, че дори и при пасивно използване той (смартфонът) едва ли ще издържи повече от 3 дни. Както в съвременните смартфони, се използва тип. Моделите, захранвани от полимерни батерии, са малко по-рядко срещани. Всъщност такива телефони не издържат много дълга работа. Можете да ги възпроизвеждате по време на живот на батерията и да гледате филми на тях за няколко часа, които обикновено не надвишават десет. Производителите на такива устройства се конкурират в няколко посоки наведнъж. Борбата за първо място е най-активна по следните критерии:

Диагонал на екрана.

Хардуер и производителност.

Размери (по-конкретно, борбата е да се намали дебелината).

Мощен автономен източник на енергия.

Както виждаме, въпросът дали имаме нужда от атомна батерия за телефон остава отворен. Според изчисленията на учените телефоните в бъдеще могат да бъдат оборудвани с батерии, които работят на принципа на реакцията на ядрен елемент, наречен тритий. В този случай телефоните ще могат да работят без презареждане до 20 години, според най-скромните оценки. Впечатляващо, нали?

Колко нова е идеята за ядрена батерия?

Идеята за създаване на миниатюра ядрени реактори(говорим за атомни батерии) се появи в светлите умове не толкова отдавна. Предполага се, че използването на такова оборудване е уместно технически средстваще ви позволи да се справите с проблема не само с необходимостта от постоянно презареждане, но и с други.

ТАСС: Направи си сам атомна батерия. Инженерите говорят

Първото съобщение за изобретяването на батерия, която ще работи на базата на атомна енергия, беше направено от подразделение на вътрешния концерн, наречен Rosatom. Това беше Минно-химическият комбинат. Инженерите казаха, че първият източник на енергия, който се позиционира като ядрена батерия, може да бъде създаден още през 2017 г.

Принципът на действие ще се състои в реакции, които ще протичат с помощта на изотопа никел-63. По-конкретно, говорим за бета радиация. Интересното е, че батерия, изградена на този принцип, може да работи около половин век. Размерите ще бъдат много, много компактни. Например: ако вземете обикновена AA батерия и я компресирате 30 пъти, можете ясно да видите какъв размер ще бъде ядрената батерия.

Безопасна ли е ядрената батерия?

Инженерите са абсолютно уверени, че такъв източник на енергия няма да представлява опасност за човешкото здраве. Причината за тази увереност беше дизайнът на батерията. Разбира се, директното бета лъчение от всеки изотоп ще навреди на живия организъм. Но, първо, в тази батерия тя ще бъде „мека“. Второ, дори това лъчение няма да избяга, тъй като ще се абсорбира вътре в самия източник на енергия.

Поради факта, че руските атомни батерии A123 ще абсорбират радиация вътре в себе си, без да я освобождават навън, експертите вече правят стратегическа прогноза за използването на атомни батерии в различни полеталекарство. Например, може да се въведе в дизайна на пейсмейкъри. Втората най-обещаваща област е космическата индустрия. На трето място, разбира се, е индустрията. Извън челната тройка има много отрасли, в които ще може успешно да се използва ядрен източник на енергия. Може би най-важният от тях е транспортът.

Недостатъци на ядрения източник на енергия

Какво получаваме в замяна на ядрена батерия? Така да се каже, какво ще видим, ако погледнем от другата страна? Първо, производството на такива автономни енергийни източници ще струва доста пари. Инженерите не пожелаха да дадат точни суми. Може би са се страхували да направят грешни заключения рано. Приблизителната оценка обаче беше дадена не с цифри, а с думи. Тоест „всичко е много скъпо“. Е, това беше съвсем очаквано, след като преценихме същността на въпроса просто логично. Може би е рано да се говори за серийно производство в индустриален мащаб. Можем само да се надяваме, че с течение на времето ще бъдат открити алтернативни технологии, които ще направят възможно създаването на ядрена батерия, без да се нарушава нейната надеждност и практичност, но на много по-ниска цена.

Между другото, ТАСС оцени 1 грам от веществото на 4 хиляди долара. По този начин, за да получите необходимата маса атомно вещество, което ще осигури дългосрочно използване на батерията, в момента е необходимо да похарчите 4,5 милиона рубли. Проблемът е в самия изотоп. Той просто не съществува в природата, изотопът се създава с помощта на специални реактори. У нас те са само три. Както беше посочено по-горе, може да е възможно с течение на времето да се използват други елементи, за да се намалят разходите за производство на източника.

Томск Атомна батерия

Изобретяването на атомни батерии не се ограничава само до професионални инженери и дизайнери. Наскоро студент разработи модел на нова ядрена батерия. Името на този човек е Дмитрий Прокопиев. Разработката му е в състояние да функционира нормално в продължение на 12 години. През това време няма да има нужда да се зарежда нито веднъж.

Центърът на системата беше радиоактивен изотоп, наречен тритий. Когато се използва умело, ви позволява да насочвате енергията, освободена през времето, в правилната посока. В този случай енергията се освобождава на части. Може да се каже дозирано или порционно. Нека припомним, че периодът на полуразпад на този ядрен елемент е около 12 години. Ето защо използването на батерията на този елемент е възможно в посочения период.

Ползи от трития

В сравнение с атомна батерия, която има силиконов детектор, атомната батерия на базата на тритий не променя характеристиките си с течение на времето. И това е неговото несъмнено предимство, трябва да се отбележи. Изобретението е тествано в Новосибирския институт по ядрена физика, както и във Физико-технологичния институт на Томския университет. Атомна батерия, чийто принцип на работа се основава на ядрена реакция, има определени перспективи. Обикновено това е областта на електрониката. Наред с него са военните технологии, медицината и космическата индустрия. Вече сме говорили за това.

Заключение

Въпреки високата цена на производството на атомни батерии, да се надяваме, че все пак ще ги видим в телефоните на близкото бъдеще. Сега няколко думи за елемента, който ще формира основата на батерията. Тритият, разбира се, е ядрен по природа. Излъчването на този елемент обаче е слабо. Не може да навреди на човешкото здраве. Вътрешни органии кожата няма да страда от умело използване. Ето защо е избран за използване в батерии.

Учени от MIPT, TISNUM и MISIS оптимизираха дебелината на слоевете на „ядрена батерия“, която използва електрическа енергиябета разпад на изотопа никел-63. В един грам от създадената от тях батерия се съхраняват около 3300 миливатчаса, което е най-добрият резултат сред „ядрените батерии“ на базата на никел-63 и е десет пъти по-висок от енергийната плътност, съхранявана в конвенционалните химични елементи. Статия, публикувана в сп Диамант и подобни материали.

Как работи батерията?

Конвенционалните батерии, които се използват за захранване на часовници, фенерчета, играчки и други сравнително малки самостоятелни електрически устройства, получават електрическа енергия чрез химични реакции. По време на тези реакции, които се наричат ​​редокс реакции, електроните "текат" през електролита от един електрод към друг и между електродите възниква потенциална разлика. Ако свържете краищата на батерията с проводник, електроните ще се движат така, че потенциалната разлика изчезва - през проводника ще тече ток. Химическите батерии, наричани още волтови клетки, имат висока плътност на мощността, т.е. генериран токдо капацитета на батерията, но се разреждат относително бързо и това значително ограничава автономната им работа. Разбира се, с определен дизайн химически елементите могат да се презареждат (тогава се наричат ​​батерии). Но дори и в този случай батерията трябва да бъде извадена от устройството, което може да бъде опасно или невъзможно: например, ако захранва пейсмейкър или космически кораб.

Малко история

За щастие електрическа енергия може да се получи не само в химична реакция. Преди повече от сто години, през 1913 г., Хенри Моузли представи първия радиоизотопен източник на електрическа енергия, който представляваше стъклена сфера, покрита със сребро отвътре, в центъра на която беше разположен източник на радий върху изолиран електрод. Електроните на бета разпада на радия създават потенциална разлика между сребърния слой на стъклената сфера и централния електрод. Такъв източник има изключително високо напрежение на отворена верига - десетки киловолта - и малък ток, така че на практика използването му е почти невъзможно.

През 1953 г. Пол Рапапорт предлага използването на полупроводникова структура за преобразуване на енергията на бета разпада радиоактивни елементи. Бета-частиците (електрони или позитрони) йонизират полупроводникови атоми и създават неравновесни носители на заряд, които в присъствието на статично поле бариера p-nструктурите се движат по подреден начин, създавайки електрически ток. Елементите, базирани на този принцип, бяха наречени бета-волтаични. Основното предимство на такива елементи пред галваничните е тяхната издръжливост: периодът на полуразпад на някои радиоактивни изотопи е десетки или стотици години, следователно мощността на елемента ще остане почти постоянна през този период. За съжаление специфичната мощност на бета-волтаичните генератори е много по-ниска от тази на химическите батерии. Въпреки това през 70-те години все още се използват радиоактивни генератори за захранване на пейсмейкъри, но по-късно те са заменени от литиево-йонни батерии, чиято евтиност надвишава издръжливостта на бета-волтаичните клетки.

Имайте предвид, че бета-волтаичните батерии не трябва да се бъркат с радиоизотопните термоелектрически генератори (съкратено RTG), които също понякога се наричат ​​ядрени батерии. Тези устройства използват енергия от радиоактивно разпадане за нагряване и създаване на поток от топлина, който след това се преобразува в електрически ток с помощта на термоелектрически елементи. Ефективността на RTG е само няколко процента и зависи от температурата. Въпреки това, поради своята издръжливост и относително просто устройстворадиоизотопните генератори се използват широко за захранване на космически кораби - например или. Преди това RTG бяха инсталирани и на радиофарове и метеорологични станции, разположени в труднодостъпни райони, но тази практика вече е преустановена поради трудностите при изхвърлянето и риска от изтичане на радиоактивни вещества.

Мощността се увеличи с порядък

Група учени, ръководени от Владимир Бланк, директор на Федералната държавна бюджетна институция TISNUM и ръководител на катедрата по физика и химия на наноструктурите в MIPT, измислиха начин да увеличат специфичната мощност на „ядрена батерия“ с почти един порядък на величина. В клетката, която проектират и произвеждат, бета частиците се излъчват от радиоактивния изотоп никел-63 и удрят диамантени конвертори, базирани на бариерата на Шотки. Общата електрическа мощност на батерията беше около 1 микроват, а специфичната мощност достигна десет микровата на кубичен сантиметър - това е достатъчно за захранване на модерен пейсмейкър. Времето на полуразпад на никел-63 е около сто години. Така в един грам батерия се съхраняват около 3300 миливатчаса, което е десет пъти повече, отколкото в химическите батерии.

Фигура 1. Схема на устройството "ядрена батерия". Дизайнер - Елена Хавина, пресслужба на MIPT.

Пробата „ядрена батерия“ се състоеше от двеста диамантени преобразуватели, редуващи се слоеве от никел-63 и стабилно никелово фолио (снимка по-горе). Мощността, генерирана от трансдюсера, зависи от дебелината на никеловото фолио и самия трансдюсер, който абсорбира бета частиците. Всички известни на този моментпрототипите на ядрени батерии са лошо оптимизирани, защото имат излишен обем. Ако бета източникът е твърде дебел, електроните, произведени вътре в него, няма да могат да избягат. Този ефект се нарича самовглъбяване. От друга страна, силното намаляване на дебелината на източника също е нерентабилно, тъй като заедно с това намалява броят на бета-разпадите за единица време. Подобни съображения важат и за дебелината на преобразувателя.

Първо изчисления

Учените имаха за цел: да създадат никел-63 батерия с максимална плътност на мощността, тоест без излишен обем. За да направят това, те числено симулираха движението на електрони в бета източника и съседните преобразуватели и намериха техните оптимални дебелини: оказа се, че бета източник, базиран на никел-63, „работи“ най-ефективно с дебелина от около два микрометра и диамантен конвертор на базата на бариерата на Шотки - с дебелина около 10 микрометра.

Технология на производство

Най-трудната задача беше правенето голямо количестводиамантени конвертори със сложна вътрешна структура с дебелина само няколко десетки микрона (както найлонов пликот супермаркета). Традиционните механични и йонни методи за намаляване на дебелината на диаманта не са подходящи за решаването на този проблем. Служителите на TISNUM и MIPT са разработили технология за синтезиране и отделяне на тънки диамантени пластини от диамантени субстрати за многократна употреба за масово създаване на ултратънки конвертори.

Изходният материал беше 20 дебели субстрата от диамант, легиран с бор, отгледан по метода на температурния градиент. С помощта на йонна имплантация в субстратите е създаден дефектен слой с дебелина около 100 нанометра на дълбочина около 700 нанометра. Върху този слой чрез отлагане на пари се синтезира хомоепитаксиален (наследяващ кристалната структура на субстрата) слой от леко легиран с бор диамант с дебелина 15 μm. След това, използвайки високотемпературно отгряване, дефектният слой се подлага на графитизация, след което се отстранява чрез електрохимично ецване. След отстраняване на дефектния слой детайлът на преобразувателя се отстранява от субстрата и се покрива с контакти: омични и Шотки.

По време на целия описан процес субстратът загуби по-малко от 1 μm дебелина, след което операциите бяха повторени. Така бяха отгледани 200 конвертора върху 20 субстрата. Разработената технология е изключително важна от икономическа гледна точка: висококачествените диамантени подложки са много скъпи и следователно не са подходящи за масово производство на конвертори чрез намаляване на дебелината.

Всички преобразуватели бяха комбинирани паралелно по схемата, показана на фигура 1. Технологията за производство на никел-63 фолио с дебелина 2 микрона е разработена в НПО Луч. Батерията беше напълнена с епоксидна смола, за да се запечата.

Батерията има характерна характеристика ток-напрежение (фигурата по-долу). Напрежението на късо съединение беше около 1 волт, а токът на късо съединение беше около 1 µA. Най-високата електрическа мощност W ≈ 0,93 микровата е постигната при напрежение V ≈ 0,93 волта. Тази мощност съответства на енергийна плътност от около 3300 миливатчаса на грам, което е десет пъти по-високо от енергийната плътност на базираната на никел-63 „ядрена батерия“, създадена преди това в TISNUM, и същия брой пъти по-висока от конвенционалния химикал батерии.

През 2016 г. учените вече съобщиха за разработването на прототип на ядрена батерия на базата на никел-63. През юни 2017 г. работещ образец на ядрена батерия с мощност 1 микроват и полезен обем 1,5 кубически сантиметра беше показан от ТИСНУМ и НПО Луч на форума Атомекспо 2017.

Основният фактор, ограничаващ производството на ядрени батерии в Русия, е липсата промишлено производствои обогатяване на изотопа никел-63. Такова производство се планира да бъде създадено до средата на 2020-те години.

Алтернативен начин за създаване на базирана на диаманти ядрена батерия е да се направят преобразуватели на диаманти от радиоактивен въглерод-14, който има изключително дълъг период на полуразпад от 5700 години. Физици от университета в Бристол съобщиха за разработването на такива генератори.

Бъдещето на ядрените батерии

Полученият резултат открива нови перспективи за медицински приложения. Съвременните пейсмейкъри са по-големи от 10 кубични сантиметра и консумират около 10 микровата мощност. Разработената батерия може да се използва като източник на енергия за такъв пейсмейкър, без практически никакви промени в дизайна и обема. „Вечният“ пейсмейкър значително ще подобри качеството на живот на пациентите, тъй като необходимостта от неговата поддръжка и смяна на батерията ще отпадне.

Космическата индустрия също се интересува от разработването на компактни ядрени батерии. По-специално, в момента има нужда от автономни безжични външни сензори и чипове с памет с интегрирано захранване за космически кораби. Диамантът е един от най-устойчивите на радиация полупроводници и поради голямата си ширина на лентата може да работи в широк температурен диапазон, което го прави идеален материал за създаване на ядрени батерии за космически кораби.

Учените планират да продължат изследванията си в областта на ядрените батерии и да предложат основните насоки за развитие на тази тема. Първо, това е увеличаване на обогатяването на никел-63 в батерията, което ще доведе до линейно увеличение на мощността. На второ място - развитие диамант p-i-nструктура с контролиран допинг профил, който ще увеличи напрежението, а оттам и полезната мощност на батерията, с 3 пъти или повече. Трето, увеличаване на повърхността на конвертора, което ще позволи поставянето на повече атоми никел-63 на един конвертор.

Владимир Бланк, директор на TISNUM и ръководител на катедрата по физика и химия на наноструктурите в MIPT, коментира:

„Вече постигнахме изключителен резултат, който може да се използва в медицината и космическите технологии, но няма да спрем дотук. През последните години нашият институт постигна значителен успех в създаването на висококачествени легирани диаманти, по-специално диаманти с n-тип проводимост. Това ще ни позволи да преминем от бариерата на Шотки към p-i-n структураи увеличете плътността на мощността на батерията 3 пъти. И колкото по-голяма е плътността на мощността, толкова по-голям брой приложения може да намери нашата разработка. Имаме добра основа в областта на синтеза на висококачествени диаманти и планираме да използваме комбинация уникални свойстватози материал за разширяване на компонентната база на устойчива на радиация електроника и създаване на иновативни електронни и оптични устройства, базирани на него.

ЯДРЕНИ ЗАХРАНВАНИЯ

Използването на енергия от ядрен разпад, за разлика например от слънчевите източници на енергия, осигурява качествено различни видове дългосрочни космически електроцентрали. Факт е, че източниците на енергия, космическите ядрени инсталации (реактор или радиоактивен изотоп) не получават тази енергия от космоса, а са като че ли батерии. В същото време ядреният реактор не е пряк източник на електроенергия. Реактор или изотоп е мощен източник на топлина. Производството на електрически ток в ядрен източник на енергия се свежда до преобразуване на топлинната енергия в електрическа.

Ядреният енергиен източник ще бъде разположен директно на борда на OKS, което дава възможност да се получава енергия почти непрекъснато и независимо от всякакви външни фактори.

Тук няма да се спираме на принципа на работа и структурата на ядрен реактор, за това е писано доста и подробно. Нека разгледаме само някои начини за преобразуване на топлинна енергия в електрическа.

Турбогенераторен агрегатс ядрен реактор се счита за една от най-обещаващите системи за дългосрочна употреба в космоса, така че нека го разгледаме по-подробно.

На фиг. 31 показано електрическа схематакава инсталация, с топлоносител и чиято работна течност е течност.

Ориз. 31. Диаграма на ядрена турбогенераторна инсталация:

1 - реактор; 2 - котел; 3 - помпа; 4 - турбина; 5 - електрически генератор; 6 - хладилник; 7 - помпа

Топлината, отделена в ядрения реактор, се възприема антифризпървичен кръг. Загрятата до висока температура течност постъпва в топлообменник – котел, където отдава топлината си работен органвторична верига. След това се изпомпва първичната охлаждаща течност високо наляганедестилиран обратно в реактора.

Основният работен цикъл на инсталацията се осъществява във втори контур. Работният флуид (също течен) първо се нагрява до точка на кипене в котел и след това напълно се изпарява тук. Парата, която влиза в работещите лопатки на парна турбина, задвижва обикновен машинен електрически генератор да се върти. Отработената пара излиза от турбината и влиза в хладилника, където напълно се кондензира, т.е. се превръща обратно в течност.

Както вече казахме, единственият начин топлината да се отделя в околното пространство в космоса е чрез радиация. Следователно хладилникът на всяка космическа инсталация е излъчвател на топлина. Работната течност, която се е върнала в първоначалното си течно състояние, се дестилира от помпата обратно в котела. Това завършва цикъла на основната работна верига.

Схема, при която основният работен флуид не се нагрява директно в реактора, а получава топлина чрез междинен охладител, се нарича двуконтурен.

Също така е възможно да се използва едноверижентоплопреносна схема, при която няма първи контур и работната течност се нагрява и изпарява не в котела, а директно в каналите на горивните елементи на реактора.

Очевидно е, че едноконтурната верига е по-проста и по-лека, тъй като няма топлообменник - котел и линии на първи контур. В допълнение, с такава конструкция би било възможно значително да се увеличи отделянето на топлина от повърхността на реактора, освобождаваща гориво, да се получи по-висока температура на цикъла и, следователно, по-голяма ефективност. Но въпреки всички тези предимства, схема с една верига не може да се използва за OKS. главната причина- запушване на охлаждащата течност на системата с продукти на радиоактивно разпадане и възникване на така наречената индуцирана активност в конструктивните елементи на инсталацията. А това води до увеличаване на теглото на антирадиационната защита за екипажа и освен това прави ремонта и поддръжката на инсталацията до голяма степен невъзможни при експлоатационни условия. При двуконтурна схема основният работен флуид няма пряк контакт с ядрения реактор и вторичният кръг на системата е напълно достъпен за поддръжка.

Реалното внедряване на космическа електротурбинна инсталация с ядрен реактор е свързано с избора на подходящ работен флуид за главната (вторична) верига.

В земята атомни електроцентралис турбогенератор водата се използва като работна течност. Но високата корозивна активност, високото налягане на парите (до 280 atm или повече), високата индуцирана радиоактивност и най-важното ниските максимални температури на цикъла (не по-високи от 300 °C) правят водата напълно неприложима за космически електроцентрали.

Най-добрите свойства имат течен металохлаждащи течности. Течните метали: живак, натрий, калий, рубидий, цезий и някои други имат много висока топлопроводимост, висока латентна топлина на изпаряване, ниско налягане на парите при високи температури, което оправдава широкото им използване при проектирането на ядрени турбогенераторни инсталации. Техните антикорозионни свойства и индуцирана активност също са доста приемливи.

Принципно схемата на турбогенератора може да се реализира не само с пари от течни метали, но и с газ като работен флуид - по така наречения цикъл на Брайтън, т.е. като газотурбинна инсталация, която включва компресор вместо помпа. Но такава схема, въпреки някои предимства (по-високи температури и висока производителност), има много значителни недостатъци, по-специално много голям специфично тегло.

Проектно решение на турбогенератора ядрена инсталацияможе да се разгледа на примера на разработената в САЩ система SNAP-2 с електрическа мощност 3 kW (фиг. 32).

Ориз. 32. Електроцентрала SNAP-2:

1 - кондензаторна тръба; 2 - излъчвател; 3 - ядро ​​на реактора; 4 - допълнителен нагревател; 5 - помпа на охлаждащата течност; 6 - рефлектор на реактора; 7 - контрол на натоварването; 8 - полезен товар; 9 - разширителен резервоар; 10 - живачна помпа; 11 - плъзгащи лагери и опорни лагери; 12 - статор на електрически генератор; 13 - турбина; 14 - плъзгащ лагер; 15 - помпа

Като охладител на първи контур се използва натриево-калиева сплав, чиято температура на изхода от реактора е 650 °C. Охлаждащата течност на втория кръг е живак. Максимална температураработен цикъл 621 °C. Турбината е двустепенна. Площта на радиационния хладилник-излъчвател е 9,3 m2. Електрически генератор дава променлив токнапрежение 110 V, честота 2000 Hz.

Общата ефективност на SNAP-2 е само 6,5%. Това означава, че от 50 kW топлинна мощност на реактора, около 47 kW се разсейват от излъчвателя или се изразходват за отопление на конструкцията. Общото тегло на системата SNAP-2 без биологична защита е 270 kg (от които 90 kg за реактора), т.е. специфичното тегло на инсталацията без защита е 90 kg/kW.

Но това доста високо специфично тегло на ядрена инсталация ще се увеличи значително поради тежестта на биологичната защита, която до голяма степен зависи от разположението на електроцентралата в станцията, както и от условията на работа, по-специално от мястото, където реактор е изстрелян - независимо дали ще се произвежда на Земята или след извеждането на OKS в орбита.

Наземният старт на ядрена инсталация усложнява поддръжката на стартовата площадка, но създава условия за пълна проверка на работата на цялата енергийна система.

Изстрелването в орбита е свързано с намаляване на надеждността на цялата енергийна система и е доста трудно за изпълнение. В случай на изстрелване на Земята, екипажът по време на подготовка за изстрелване и по време на полет при преминаване през атмосферата трябва да бъде напълно защитен не само от насочена радиация, но и от нейното „разпръскване“ от молекулите на околния въздух, т.е. на практика защитата трябва да е цялостна, непрекъсната. В орбита е достатъчна само така наречената сенчеста защита за екипажа, чието тегло очевидно е много по-малко. Освен това, в орбита, електроцентралата може да бъде отстранена от основната конструкция на космическия кораб на известно разстояние, например с помощта на прибиращ се телескопичен прът или друг метод. И тъй като дебелината на защитата зависи от разстоянието до източника на радиация, теглото на сенчестия защитен екран може да бъде още по-малко. Колко трябва да тежи биологичната защита за турбогенератора SNAP-2? Когато го изчисляваме, изхождаме от допустима дозаизлагане на екипажа. Ако приемем, че общата доза на екипажа на OKS за три месеца не трябва да надвишава 15 рентгена, тогава теглото на защитата, когато реакторът е отстранен от екипажа на 15 m, ще бъде от 200 до 450 kg, в зависимост от относителното разположение на реактора и пилотската кабина.

Така общото тегло на инсталацията може да достигне 720 kg, а специфичното тегло - 240 kg/kW. Трябва да се отбележи обаче, че с увеличаване на мощността на централата тези цифри намаляват значително.

Турбогенераторът не е единственият начин да се използва енергията на ядрен реактор в космоса. Има и други начини да го преобразувате в електричество. Ще говорим за тези методи в раздела за немашинни методи за преобразуване на енергия.

Енергията на ядрения разпад може да се получи не само в реактор, но и с помощта радиоактивни изотопи. Основните предимства на този енергиен източник, приложим за малки мощности до 0,5 kW), са ниското тегло и дълго временепрекъсната и стабилна работа.

Принципната схема на използване на изотопи не се различава от схемата на турбогенераторен блок с реактор - охлаждащата течност се изпомпва през специален котел с тръби, изработени от материал, наситен с изотоп, например стронций-90 или цезий-144 . Но може да се използва схема, използвана в слънчевите батерии: фосфорен слой, облъчен с топлина от изотопа, излъчва фотони, които попадат върху силициев елемент, подобен на слънчева батерия. Много е трудно да се получи висока електрическа мощност с помощта на радиоизотопи и едва ли е рентабилно, като се има предвид трудността на получаването на изотопи и тяхната висока цена.