Атомные батарейки

Fakir> Я что-то не понимаю - а если раскалённый изотопный элемент висит внутри стеклянной колбы сам по себе, а фильтр на поверхности колбы, и теплового контакта между ними нет, только излучение - то где тут особый профит? Элемент так и светит чернотельно,
Ну, не совсем чернотельно - поверхность-то текстурирована. А можем покрыть чем-нить тугоплавким-электропроводным, платиной какой-нить, чтоб ещё более длинноволновую область зарезать.

Fakir> колба пропускает только узкую полосу
...и отражает остальное. Поэтому фильтр совершенно не
Fakir> значит, что она греться будет сильно.

Fakir> Ты сильно урезаешь теплоотвод системы в целом. А у стекла-таки есть ограничения по температуре.
Ну, есть. И что? Посмотри на (внутреннюю) колбу галогенки. В каких условиях она работает?
Причём, долго (колба-то) работает.

Fakir> Не говоря о том, что КТР-таки отличны от нуля, если это не кварц, и фотонный кристалл будет немного плыть.
± 5%?
Какое вообще это имеет значение, если мы этой структурой режем горб "чёрного" спектра? Ты себе его ширину представляешь же, да? А спектр пропускания брегговского фильтра?
Ну, на пять процентов выше пик отражения. Ну, на пять процентов ниже. И фиг бы с ним. Не о разах речь идёт.

Татарин> Ну, не совсем чернотельно - поверхность-то текстурирована.

Понятно, что текстурирование поверхности как-то да повлияет. Но где показано, что для таких параметров оно влияет заметно?

Fakir>> колба пропускает только узкую полосу
Татарин> ...и отражает остальное. Поэтому фильтр совершенно не
Fakir>> значит, что она греться будет сильно.

Отражать-то отражает. Обратно в колбу, на источник тепла. А с него опять на стекло с фильтром. И так далее, туда-сюда - излучение всего спектра, кроме узкой полосы, ты запираешь в колбе, так? Т.е. внутри циркулирует немалая лучистая мощность.
И ладно сам источник. Допустим, подбором параметров можно добиться того, чтобы он не расплавился.
Но за счёт многократных переотражений сам фильтр всё-таки будет подогреваться - он же не идеальное зеркало, как ни крути. Даже если он на внутренней поверхности колбы. А если на внешней - я боюсь, что колба закапает пол.

Татарин> Ну, есть. И что? Посмотри на (внутреннюю) колбу галогенки. В каких условиях она работает?

Ну температуры там довольно скромные. В книжку сейчас лень лезть (она у меня далеко где-то засунута), но в любом случае - не тысячи градусов, и даже не одна тысяча


Fakir>> Не говоря о том, что КТР-таки отличны от нуля, если это не кварц, и фотонный кристалл будет немного плыть.
Татарин> ± 5%?

Я скорее другого опасаюсь. Не "общего" уплывания на сколько-то там процентов. Стекло почти всегда сколько-нибудь да неоднородно, всё-таки не кристалл, а аморфное тело, и на масштабах порядка постоянной решётки фотонного кристалла... я боюсь, не поплыла бы там регулярность.

Или ты уже тут от полноценного фотонного кристалла отказываешься, и только брегговское зеркало использовать хочешь?

Fakir> запираешь в колбе, так? Т.е. внутри циркулирует немалая лучистая мощность.
Да, ну и что?
Для температуры важен же баланс того, что остаётся в стекле (то есть, поглощается зеркалом) и теплоотвода наружу.
Сапфир спокойно работает до тысячи+, и это хорошо, потому что в значительной степени решает проблему радиационного разрушения материала - самозалечивание. Скажешь, сапфир - дорого? Нет, отнюдь: цена вопроса - десятки баксов. И внешняя колба уже может быть из стекла.

Fakir> Или ты уже тут от полноценного фотонного кристалла отказываешься, и только брегговское зеркало использовать хочешь?
Тут уже да.

Fakir>> запираешь в колбе, так? Т.е. внутри циркулирует немалая лучистая мощность.
Татарин> Да, ну и что?
Татарин> Для температуры важен же баланс того, что остаётся в стекле (то есть, поглощается зеркалом) и теплоотвода наружу.

Ну а я тебе про что? Через стекло в результате многократных отражений протекает немалая -и даже вполне большая - мощность. Сколько-то процентов поглощения на каждом проходе - а это не менее 1%. В сумме уже в стекле выделяться будет довольно дофига. И либо оно перегревается, либо достаточно дофига сливает в длинноволновом тепловом ИК. Ну, собственно, поскольку колба контактирует с воздухом - то теплопроводностью сливает. И есть подозрение, что эта мощность окажется сильно больше отфильтрованной в оптике.

Т.е. это как бы та же самая - уже довольно старая - идея о том, что если вот управлять спектром теплового излучения (с помощью тех же фотонных кристаллов), то можно сделать лампочку накаливания с КПД выше 50%, если не 90%. И в принципе, наверное, можно. Только вот...
Наверное, есть какие-то препятствия. Или принципиальные, или технологические.

Fakir> Т.е. это как бы та же самая - уже довольно старая - идея о том, что если вот управлять спектром теплового излучения (с помощью тех же фотонных кристаллов), то можно сделать лампочку накаливания с КПД выше 50%, если не 90%. И в принципе, наверное, можно. Только вот...
Fakir> Наверное, есть какие-то препятствия. Или принципиальные, или технологические.
В случае с лампочкой они очевидны: повышать температуру спирали нельзя, она и так предельна, а без этого селективность не очень-то и помогает.
Для термофотопреобразования можно брать более низкую температуру (для нас она важна, но не настолько как в ЛН), и всё равно - просто выбирая соответствующий переход - остаться в хорошем выигрыше.

Да, с одной стороны, у лампочки нужно вырезать кусок с большей энергией кванта. Но с другой - можно вырезать широкую полосу (порядка двух эВ).
И при этом, НЯЗ, нету ни единого даже прототипа. Пусть не с 90% КПД, а хотя бы с 10-15%. Да пусть даже не жёлтого, а красного свечения и со сдвигом в ближний ИК.

Если понижать температуру - то, с одной стороны, действительно вырезать полосу надо ближе к горбу, насколько зона позволит. Но с другой - лучше её резать узкой, при ширине в единицы эВ и КПД рухнет.
И, опять-таки, при высоких мощностях (ты же сотни ватт хочешь) это не отменяет проблемы нагрева фильтра.

Fakir> И при этом, НЯЗ, нету ни единого даже прототипа. Пусть не с 90% КПД, а хотя бы с 10-15%. Да пусть даже не жёлтого, а красного свечения и со сдвигом в ближний ИК.
? Китайцы делали (углерод-углеродная нить накаливания, фильтры, температура почти 4кК). Это дорого в массе, но если упереться - можно.

Fakir> Если понижать температуру - то, с одной стороны, действительно вырезать полосу надо ближе к горбу, насколько зона позволит. Но с другой - лучше её резать узкой, при ширине в единицы эВ и КПД рухнет.
А что такое "рухнет"?
У солнца - тепловой горб, и его кремнием преобразуют с 20% КПД.
Можешь считать это некоей базой, на которую можно ориентироваться для батарейки. Есть хорошие (лучше кремния) прямозонные ПП с ЗЗ порядка 0.5эВ и делались даже гетероструктуры на них (GaInAsSb/GaSb, GaInAsSb/GaAlAsSb, InAsSbP/InAs - погугли), так что 25-30% вполне достижимы.

25-28% реально достигались на солнечных концентраторах с однопереходной термофотовольтаикой. Но можно ведь и гетероструктуры. Ширина 2эВ? ОК, прекрасно - всего два (оптимальных) перехода и теоретический КПД - аж за 80%.
Достаточно просто избавиться от длинноволнового хвоста, и сразу выходит очень неплохо.

Fakir> И, опять-таки, при высоких мощностях (ты же сотни ватт хочешь) это не отменяет проблемы нагрева фильтра.
Да, но она вполне решаема.

И если фильтр делать из того же сапфира (повторюсь, атомный источник света в сотню Вт запросто позволяет применять материалы стоимостью в десятки долларов ), то первая колба может работать при 1.5кК без особых проблем (и даже с пользой для себя, ибо самозалечивание).

То есть, значительная (если не бОльшая) часть работы уже сделана. Нужно сделать последний шаг: ядерный источник, зеркала, сборка всего вместе.

Как итог - КПД по меньшей мере равный (или гораздо выше) прямой бетавольтаике при значительно (на десятичные порядки) большей удельной мощности и/или запасе энергии (бОльший КПД заодно означает меньше сбросного тепла). Плюс меньшая радиационная деградация, опять же на порядки меньшая стоимость и на ватт и на ватт*час.
Вообще говоря, при некоторой серийности можно запросто и подводную лодку запитать. Поставили в углу тихонько сборку киловатт так 50 - и нормально, уже достаточно для питания жизнеобеспечения и дежурства с подруливаниями.

Татарин> ? Китайцы делали (углерод-углеродная нить накаливания, фильтры, температура почти 4кК). Это дорого в массе, но если упереться - можно.

Очень интересно, не знал - можно ссылочку?


Татарин> А что такое "рухнет"?
Татарин> У солнца - тепловой горб, и его кремнием преобразуют с 20% КПД.
Татарин> Можешь считать это некоей базой, на которую можно

Это я и имею в виду. Что не больше 30-40% в самом-самом оптимистичном варианте (что интересно: в самом-самом оптимистичном у бетавольтаики должно быть где-то столько же ^*). Т.е. рухнет в разы по ср. с "идеальным" случаем вырезания очень узкой полосы с энергией E_g - когда близко к 100%.


Fakir>> И, опять-таки, при высоких мощностях (ты же сотни ватт хочешь) это не отменяет проблемы нагрева фильтра.
Татарин> Да, но она вполне решаема.

Вполне любопытно, но, по-моему, не совсем от том.

Еще раз подчеркну свою мысль: фильтр неизбежно будет греться, не так уж слабо. И даже если для самого фильтра это не окажется сильно вредным - потери тепла (=> снижение КПД) никуда не денутся.

Татарин> Как итог - КПД по меньшей мере равный (или гораздо выше) прямой бетавольтаике

Равный при нынешнем довольно паршивом КПД бетавольтаики получить не штука - может и удастся. Но конструкция как бы не сложнее и, боюсь, более хрупкая - вакуум, стекло, излучатель-РИТ должен быть "подвешен" на чём-то тоненьком и нетеплопроводном.


^* кстати, мне пока непонятно - почему же практический КПД бетавольтаики настолько далёк от теоретического предела. Вообще, по-моему, там очень даже есть куда расти - в т.ч. выше теоретического предела (вернее, общепринятого теоретического предела - он, похоже, некорректен). И стоит подумать.