[發明專利]一種高效的基于氣態放射源的同位素電池

有效

• 申請號: 201610375799.1
• 申請日: 2016-05-31
• 公開（公告）號: CN105788692B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 趙一英;袁登鵬;江婷;張齊昊;付軍;陳杰
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: G21H1/12
• 分類號: G21H1/12
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙)51239
• 代理人: 劉華平

技術領域

本發明涉及放射性同位素電池技術領域，具體地講，是涉及一種高效的基于氣態放射源的同位素電池。

背景技術

目前，國內尚不具備商用的放射性同位素電池生產能力。國際上商用的放射性同位素電池主要有同位素熱電電池和輻伏電池兩種。其中同位素熱電電池很難小型化。小型化的電池僅有輻伏電池一種。

當前研究中輻伏電池主要存在三個問題，一是輸出功率非常低在幾十nw量級；二是電池壽命非常短，遠低于同位素的半衰期；此外，電池的能量轉化效率也非常低。以上幾種因素導致了其應用范圍非常有限。近10年有研究者提出了輻射發光聯合光伏效應的同位素電池，在物理結構上將放射能吸收材料和電能產生單元實現分離，因而有效避免了電能產生單元的輻照損傷，大大提高了同位素電池的壽命。

輻射發光聯合光伏效應的同位素電池在國內外還比較少見。在國外有使用固態放射源激發惰性氣體發光，然后用光伏電池將光能轉化為電能的技術；然而由于固態放射源的自吸收效應非常高，導致放射性元素的載入量很低，因此電池的輸出功率很低，電池的能量轉化效率也不高。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供一種高效的基于氣態放射源的同位素電池。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種高效的基于氣態放射源的同位素電池，包括帶有嵌槽的電池底座，安置于電池底座的嵌槽內的放射光源支架，安置于放射光源支架上的至少一個放射源輻射發光單元，扣置于電池底座的嵌槽上將其內外阻隔的透鏡，與電池底座連接的輸出端支架，以及安置于輸出端支架上并與透鏡位置匹配的用于輸出電能的光電轉換單元，其中，所有放射源輻射發光單元發出的光線經透鏡聚集后全部投射在光電轉換單元上。

進一步地，所述放射源輻射發光單元包括固定于放射光源支架上的封閉的透明容器，生長于透明容器內壁上的輻射發光層，以及充滿透明容器內部的氣態放射源。在進一步的改進中，所述輻射發光層內還可增加設置反射膜層，該反射膜層對放射性粒子可自由通過，對可見光為單向，如此可增強該發光單元的發光效率。

具體地，所述氣態放射源為放射性同位素。

具體地，所述輻射發光層由輻射發光材料構成，如熒光或磷光材料。

具體地，所述透明容器為呈柱狀的玻璃容器或石英玻璃容器。

為了提高對輻射光線的收集，所述電池底座內還設有與所述嵌槽連通的反光槽，所述反光槽的底面為反光曲面。

優選地，至少一個所述放射源輻射發光單元位于所述反光曲面的焦點處。

優選地，至少一個所述放射源輻射發光單元位于所述透鏡的光心處。以便于提高光線收集強度。

為了提高支撐強度，所述輸出端支架的內側設有用于支撐光電轉換單元的斜支部。為了進一步提高光線的收集，所述輸出端支架的內壁表面為反光面。通常地，所述輸出端支架的形狀大小與所述電池底座相匹配，與光電轉換單元共同構成一個相對封閉的供光線反射收集的空間，透鏡便處于該空間內。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

（1）本發明構思巧妙，利用同位素放射源激發輻射發光材料發光，結合光學原理由透鏡將光線聚集在光電轉換單元上實現電能的輸出，極大地提高了光電轉換單元表面的光強度，而現有光電轉換單元的轉換效率不是恒定值，會隨著光強度的增加而提高，從而大幅度提高了光電轉換效率（至少一個數量級），進而提高了同位素電池的輸出功率和能量轉換效率，同時還減小了光電轉換單元的有效面積，降低了系統成本，并且本發明應用性好，結構簡單，便于制造，成本低廉，具有廣泛的應用前景，適合推廣應用。

（2）本發明采用氣態放射源作為輻射輸出，大大降低了放射源的自吸收效率，有效地提高了放射能的利用率，進而提高光強，從而提高電池的輸出功率。

（3）本發明還通過設計反光槽和反光曲面，加強對放射源輻射發光單元散發光線的收集，進一步提高光強度，從而提高電池輸出效率。

（4）本發明采用了放射源和光電轉換單元的分離技術，有效避免了光電轉換單元的輻照損傷，大大提高了同位素電池的壽命。