Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии, конструкции и изготовление радиационно-стимулированного источника на основе высокообогащенного изотопа никеля-63

Докладчик: Зеленков Павел Викторович

Должность: Начальник научно-исследовательского управления, Проректор по ИКНР

Цель проекта:
Цель ПНИ заключается в решении комплекса теоретических, конструктивных и технологических проблем разработки новых высокоэффективных источников энергии на основе вещества с бета-радиоактивностью с повышенной мощностью и ресурсом не менее 50 лет, для нового поколения аппаратуры (систем на кристалле и систем в корпусе)

Основные планируемые результаты проекта:
По выполнении работ будут получены следующие результаты:
- разработана технология создания радиационно-стимулированного источника (РСИ) на основе кремниевых p-i-n диодов и технологические маршруты их изготовления;
- разработан и создан экспериментальный образец модуля РСИ с полезной мощностью до 10 мкВт;
- разработаны методы анализа, синтеза и проектирования РСИ, обеспечивающие требуемые функциональные и эксплуатационные свойства;
- разработаны алгоритмы, математические и имитационные модели основных составляющих РСИ, позволяющие проводить проверку и отработку новых технических решений на стадии проектирования;
- Разработаны методики измерения характеристик, анализа стабильности характеристик, долговечности и ресурса РСИ ;
- Проведены маркетинговые исследования с целью изучения перспектив коммерциализации РСИ на основе изотопа Ni63;

Последовательность достижения заявленных результатов принята следующей:
а) Анализ теоретического и экспериментального состояния проблемы преобразователей радиационных излучение в электрический сигнал на основе научно-технических и патентных публикаций.
б) Физико-математическое моделирование процессов взаимодействия излучения Ni63 с различными полупроводниковыми материалами и приборными структурами.
в) Теоретический анализ возможных конструкций малогабаритных полупроводниковых преобразователей излучение – электрический сигнал,
обоснование выбора вариантов конструкций преобразователя.
г) Разработка технологических маршрутов изготовления выбранных структур радиационно-стимулированного источника повышенного постоянного и импульсного напряжения, используя базовые технологические процессы отечественной промышленности.
д) Оптимизация технологии плазменно-иммерсионной ионной имплантации бора для создания ультрамелких p + -n переходов на созданных структурах в кремнии.
е) Оптимизация технологии гетерогенного плавления тонких пленок изотопа никеля-63 для заполнения окон структуры с высоким аспектным отношением.
ж) Разработка устройство преобразования постоянного напряжения первичного источника в импульсное с низким коэффициентом потерь.
з) Разработка методик исследования характеристик радиационно-стимулированного источника и изготовление макетов соответствующих измерительных устройств.
и) Изготовление опытных образцов радиационно-стимулированного источника повышенного постоянного и импульсного напряжения и исследование их характеристик.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Источник питания представляет интерес для разработчиков и изготовителей продукции оборонного назначения (миниатюрные высоконадежные источники питания автономного электронного оборудования, системы питания космических и летательных (беспилотных) аппаратов, мониторинг, микророботы, системы на кристалле), медицинского назначения (физиологический мониторинг и терапевтическое применение - кардиостимуляторы, активные нейрологические имплантаты), промышленного и инфраструктурного назначения (датчики контроля параметров, способные работать в суровых условиях более 50 лет, для сооружений, нефтехимии, транспортировки энергоносителей и дорожной инфраструктуры).
Конкурентные преимущества проекта определяются повышенной на порядок мощностью по сравнению с аналогами, при сохранении габаритов, а также повышением срока службы до 50 лет. Данные преимущества возникают за счет применения высокообогащенного изотопа никеля-63 и оригинальных способов построения бета-электронного преобразователя.
В результате выполнения проекта будут выпущены проекты технических заданий, которые после согласования с заказчиками послужат основой для заключения договоров ОКР и ОТР. Предполагаемые патентноспособные технические решения, направленные на повышение степени обогащения никеля-63 и созданию структуры РСИ, перспективны в части продажи лицензионных соглашений.

Текущие результаты проекта:
Произведен следующий комплекс работ:
1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.
2. Выполнены патентные исследования
3. Обоснован выбор направления исследований, методов и средств создания изотопных источников электропитания.
3. Разработана физическая и математическая модель процессов преобразования энергии источника ионизирующего излучения в электрическую энергию на основе полупроводниковой структуры.
4. Разработана математическая модель радиационно-стимулированного источника повышенного постоянного и импульсного напряжения на основе полупроводниковой структуры.
5. Подготовлено техническое задание на разработку технологии получения радиоизотопа никеля-63.
6. Выполнен анализ востребованности радиационно-стимулированного источника повышенного постоянного или импульсного напряжения на основе высокообогащенного изотопа никеля-63 в космической сфере.
7. Создан информационный сайт для популяризации проекта.