Betacel - Betacel

Betacel ticari olarak başarılı olan ilk kişi olarak kabul edilir betavoltaik pil.[1][2][3] 1970'lerin başında Larry C. Olsen Amerikan şirketinde McDonnell Douglas, kullanma Prometyum-147 radyoizotop beta elektron silikona bağlı kaynak yarı iletken hücreler. Bu güç kaynağı, Betacel-Biotronik'e dahil edildi. Kalp pilleri. Cihaz, sınırlı ömrü ve kullanımıyla ilgili şüpheler nedeniyle yaygın olarak benimsenmedi. radyoaktif malzeme.

Geliştirme

Betavoltaik program, Betacel'in geliştirilmesiyle birlikte Dr. Olsen ve Donald W. Douglas Laboratories (DWDL), McDonnell Douglas Corporation'daki bir araştırma ekibi tarafından 1970'lerin başında yürütüldü.[4] Şimdiye kadar geliştirilen ilk (ve tek) uygulanabilir betavoltaik güç kaynağı olarak, kalp pillerine güç sağlamak için hemen kullanıldı. Betacel ile çalışan kalp pili, 1970'lerde çok sayıda hastaya implante edildi. Biotronik GmbH & Co., Ingenieurburo, Berlin, kimyasal pille çalışan pacemaker'larını prometyum yakıtlı Betacel pilini kabul edecek şekilde uyarladı. Betacel ile çalışan Biotronik kalp pillerinin, 7 ila 10 yıllık faydalı ömürleri olduğu kabul edildi.[5] Betacel-Biotronik kalp pilinin klinik araştırması 1972'de Avrupa'da başladı ve 1973'te Washington Eyaleti lisansı altında Amerika Birleşik Devletleri'ne kadar genişletildi. 1973'ün başlarında, 60'ın üzerinde implante Betacel-Biotronik kalp pili, klinik araştırmanın bir parçası olarak izleniyordu.[3][6] USAEC, 1974'ün ortalarına kadar, Amerika Birleşik Devletleri'nde, ABD'deki büyük kliniklerde ayda 50 Betacel-Biotronik kalp pilinin implantasyonuna izin veren bir Klinik Araştırma Programının lisanslandırılmasına izin vermişti.[7]

Orijinal teknoloji

Betacels, özel tasarlanmış silikon ile birleştirilmiş Pm-147 beta kaynaklarını kullandı p-n kavşakları. Operasyonel konfigürasyonlar, bir dizi düzenlemede Si p-n bağlantılarıyla tek yönlü kaynakların istiflenmesini içeriyordu. Betacel'in güç çıkışı yaklaşık 400'tü microWatts. güç yoğunluğu Pilin% 50'si, santimetre küp başına yaklaşık 0,025 mili Watt'dı. Pilin kendisi hacim olarak yaklaşık bir inç küptü (16 cm3). Hacmin büyük bir kısmı ekranlama için kullanıldı. gama radyasyonu bu PM-146 Pm-147 içindeki kirletici.[8]

Bu Betacel piller, yaklaşık% 4'lük bir verimlilik sundu. Ancak, çift yönlü beta kaynakları kullanan geliştirme sürecinde daha yüksek verimli cihazlar vardı. Bu çift yönlü kaynak cihazları,% 8'e yaklaşan verimlilikler sağlardı. Ne yazık ki, bu daha yüksek verimli cihazlar asla gerçekleştirilmedi çünkü kalp pili üreticileri, lityum iyon radyoaktif madde kullanmayan ve kalp pillerine 5 ila 7 yıl süreyle güç verebilen piller.

Önceki betavoltaik cihazlar radyasyon hasarı nedeniyle hızla bozulmuş olsa da, Betacel radyasyondan hiçbir zararlı etki göstermedi. Güç seviyeleri beklendiği gibi azaldı. Özellikle, pil gücü katlanarak azaldı. yarı ömür 2.62 yıl, Pm-147 ile aynı.

Sınırlamalar ve ölüm

Pm-147 ideal bir kaynak değildir çünkü yarılanma ömrü sadece 2,62 yıldır ve kirletici Pm-146, pillerin iyi korunmasını gerektiren gama ışınları yayar. Materyal toksiktir ve hemen bulunmaz. Dahası, o sırada nükleer enerji ve radyoaktif materyallerin kullanımıyla ilgili belirli bir damgalama vardı: Halk, herhangi bir nükleer teknolojiden gerçekten korkmuş ve temkinliydi. Bu damgalama, lityum iyon pil teknolojisindeki gelişmelerle (ve daha düşük maliyetle) birleştiğinde, Betacel için daha kazançlı bir geleceğin beklentilerini gölgede bıraktı ve sonraki yıllarda betavoltaik pilleri akademik araştırma alanına düşürdü.

Betavoltaik teknolojide sonraki gelişmeler

Betacel uzun ömürlü olmadı, ancak gelecekteki betavoltaik teknoloji araştırmaları için bir temel sağladı ve betavoltaik enerji üretimine olan ilginin yeniden canlanmasına neden oldu. Gibi diğer kaynaklar trityum betavoltaik pillerin geliştirilmesinde dikkate alınmış ve uygulanmıştır. 2001 ve 2010 yılları arasında, dört ticari şirket (City Labs, Inc., BetaBatt Inc., Qynergy, Inc. ve Widetronix, Inc.) betavoltaik güç hücresi geliştirme girişiminde bulunurken, konuyla ilgili üniversite araştırmaları halen aktif olarak yürütülmektedir. Yarı iletken ve malzeme bilimi teknolojisinde, entegre devre tasarımında ve imalatında ve mikro / nano ölçekte hızlı gelişmeler mikroelektromekanik Sistemler (MEMS), azalan güç gereksinimlerine sahip son derece küçük cihazların giderek daha rutin hale geldiği ölçüde birleşmiştir. Bu cihazlar, 20 yıllık kullanım ömürleri ile kolayca ve güvenli bir şekilde nanoWatt'tan mikroWatt'a güç seviyeleri sunabilen betavoltaik güç kaynakları için idealdir.

Referanslar

  1. ^ "Nükleer Pil" ABD Patenti 3,706,893 , Larry C. Olsen, Stephen E. Seeman, Bobby I. Griffin ve Charles J. Ambrose.
  2. ^ "Betavoltaic Pacemaker Güç Kaynağı," WE Matheson, Pacemaker Teknolojisindeki Gelişmeler, M. Schaldach ve S. Furman, Editörler, Springer-Verlag, 1975, sayfa 401, Proc. Int. Symp. Pacemaker Teknolojisindeki Gelişmeler Erlagen (1974). doi:10.1007/978-3-642-66187-7_25.
  3. ^ a b "Nükleer Yakıtlı Kardiyak Kalp Pilleri" Fred N. Huffman ve John C. Norman, CHEST 65, sayfa 667 - 672 (1974).
  4. ^ 1970 - Tri-City Herald "Yılın Adamı". Donald W. Douglas Laboratuvarlarında Betacel nükleer bataryasının geliştirilmesine liderlik ettiği için Tri-City Herald of Tri-Cities, WA tarafından verilen onur. 1 Ocak 1971 tarihli Tri-City Herald'ın 1. sayfasına bakın.
  5. ^ "Promethium Pille Çalışan Kalp Pillerinin Yararları ve Riskleri," R. Franco ve M.L. Smith, Pacemaker Teknolojisindeki Gelişmeler, M. Schaldach ve S. Furman, Editörler, Springer-Verlag, 1975, sayfa 539, Proc. Int. Symp. Pacemaker Teknolojisindeki Gelişmeler Erlagen (1974).
  6. ^ BETACEL Promethium-147 Pilleri Tarafından Desteklenen Kalp Pillerinin Fayda / Risk Analizi, T.H. Smith, J. Greenborg ve W.E. Matheson, Nuclear Technology 26, Mayıs 1975.
  7. ^ "Promethium Pille Çalışan Kalp Pillerinin Yararları ve Riskleri," R. Franco ve M.L. Smith, Pacemaker Teknolojisindeki Gelişmeler, M. Schaldach ve S. Furman, Editörler, Springer-Verlag, 1975, sayfa 539, Proc. Int. Symp. Pacemaker Teknolojisindeki Gelişmeler Erlagen (1974).
  8. ^ "Biyomedikal Uygulamalar için Betacel Nükleer Pilleri", L.C. Olsen ve S.E Seeman, 8. Toplumlar Arası Enerji Dönüşümü Mühendisliği Konferansı, Philadelphia, PA, sayfa 451, 13–17 Ağustos 1973.

Dış bağlantılar