طراحی مفهومی و شبیه سازی باتری هسته ای مورد استفاده در ضربان سازهای مصنوعی قلب

ضربان سازهای مصنوعی قلب سیستم های الکترونیکی هستند که در مواقع نارسایی یا ایجاد اختلال در مکانیزم طبیعی عملکرد قلب می توانند جهت تنظیم و یا تقویت ضربان آن مورد استفاده قرار گیرند. در کنار پیشرفتهای انجام شده در طراحی مدارات الکترونیکی بکار رفته در این وسیله، توجه به منبع توان آن نیز همواره حایز اهمیت بوده است. در این وسیله نیاز به داشتن منبع توانی با چگالی انرژی بالا، که برای مدت طولانی (بیش از 30 سال) ولتاژ و جریان پایداری داشته باشد و در ضمن حجم کمی را نیز اشغال کند، به منظور کاهش تعداد جراحی های لازم جهت تعویض باتری، ضروری است. از بین منابع توان موجود باتریهای بتاولتاییک به عنوان منابعی مناسب برای دستیابی به این هدف مورد مطالعه و تحقیق هستند. در این پژوهش به طراحی مفهومی و شبیه سازی قطعه بتاولتاییک، ارایه مدل هایی برای بالا بردن بازده و بهینه سازی آنها پرداخته شده است. مدلسازی این قطعه با استفاده از کد mcnp به منظور تعیین میزان جریان الکترونی حاصل از اندرکنش ذرات بتا در اتصالات pn، انجام می گیرد. همچنین جهت انجام محاسبات لازم برای دستیابی به خروجی های مورد نظر از طریق داده های این کد، برنامه ای با استفاده از نرم افزار matlab نوشته شده است که با بکار گرفتن این داده ها و انتخاب نیمه هادی و چشمه مورد نظر، جریان، ولتاژ و توان قابل دست یابی از قطعه شبیه سازی شده را ارایه می کند. نتایج محاسبات و شبیه سازی های انجام شده بیانگر آن هستند که از بین مدل های مورد بررسی، مدل آرایه های استوانه ای از سلولهای بتاولتاییک، بازده بالاتری را نسبت به مدلهای دیگر خواهد داشت. همچنین بررسی های انجام شده نشان می دهد که از چینش موازی و یا سری چندین قطعه می توان برای دستیابی به جریان و یا ولتاژ مورد نظر بهره برد. در ادامه محاسبات و شبیه سازی های مربوط به نمونه دیگری از باتری های هسته ای که بصورت ترکیبی از نوع بتاولتاییک و المانهای پیزوالکتریک به عنوان منابع توان پایین، در سیستم های میکروالکترومکانیک قابل استفاده می باشند، ارایه شده است. در این پایان نامه امکان استفاده از چنین باتریهایی در ضربان سازهای مصنوعی مدرن مورد بررسی قرار می گیرد.