مطالعه مبدل گسیلی- الکتریکی برپایه مواد نیمه هادی

امروزه زندگی بشری وابسته به تجهیزات الکترونیک شده است و این وابستگی به مرور زمان بیشتر می شود. تجهیزات الکترونیکی هم به منبع تغذیه مناسب نیاز دارند. باتری های با ولتاژ و جریان پایدار و طول عمر بالا کاربرد وسیعی در قطعات الکترونیک موجود در حوزه های گوناگون مانند پزشکی، صنعت نفت، معدن و تجهیزات فضایی دارند. از آنجا که در موارد مذکور استفاده از باتری های سبک در قطعات الکترونیکی برای موقعیت های خطرناک، با دسترسی سخت و عدم امکان شارژ مجدد آن بدون صرف هزینه های بالا اهمیت دارد، استفاده از انرژی گسیلی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی یکی از ایده های رسیدن به این اهداف است. به طور کلی درحالت نظری، همه ذرات با تابش بتا، آلفا و گاما یا ایکس کم انرژی می توانند برای تولید الکتریسیته استفاده شوند. با این وجود، در کار با نیمه هادی ها، برای استفاده های بلند مدت، تنها تابش بتا و آلفا مناسب است. تابش بتا اثراث تخریبی کمتری در مواد نیم رسانا داشته و بیشتر مورد توجه است. مبدل های بتاولتائیک نیمه رسانا برای تولید برق جهت استفاده در کاربرد های دور از دسترس که 5 الی 50 سال به منبع نیرو نیاز دارند، از منابع رادیوایزوتوپ انرژی دریافت می کنند. این مبدل ها برای رقابت با مبدل های ترموالکتریک باید بازده بیش از 20% بدست آورند. انتخاب رادیوایزوتوپ مناسب و عملی از جنبه های گوناگون نقش مهمی را در طراحی یک مبدل بتاولتائیک بازی می کند. نیمه هادی های رایج در این کاربرد عبارتند از: si, ge, ga و ترکیبات آنها. هدف از این تحقیق، معرفی نوعی باتری بتاولتائیک توان پایین است که بازده بیشتری نسبت به نمونه های مورد استفاده در گذشته دارد. برای تحلیل میزان شار تابش رادیوایزوتوپ در نواحی گوناگون ماده و محاسبه تعداد برهمکنش های مورد نظر از محاسبات مونت کارلوی کد mcnp استفاده شد. در این نوشتار به طراحی مفهومی و شبیه سازی اجزاء یک قطعه بتاولتائیک و بررسی نتایج حاصل از آن پرداخته شد. برای این کاربرد چشمه به صورت لایه ای از ایزوتوپ پرتوزا در بین دو اتصال p-n از نیمه هادی قرار می گیرد. به منظور تعیین میزان جریان الکترونی حاصل از اندرکنش ذرات بتا در قطعه نیم رسانا از کد mcnp استفاده شد. مقادیر جریان، ولتاژ و بازده برای این قطعه محاسبه و شبیه سازی شد و با چینش مناسبی از این قطعات در کنار یکدیگر می توان به باتری با جریان، ولتاژ و توان مورد نظر دست یافت.