Bétavoltaïque

[abeilledeschamps]

Bonjour,

Existe-t-il d'autres atomes/isotopes que le tritium, candidats à construire un générateur bétavoltaïque ?
https://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A...volta%C3%AFque

Par avance merci de vos réponses,

cdlt
-----

[XK150]

Bonjour ,
A priori tous les radio éléments émetteur Béta plus ou Béta moins .
Si ce sont des émetteurs bétas purs ,moins courants , ils poserons moins de problème de radioprotection que les émetteurs Beta-gamma plus courants . Il est difficile de se protéger des gammas , les bétas sont faciles à arrêter .

A noter qu'il existe dans l'instrumentation nucléaire en réacteur des dispositifs très simples , filaires , de technologie voisine de celle des thermocouples, qui transforment directement les émissions béta en un courant mesurable .
Si l'émetteur béta est de courte période , on a presque ( avec un léger retard que l'on peut éventuellement anticipé ) , l'image du flux de neutrons ( responsable de l'activation de l'émetteur béta ) et donc une image de la puissance thermique du réacteur , au point considéré .
Ce sont les collectrons ( ou self powered neutron detector SPND ) , ce sont des générateurs de courant quasiment parfaits . Ils sont utilisés depuis les années 1970 .
https://books.google.fr/books?id=-xu...ectron&f=false

Donc , à priori , ce qui est proposé est très ressemblant , mais cela se passe en laboratoire .

[LPFR]

Bonjour.
Ce site peut vous intéresser :
http://homepages.cae.wisc.edu/~blanchar/purebeta.htm
Au revoir.

[XK150]

Re ,
Excellente référence ! Je n'ai pas lancé la recherche persuadé que ce tableau n'existerai pas tout fait ... Comme quoi ...!

[A voir en vidéo sur Futura]

[abeilledeschamps]

Bonjour,

Merci pour vos réponses éclairantes et complémentaires !

Dans le tableau des purebeta, je ne saisi pas bien la colonne abondance.
je pensais à une proportion mais beaucoup de nucléides ont 1 pour valeur d'abondance, que cela peut-il signifier finalement ?

En question subsidiaire, pourquoi le principe betavoltaïque n'est il pas utilisé pour faire des générateurs à usage domestique ?

cdlt

[LPFR]

Bonjour,

Merci pour vos réponses éclairantes et complémentaires !

Dans le tableau des purebeta, je ne saisi pas bien la colonne abondance.
je pensais à une proportion mais beaucoup de nucléides ont 1 pour valeur d'abondance, que cela peut-il signifier finalement ?

En question subsidiaire, pourquoi le principe betavoltaïque n'est il pas utilisé pour faire des générateurs à usage domestique ?

cdlt

Re.
Il faut attendre l’opinion de spécialistes comme KLOUG (que je salue).

On dirait que ce qu’il entend par abondance, est celle de ce type de désintégration, et non l’abondance du nucléide.

J’imagine que la limitation pour un usage domestique, vient du coût de fabrication et de la puissance fournie.
Même pour les applications « haut de gamme », comme les pacemakers, je n’ai jamais entendu parler.
La peur paranoïaque de la radioactivité doit être aussi un frein.
A+
Édit: ce site indique 24W/kg:
http://www.betavoltaic.co.uk/how_much_power.html

[XK150]

Re ,
Sauf pour une ligne ( qui est incomplète , à mon avis ) l'abondance fait toujours 1 pour un radio élément quand on fait la somme des 2 lignes du même nom :
on fait une distinction entre 2 énergies principales .
Ce tableau est tout à fait théorique , certains radio éléments sont des produits de fission qui ne seront jamais séparés à des fins industrielles .
Les puissances obtenues sont dérisoires : faites le calcul des courants obtenus pour une source d'activité donnée . 1 béta , c'est un électron , une charge .
24 W par kg ( par kg de matière radioactive ??? ) , c'est délirant .
Des sources radioactives dans le domaine public ? Impensable , heureusement d'ailleurs , au contraire tout est fait pour qu'il n'en soit rien , en France , comme ailleurs .

Comme on reste dans un domaine non public , autant employer les générateurs thermoélectriques à base de particules alpha , beaucoup plus puissants :

https://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A...0_radioisotope

Lisez bien l'usage terrestre des sources de 90Sr ( justement émetteur béta ) pour alimenter des phares russes isolés .
Certains disent qu'il reste de ces sources dans un état déplorable dans les phares abandonnés devenus inutiles à cause des GPS ...
Je n'y crois pas .
http://www.nuklearforum.ch/fr/actual...-phares-russes

[LPFR]

Re.
Votre calcul du courant n’est pas bon. On ne mesure pas le courant des bêta, mais chaque bêta peut créer un tas de paires électron-trou : 1 pour chaque 1,1 eV d’énergie, si la jonction est en silicium et que toute l’énergie est perdue en électrons trous. Cela donne des courants des milliers ou des dizaines de milliers de fois plus grands que le seul courant dû aux bêtas.

Mais il est vrai que pour l’instant, c’est l’Arlésienne. On ne peut pas s’acheter un exemplaire de démo. Personne n’en vend ou n’en fabrique commercialement.

Les générateurs thermoélectriques au plutonium des Voyager 1 et 2 fonctionnent encore (40 ans plus tard), même si la puissance est très réduite car les thermocouples s’abîment avec l’irradiation.
A+

[abeilledeschamps]

Re,

Tout cela est fort intéressant, merci !

Questions de béotien...

Serait-il possible/intéressant de réaliser la conversion de beta en courant électrique utile, via des cellules photovoltaïques qui forment une jonction PN (sauf erreur) ?
design: Une source au centre et une enveloppe cubique de de cellules photovoltaïques autours, par exemple ?
cela entraînerait-il une dégradation des cellules PV sur le long terme ?

il existe des lampes au tritium sur un célèbre site d'enchères anglophone.
les beta sont-ils tous absorbés dans ce genre de lampe pour produire de la lumière ?
peut-on espérer récupérer des beta sur des cellules PV autours ? est ce intéressant en terme d'énergie ?
Je ne sais pas calculer ce que LPFR a initié.

Je crois que le béotien vous a pas mal abreuvé de questions.

Bonne soirée.

[LPFR]

Bonjour.

...
Serait-il possible/intéressant de réaliser la conversion de beta en courant électrique utile, via des cellules photovoltaïques qui forment une jonction PN (sauf erreur) ?
design: Une source au centre et une enveloppe cubique de de cellules photovoltaïques autours, par exemple ?
cela entraînerait-il une dégradation des cellules PV sur le long terme ?

Vous venez d’inventer les cellules betavoltaïques.
D’où leur nom : les bêta remplacent les photons pour la création de paires électron-trou.
Le plus intéressant est que l’émetteur bêta se trouve dans la zone de déplétion et que celle-ci soit épaisse (jonction PIN), pour que l’énergie des bêtas soit dissipée dans la zone utile.
Et non, je ne pense pas que le rayonnement bêta puisse endommager la structure cristalline du semi-conducteur. La masse des électrons est faible comparée à celle des atomes.
Au revoir.

[XK150]

Re,
Oui , les électrons peuvent créér des défauts dans les matériaux : on fait même beaucoup d' études qui peuvent se substituer à celles effectuées aux neutrons ,
c'est plus simple en labo d'utiliser les électrons et facile d'obtenir les énergies voulues .
https://portail.polytechnique.edu/ls...-aux-electrons

Un électron de 100 keV va transférer 8.9 eV sur un atome d'aluminium : cette énergie est trop faible pour déplacer l'atome d'aluminium .
Si on augmente un peu cette énergie , à quelques centaines de keV ( ce qui n'a rien d'extraordinaire pour des béta ) , il apparaît une énergie de seuil ( de l'ordre de 25 eV) de déplacement de l'atome hors de son site ,il y a transfert d'énergie cinétique , on a créé une lacune , on induit un dommage d'irradiation identique à celui produit par un neutron .
E ( seuil ) est d'environ 25 eV pour les métaux , mais plus faible pour les matériaux semi conducteurs , et elle dépend beaucoup de l'orientation du réseau cristallin ( d'où les 2 valeurs ):
Si : 11 - 22 , Ge : 12 - 30 , Ga-As : 9 eV , ....

Après , on ne peut plus parler en qualitatif , il faut calculer le taux de création des défauts dans le contexte réel .

[LPFR]

Re.
Au temps pour moi. Ces valeurs numériques sont très intéressantes.
Mais pour l’instant, je ne sais pas s’il y a une seule cellule betavoltaïque qui puisse être endommagée par le rayonnement. Il faudrait déjà qu’elle ait été fabriquée.
A+

[abeilledeschamps]

Bonjour,

En poursuivant sur les lampes au tritium j'ai vu que l'idée d'utiliser une de ces lampes du commerce comme source de beta , ne tenait pas la route:

Tubes radioluminescents : des tubes de verre dont la face interne est recouverte de phosphore et contenant du tritium gazeux brillent dans le noir (le tube ici photographié brillait depuis un an et demi). Le rayonnement bêta, de faible énergie (dit « mou »), est arrêté par le plastique ou le verre.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Tritium

par contre la relation de transformation tu Tritium en Helium3 m’interroge beaucoup
(dans la page wiki ci dessus)

Comment doit on la lire ?
le tritium se transforme naturellement en tout ce qui suit ?
c'est a dire émet un e-, un anti neutrino et 18.52Kev ?
d'ailleurs 18.52Kev , c'est quoi une onde EM ? peut on en faire quelque chose de ces 18.52 KeV ?


A+

[XK150]

Re ,
Voilà , vous êtes arrivé à la base de tout : la désintégration de l'élément radioactif " tritium " .
Depuis les années 1940 , l 'Homme a crée des milliers d ' éléments radioactifs plus ou moins voulus et plus ou moins utiles , le tritium en est un parmi ces milliers .

" Le tritium se désintègre en un hélium3 , un béta de 5.7 keV et un neutrino , tout ceci avec une période de 12.32 ans " .... tout est dit .

Non , on ne peut pas faire grand chose avec ces faibles énergies , sinon rendre des aiguilles de montre lumineuses ! Et embêter le monde pour des problèmes radio toxicologiques !

Une fission d'un atome U235 produit 200 MeV , oui , vous avez bien lu 200 MeV : là , ça commence à causer on va peut être pouvoir faire quelque chose !

[XK150]

Re ,
Bien , je suis méchant avec le tritium , mais dans un futur proche , il faudra savoir en produire .... :
ce sera la moitié du combustible des réacteurs à fusion contrôlée qui utiliseront la réaction de fusion D + T .
Mais ceci est un autre sujet ! mais c'est toujours le même tritium ...

[abeilledeschamps]

Re,

" Le tritium se désintègre en un hélium3 , un béta de 5.7 keV et un neutrino , tout ceci avec une période de 12.32 ans " .... tout est dit .

Oui mais tout n'est pas compris, par moi !
Dans la relation de transformation du tritium, sur wikipedia, ils ajoutent un terme de 18.52Kev.
Comme je ne suis pas physicien ça ne me parle pas, une énergie certes, mais sous quelle forme ? rayonnement électromagnétique?
et ce qui m'interroge le plus est l’énergie du Beta 5.7Kev ce qui est faible en regard de ces 18.52Kev .
Ces 18.52Kev ne pourraient ils pas servir a exciter une cellule photovoltaïque ?

A+

[XK150]

Re,
L'énergie dans les désintégrations béta est distribuée selon " un spectre " continu .
Un spectre , c'est la courbe qui représente la probabilité de trouver des particules possédant une énergie donnée .
L'énergie moyenne des bétas du tritium est d'environ 5.7 keV .
L'énergie maximum , à très faible probalité d'être rencontrée , est d'environ 18.5 keV .
Le complèment à 18.5 keV est toujours emmené par le neutrino .

Vers la fin de ce lien , le spectre béta du T .
http://www.planetastronomy.com/speci...v/Chalonge.htm

[abeilledeschamps]

Ah OK, merci je comprends mieux.
les termes de la relation de transformation du tritium ne sont pas constants en énergie, il y a une distribution.

Lorsque vous disiez qu'avec un électron accéléré

on induit un dommage d'irradiation identique à celui produit par un neutron

Quelle seraient les conditions de tension pour parvenir à quelque chose, disons un effet nucléaire quelconque sur le noyau ?
(pas juste un déplacement)

A+

[XK150]

Re,
A part le déplacement du noyau de son site , par choc balistique , pas d'effet sur le noyau ;
Au mieux , une déviation de la trajectoire de l'électron dans le champ coulombien du noyau se traduisant par l'émission d'un rayonnement de freinage X ou gamma .
Pour cela il faut des électrons relativistes de plusieurs MeV et de préférence des matériaux lourds , denses .
Les bétas de désintégration radioactive ne sont pas concernés , vu leur énergie , il faut être en accélérateur .
http://www.laradioactivite.com/site/...sstrahlung.htm

Sinon , pour les recherches , votre question se rapporte à " interaction rayonnement - matière "
chapitre " interaction des particules chargées "
sous chapitre " avec les électrons " .

[abeilledeschamps]

Bonjour,
Merci pour toutes vos réponses qui m'ouvrent des perspectives !
et me font regretter de ne pas avoir fait physique...


Une dernière question, je ne comprends pas pourquoi un électron, s'il a suffisamment d’énergie, ne pourrait pas avoir un effet destructif ou constructif sur un noyau atomique ?
Dans l'absolu, l’énergie donnée à l'électron pourrait vaincre le champ coulombien ?

A+

[XK150]

Re ,
Je corrige le début du message précédent " a part le déplacement de l'atome de son site " ( et non pas du noyau ) .

Je crois qu'il ne faut pas sous estimer la force de répulsion coulombienne . Pour moi , l'interaction électron - noyau atomique est impossible .
Il existe seulement le phénomène de diffusion cité au message précédent et ce , quelque soit l'énergie .
Un atome peut gagner ou perdre des électrons , oui . Mais ça s'arrête là .
Dans les plasmas chauds , les atomes sont totalement ionisés , ils ont perdu tous leurs électrons , malgré cela aucune interaction électron-noyau n'apparaît .
Expliquer plus et mieux ... Je ne sais pas , je suis au bout de ma petite cohérence personnelle en la matière !

[abeilledeschamps]

Re,

Expliquer plus et mieux ... Je ne sais pas , je suis au bout de ma petite cohérence personnelle en la matière !

Vous avez déjà fait beaucoup, au delà de mes espérances, grand merci !

Si quelqu'un d'autre est inspiré par :

Une dernière question, je ne comprends pas pourquoi un électron, s'il a suffisamment d’énergie, ne pourrait pas avoir un effet destructif ou constructif sur un noyau atomique ?
Dans l'absolu, l’énergie donnée à l'électron pourrait vaincre le champ coulombien ?

Il me semble avoir vu qu'en mécanique quantique un electron pouvait se trouver à l’intérieur du noyau, sans dommage, c'est pour ça que ça ne me choquerais pas qu'un électron énergétique ait un effet sur le noyau, même si j'y vois une petite incohérence...

N’étant pas physicien (mais ça m'intéresse !) je manque de bases solides, je compte sur vous tous !

A+

[XK150]

Re,
Je crois que c'est vrai en MQ , mais attention , c'est seulement sa position , sans interaction . C'est à dire qu'il ressortira indemne comme il est entré .

[LPFR]

Re.
Je ne sais pas si l’interaction électron noyau est possible.
Il n’y a pas de problème électrostatique : le noyau est positif.
Mais si on cherche dans Google, ces interactions ne semblent pas exister.
A+

[abeilledeschamps]

Bonjour,

Merci , je ne trouve pas grand chose comme effet sur le noyau non plus, juste ça à propos du microscope électronique.
http://www.gn-meba.org/tutorial/interactions.htm

Au sein de l’atome, cet apport d’énergie se traduit généralement par l’ionisation d’un niveau atomique provoquant l’émission d’un électron (qualifié de « secondaire »), le plus souvent situé sur un des niveaux de valence et donc possédant une très faible énergie cinétique (en moyenne 5 à 10 eV). Le retour à l’équilibre de l’atome ionisé sera accompagné d’une émission, soit électromagnétique (transition radiative, principalement constituée par un spectre de rayons X), soit électronique (transition Auger). Ces deux émissions sont caractéristiques de la composition chimique locale de la cible.
...
Plus rare, l’électron primaire peut interagir avec le noyau atomique, qui se traduira par une forte déviation de la trajectoire incidente (interaction dite « élastique », c’est à dire sans transfert important d’énergie). Ces déviations peuvent conduire l’électron primaire à ressortir de la cible, c’est l’émission rétrodiffusée. La forte déviation dans le champ électrique du noyau provoque également une émission radiative non caractéristique (rayonnement « de freinage »), à l’origine du fond continu.

A+

[XK150]

Re,
Ceci confirme les messages précédents : ionisation ( message 21 ), et freinage ( message 21 et 19 ) .
La création de lacunes ( message 11 ) est oubliée ou peu probable ou nulle pour cet appareil ( à voir avec les énergies utilisées par l'appareil ).

[LPFR]

Bonjour.
En attendant la réponse d’un connaisseur, je me suis souvenu de la capture électronique. Donc, la capture d’un électron incident serait possible, en transformant un proton en neutron.
Mais c’est de l’interaction faible et donc avec des temps très longs. La durée du « séjour » d’un électron incident dans le noyau serait trop brève pour que la réaction ait lieu.
....mais je rappelle que c’est vraiment loin des choses que je (crois) connaître.
Au revoir