一种高效的基于气态放射源的同位素电池的制作方法与工艺

本发明涉及放射性同位素电池技术领域，具体地讲，是涉及一种高效的基于气态放射源的同位素电池。

背景技术：
目前，国内尚不具备商用的放射性同位素电池生产能力。国际上商用的放射性同位素电池主要有同位素热电电池和辐伏电池两种。其中同位素热电电池很难小型化。小型化的电池仅有辐伏电池一种。当前研究中辐伏电池主要存在三个问题，一是输出功率非常低在几十nw量级；二是电池寿命非常短，远低于同位素的半衰期；此外，电池的能量转化效率也非常低。以上几种因素导致了其应用范围非常有限。近10年有研究者提出了辐射发光联合光伏效应的同位素电池，在物理结构上将放射能吸收材料和电能产生单元实现分离，因而有效避免了电能产生单元的辐照损伤，大大提高了同位素电池的寿命。辐射发光联合光伏效应的同位素电池在国内外还比较少见。在国外有使用固态放射源激发惰性气体发光，然后用光伏电池将光能转化为电能的技术；然而由于固态放射源的自吸收效应非常高，导致放射性元素的载入量很低，因此电池的输出功率很低，电池的能量转化效率也不高。

技术实现要素：
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种高效的基于气态放射源的同位素电池。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种高效的基于气态放射源的同位素电池，包括带有嵌槽的电池底座，安置于电池底座的嵌槽内的放射光源支架，安置于放射光源支架上的至少一个放射源辐射发光单元，扣置于电池底座的嵌槽上将其内外阻隔的透镜，与电池底座连接的输出端支架，以及安置于输出端支架上并与透镜位置匹配的用于输出电能的光电转换单元，其中，所有放射源辐射发光单元发出的光线经透镜聚集后全部投射在光电转换单元上。进一步地，所述放射源辐射发光单元包括固定于放射光源支架上的封闭的透明容器，生长于透明容器内壁上的辐射发光层，以及充满透明容器内部的气态放射源。在进一步的改进中，所述辐射发光层内还可增加设置反射膜层，该反射膜层对放射性粒子可自由通过，对可见光为单向，如此可增强该发光单元的发光效率。具体地，所述气态放射源为放射性同位素。具体地，所述辐射发光层由辐射发光材料构成，如荧光或磷光材料。具体地，所述透明容器为呈柱状的玻璃容器或石英玻璃容器。为了提高对辐射光线的收集，所述电池底座内还设有与所述嵌槽连通的反光槽，所述反光槽的底面为反光曲面。优选地，至少一个所述放射源辐射发光单元位于所述反光曲面的焦点处。优选地，至少一个所述放射源辐射发光单元位于所述透镜的光心处。以便于提高光线收集强度。为了提高支撑强度，所述输出端支架的内侧设有用于支撑光电转换单元的斜支部。为了进一步提高光线的收集，所述输出端支架的内壁表面为反光面。通常地，所述输出端支架的形状大小与所述电池底座相匹配，与光电转换单元共同构成一个相对封闭的供光线反射收集的空间，透镜便处于该空间内。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）本发明构思巧妙，利用同位素放射源激发辐射发光材料发光，结合光学原理由透镜将光线聚集在光电转换单元上实现电能的输出，极大地提高了光电转换单元表面的光强度，而现有光电转换单元的转换效率不是恒定值，会随着光强度的增加而提高，从而大幅度提高了光电转换效率（至少一个数量级），进而提高了同位素电池的输出功率和能量转换效率，同时还减小了光电转换单元的有效面积，降低了系统成本，并且本发明应用性好，结构简单，便于制造，成本低廉，具有广泛的应用前景，适合推广应用。（2）本发明采用气态放射源作为辐射输出，大大降低了放射源的自吸收效率，有效地提高了放射能的利用率，进而提高光强，从而提高电池的输出功率。（3）本发明还通过设计反光槽和反光曲面，加强对放射源辐射发光单元散发光线的收集，进一步提高光强度，从而提高电池输出效率。（4）本发明采用了放射源和光电转换单元的分离技术，有效避免了光电转换单元的辐照损伤，大大提高了同位素电池的寿命。（5）本发明放射性同位素电池，具有电池寿命长、能量密度高、维护成本低和抗干扰能力强的显著优点，可以作为某些极端环境如深太空、深海探索，极地探险、封闭系统如心脏起搏器等的能源供给。该电池依靠放射性同位素衰变产生的能量工作，因此不需要额外的能量供给如光、热、振动等，故应用范围极为广泛。电池的寿命取决于放射性同位素的种类，由于该结构解决了辐照损伤问题，因此电池寿命要远高于放射性同位素的半衰期。一经植入系统，整个电池寿命期内不需更换。尤其适用于心脏起搏器等需要超长时间供应的场合，可有效降低系统维护成本。该电池的能量密度高，适用于太空探索等对能量密度要求高的场所，有利于降低发射成本。整个电池抗外界干扰能力强，可在振动、电磁干扰、高温、低温、和密封系统工作。附图说明图1为本发明的结构示意图。图2为本发明的剖视图。图3为本发明的四分之一剖面轴测图。图4为本发明中放射源辐射发光单元的截面示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例如图1至图4所示，该高效的基于气态放射源的同位素电池，包括带有嵌槽2的电池底座1，安置于电池底座的嵌槽内的放射光源支架3，安置于放射光源支架上的至少一个放射源辐射发光单元4，扣置于电池底座的嵌槽上将其内外阻隔的透镜5，与电池底座连接的输出端支架6，以及安置于输出端支架上并与透镜位置匹配的用于输出电能的光电转换单元7，其中，所有放射源辐射发光单元发出的光线经透镜聚集后全部投射在光电转换单元上。为了提高对辐射光线的收集，所述电池底座内还设有与所述嵌槽连通的反光槽8，所述反光槽的底面为反光曲面9。为了提高支撑强度，所述输出端支架的内侧设有用于支撑光电转换单元的斜支部10，为了进一步提高光线的收集，所述输出端支架的内壁表面为反光面。进一步地，所述放射源辐射发光单元包括固定于放射光源支架上的封闭的透明容器11，生长于透明容器内壁上的辐射发光层12，以及充满透明容器内部的气态放射源13。在进一步的改进中，所述辐射发光层内还可增加设置反射膜层，该反射膜层对放射性粒子可自由通过，对可见光为单向，如此可增强该发光单元的发光效率。具体地，所述气态放射源为放射性同位素。所述辐射发光层由辐射发光材料构成，如荧光或磷光材料。所述透明容器为呈柱状的玻璃容器或石英玻璃容器。优选地，至少一个所述放射源辐射发光单元位于所述反光曲面的焦点处，至少一个所述放射源辐射发光单元位于所述透镜的光心处。以便于提高光线收集强度。本发明工作时，利用放射性元素衰变产生的能量工作。放射性元素自发衰变的时候产生高能的放射性粒子；放射性粒子各项同性地向各个方向发射；当放射性粒子入射到由辐射发光材料构成的辐射发光层中时，会在辐射发光材料中激发荧光或者磷光；材料发出的光透过透明容器，经透镜收集汇聚之后，聚集在光电转换单元上；光电转换单元将光吸收，产生光生载流子，然后产生电流。上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。