Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 18. 1 maj 1956 - Elenergi direkt ur radioaktiv strålning, av SHl
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
15 maj 1956
425
Fig. 5. Halvledarelement;
R yttre impedans, V
volt-meter.
Fig. 6.
Spän-nings-ström-diagram i halv
ledarelement; Is
mättningsström,
Ij läckström,
I ström i yttre
krets.
takt med en p-ledande. Den sägs då ha en n- och en p-zon.
I den förra finns rörliga elektroner, i den senare rörliga
hål. På grund av värmerörelsen diffunderar dessa delvis
till gränsskiktet mellan zonerna där laddningsbärarna
försvinner genom att hål och elektroner förenas.
Gränsskiktet blir därför ett isolerande spärrskikt. Samtidigt uppstår
emellertid en potentialdifferens mellan zonerna, och när
den nått ett visst värde avstannar transporten av hål och
elektroner till gränsskiktet. Detta är alltså ett spärrskikt
med ett överlagrat elektriskt fält. Kristallen är en enkel
skiktdiod.
Träffas en sådan kristall av joniserande strålning, slås
vissa av de i kovalensbindningarna ingående elektronerna
loss och blir fritt rörliga, varvid var och en efterlämnar
ett likaledes rörligt hål. Dessa nya laddningsbärare kan
diffundera till spärrskiktet där genom påverkan av det
elektriska fältet hålen vandrar till p-zonen och
elektronerna till n-zonen. Strålningen ger alltså en elström i
kristallen som kan utnyttjas i en yttre strömkrets ansluten till de
båda zonerna (fig. 5).
Den största uppnåbara strömmen, mättningsströmmen
Is, är proportionell mot det antal laddningsbärare, som
strålningen alstrar per tidsenhet, och mot diffusionsvägen
för hål och elektroner. Mättningsströmmen minskas
emellertid genom att en läckström Ij flyter i motsatt
riktning genom spärrskiktet; Ij kan beräknas enligt teorin för
likriktare. Den växer med spänningen över spärrskiktet,
dvs. med halvledarelementets polspänning (fig. 6).
Elementets geometri är givetvis av största betydelse för
ett effektivt utnyttjande av strålningen. Denna sänds ut i
alla rikningar från det radioaktiva ämnet. Den kan inte
reflekteras eller koncentreras på annat sätt, och man måste
därför göra en konstruktion i vilken strålningen uppfångas
i en så stor rymdvinkel som möjligt. Vidare är det viktigt
att strålningsintensiteten är stor, då halvledarelemetets
verkningsgrad växer med den. En praktisk konstruktion
(fig. 7) kan bestå av ett tunt skikt radioaktiv substans, lagt
mellan två halvledarplattor som innehåller spärrskikt.
Ett annat villkor för stor verkningsgrad är att
diffusionsvägen för laddningsbärarna, halvledarens tjocklek och
strålningens inträngningsdjup är ungefär lika stora.
Härigenom säkerställs nämligen att strålningen absorberas
fullständigt och att största möjliga antal diffunderande
laddningsbärare når spärrskiktet. Dess fordringar kan inte
i praktiken uppfyllas för elektromagnetisk strålning med
stor intensitet vilket är ett av skälen till att
halvledarmeto-den bäst lämpar sig för ß-strålning eller mjuk
elektromagnetisk strålning.
Atombatterier
Halvledarelementet har en viktig fördel framför
uppladdningsapparaterna. Dess inre impedans är relativt liten,
och det kan ge relativt stor strömstyrka. I halvledaren
förstoras nämligen den senare genom att varje av
strålningen bildad elektron under sin diffusion ger ett
stort antal nya elektroner (Tekn. T. 1954 s. 515). Varje
^-partikel från ""Sr—90Y ger t.ex. i medeltal ca 200 000 nya
elektroner. Härigenom ökas strömstyrkan med en
liknande faktor, och halvledarelementets inre impedans
minskas. Elementet kan därför arbeta med så liten mängd
radioaktiv substans att det är praktiskt realiserbart.
På försök har man utnyttjat sådana atombatterier som
strömkälla i elektronikapparater, särskilt sådana i vilka
transistorer används. En tillämpning är en oscillator för
1 KHz med en enda transistor, som drivs med ett
kisel-element 5 mm i diameter och innehållande 50 mC ""Sr—
90Y. Ett annat fall är en enkel radioapparat fordrande
10 [iW, med en kristalldiod som detektor och tre
transistorer i lågfrekvensförstärkaren. Den drivs med åtta
kiselele-ment av samma typ.
Med kisel, det lämpligaste halvledarmaterial som man
hittills funnit, kan dock bara små effekter erhållas (fig. 8).
Man har erhållit en spänning på ca 0,5 V och en ström
på ca 10 fiA med 0,3 cm2 spärrskiktsyta när 50 mC "Sr—"Y
använts som strålningskälla. Den högsta hittills uppnådda
verkningsgraden är 3 °/o, men man kan teoretiskt förutse
att strömmen skall växa linjärt med strålningens effekt
och verkningsgraden logaritmiskt med denna.
Om t.ex. 7,5 C av rent "Sr—"Y kunde användas, skulle
effekten bli 0,1 W/cm2 vilket är lika mycket som kan
uppnås i solbatterier. Mättningsströmmen kan då beräknas
till 5 mA och verkningsgraden till 6,6 °/o. Inga experiment
har hittills gjorts med så stora radioaktiviteter, men
jämförbara försök med solbatterier har givit 8 mA
mättningsström och 5,85 °/o verkningsgrad.
Vid användning av så stark radioaktiv strålning måste
ki-seln emellertid få betydande strålningsskador, och
atombatterier med så stor effekt kan därför inte utnyttjas
förrän man på något sätt övervunnit denna svårighet. För alla
typer av energikällor med radioaktivt material finns
emellertid problem som måste lösas innan direkt överföring av
atomenergi till elenergi kan bli praktiskt användbar.
Svårigheterna beror framför allt på de radioaktiva ämnenas
höga pris, nödvändigheten att använda strålskydd,
strålningsskador och den låga verkningsgraden.
Fig. 7. Praktisk
utformning av halvledarelement.
Fig. 8. Erhållen spänning och strömstyrka för tre
atom-batterier med kisel som halvledare och 9°Sr—90Y som
strålningskälla.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
