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Autor Thema: Strom aus Gamma-Stralung  (Gelesen 971 mal)

Offline Karlosbubi

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Strom aus Gamma-Stralung
« am: 02. Dezember 2017, 18:50:57 »
Ein (hoffentlich nicht ganz so) kleines Gedankenspiel zur nutzung von Gammastrahlung zu gewinnung elektrisher energie,und die nutzung in der Raumfahrt.

Offline Karlosbubi

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Re: Strom aus Gamma-Stralung
« Antwort #1 am: 02. Dezember 2017, 18:55:22 »
Blei ist ja ein Gammastrahlung hemmender stoff, da die ennergie der strahlung ja nicht einfach verloren gehen kann ist die Frage in welche form sie umgewandelt wird und wie man sie weiter in elektrische energie umwandeln kann.

Meines wissens wird beim röntgen Gamma strahlung durch elektrische energie erzeugt, also müsste das auch andersherum mglich sein.

lngo

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Re: Strom aus Gamma-Stralung
« Antwort #2 am: 02. Dezember 2017, 21:22:18 »
Die in Vakuumröhren erzeugte Gammastrahlung ist überwiegend Elektronenbremsstrahlung.

Gammastrahlen werden von Photozellen oder Solarzellen in elektrische Energie umgewandelt, aber der Wirkungsgrad ist gering. Ein Hauptproblem ist das die recht dünne p-n Schicht der Solarzelle vom Großteil der Gammastrahlen durchdrungen wird. Zur Steigerung der Flächenleistung können Szintillatoren. Die sind eigentlich einfach nur eine (meist nur semi)transparente Schicht, die durch hochenergetische Strahlung angeregt werden und dann niederenergetischeres Licht abstrahlen - vergleichbar zu UV aktiven Farben, die unter Schwarzlicht aufleuchten.

Zum Messen reicht das, daher sind die meisten Röntgengeräte heutzutage rein elektrisch, die Bildaufnahme passiert mittels CCD Sensor.

Offline Karlosbubi

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Re: Strom aus Gamma-Stralung
« Antwort #3 am: 03. Dezember 2017, 10:35:43 »
Wenn ich einen Castorbehälter innen mit (handelsüblichen) solar zellen aus kleide, wieviel strom kann ich damit erzeugen ?

macht es einen (großen) unterschied wenn ich da, selen oder polymethylmethacrylat mit rein stecke ?
oder lieber bleiwolframat ?

und nach welcher zeit würde die ennergie ausbeute abnehmen ? nach 704Mio. Jahren ?

könnte man sowas als strom quelle für raumstationen o. sonden benutzen ?

Offline Hugo

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Re: Strom aus Gamma-Stralung
« Antwort #4 am: 03. Dezember 2017, 11:47:43 »
Die Ideen sind leider mathematisch nicht Umsetztbar. Ich würde Dir vorschlagen, das ganze mal mit dem Taschenrechner durch zu rechnen. Dann wirst Du schnell sehen, daß das alles gar nicht geht.

Bedenke: Je länger die Halbwertszeit, desto weniger Energie lässt sich erzeugen. Was bringt es, wenn man am Ende einen "Behälter" hat, welcher in der Summe 10 Tonnen wiegt, aber nur Strom für eine LED liefert?

Außerdem stellt sich die Frage, woher man das Material bekommt, wie man die Strahlung abschirmen kann und wie es sich im Falle eines Unfalles verhält.

Was technisch machbar ist, ist eine Radionuklidbatterie. Hier nimmt man ein Material mit einer Halbwertszeit von 20 bis 100 Jahren, welches am Besten nur Alphastrahler in der Zerfallskette hat, welches eine Keramische Struktur ausweist, und sich auch sonst noch ganz gut händeln lässt. 238-PU ist hier ein gutes Beispiel, es und seine Zerfallsprodukte zerfallen fast nur unter Alphastrahlung. Die Abschirmung ist somit kein großes Problem. Es ist in seiner oxidierter Version keramisch.  Hat einen hohen Schmelzpunkt. Nur die Herstellung ein Problem, es ist hauptsächlich in den 60er Jahren als Abfallprodukt bei der Atombombenproduktion entstanden. 238-PU erzeugt Wärme. Auf dem Mars-Rover z.B. 2000 Watt Wärme. Diese Wärme nutzt man um den Rover zu heizen und man erzeugt 100 Watt Strom damit.

So sieht das Ding vom Mars-Rover z.B. aus:
https://de.wikipedia.org/wiki/Mars_Science_Laboratory#/media/File:MMRTG_unloading.jpg


Offline Doc Hoschi

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Re: Strom aus Gamma-Stralung
« Antwort #5 am: 03. Dezember 2017, 13:14:39 »
Hallo Karlosbubi,
vor nicht allzu langer Zeit wurde von der Universität Bristol eine theoretische Methode vorgestellt wie man aus (Beta-)Strahlung von radioaktiv kontaminiertem Graphit aus Kernkraftwerken Strom erzeugen könnte. Ist zwar nicht Gammastrahlung, aber auch eine interessante Art aus radioaktiv strahlendem Material Strom zu gewinnen, an dem scheinbar auch die NASA zumindest Interesse gezeigt haben soll.

https://www.raumfahrer.net/forum/smf/index.php?topic=4178.msg381411#msg381411

Wie allerdings aus den Folgeposts seinerzeit bereits zu entnehmen ist, wäre diese Methode schwerlich als Durchbruch für die Energieerzeugung für Raumfahrzeuge zu betrachten (siehe u.a. Masseproblem, Wirtschaftlichkeit etc.).
RTGs (wie im Vorpost angesprochen) scheinen da ungleich effizienter, aber die nutzen eben nicht die von dir angefragte Strahlung, sondern die entstehende Wärme aus dem radioaktiven Zerfall.
Douglas Adams: "In an infinite universe, the one thing sentient life cannot afford to have is a sense of proportion."

Offline Dominic

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Re: Strom aus Gamma-Stralung
« Antwort #6 am: 05. Dezember 2017, 17:20:17 »
Es gibt zwar schon seit Jahrzehnten verschiedene Vorschläge wie man die Energie von Gammastrahlung in elektrische Energie umwandeln könnte (Stichwort: "Gammavoltaik") aber nennenswerte praktische Bedeutung hat das bisher noch nicht erlangt.

Der wohl gegenwärtig effektivste Ansatz ist -wie bereits erwähnt- das Umwandeln der Gammastrahlung in sichtbares Licht mit Hilfe eines Szintilatormaterials und die Nutzung dieses Lichts in einer Photovoltaikzelle. Soweit ich weiß ist das gegenwärtig effektiver als jeder bekannte direkte Umwandlungsweg.

In der Praxis ist die Nutzung von Gammastrahlern als Energiequelle in Radionuklidbatterien aber die schwierigere und weniger attraktive Alternative zu Alpha- und Betastrahlung. Der Szintilator muss oder müsste ein relativ großes Volumen um die Gammaquelle einnehmen und eine entsprechend hohe Masse aufweisen, die Leistungsdichte ist daher vergleichsweise gering und die Effizienz ist nicht unbedingt hoch. Gammastrahlung ist auch generell schwer abzuschirmen und kann an anderer Stelle problematisch sein.

Wesentlich effektiver möglich ist die direkte (oder indirekte, wieder über den Umweg Licht) Umwandlung von Betastrahlung in elektrische Energie. Hier wurden in den letzten Jahren einige Fortschritte erreicht und es gibt mittlerweile etwa radioelektrochemische Verfahren mit einem Wirkungsgrad von bis zu etwa 40%. Wobei anzumerken ist das es hier auch sehr verschiedene Varianten gibt, in Abhängigkeit von dem verwendeten Radionuklid und den Anforderungen der Anwendung.

Die direkte Umwandlung der Alphastrahlung ist kaum möglich, hier nutzt man den Alphastrahler fast immer zunächst als Wärmequelle und diese Wärmequelle dann zur Gewinnung elektrischer Energie. Das kann auch relativ effektiv sein. Alphastrahler haben den Vorteil das sie eine hohe Leistungsdichte bei gegebener Halbwertszeit bieten und praktisch keine Abschirmung erfordern.



Generell ist allerdings anzumerken das bestimmte Betastrahler die in abgebranntem Kernbrennstoff enthalten sind durchaus eine interessante Alternative als "Batterienuklid" zum knappen Alphastrahler Plutonium-238, der extra hergestellt werden muss, sein könnten.

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