핵심 인사이트
보이저 1,2호는 50년간 3차 전지(RTG)를 통해 전원을 공급받고 있으며, 태양광이 약한 심우주에서는 태양전지 대신 방사성 동위원소 열전기 발전기를 사용해야 함. 3차 전지는 1차(일회용), 2차(충전식)와 달리 연료전지나 RTG와 같은 장기 전원 공급 시스템임.
방법론/지표
심우주 탐사 시 태양전지 한계 극복을 위한 3차 전지(방사성 동위원소 전지) 기술의 필요성 입증
본문
최근 동향이 있어서 업데이트 합니다. 1977년, 미국 플로리다의 케이프 공군기지에서 보이저 1,2호가 발사됨. 2. 50년이 지난 현재도 보이저 1,2호의 3개 과학장비는 작동되고 있음. 3. NASA는 2030년 초반까지 최소 1개의 과학장비를 유지하는게 목표임. 4. 보이저 1,2호의 전기가 50년째 들어온다는 말임. 5. 보이저 1,2호에 전기를 공급하는 전지는 태양전지가 아님. 6. 천왕성까지만 가도, 햇빛이 지구의 400분의 1 수준이라 태양전지를 사용할 수 없음. 7. 보이저는 3차 전지를 사용해서 문제를 해결함. 8. 전지는 1차 전지, 2차 전지, 3차 전지로 분류를 함. 9. 1차 전지는 1회 충방전만 가능한 전지로 일반적으로 사용하는 1회용 건전지임. © roberto_sorin, 출처 Unsplash 10. 2차 전지는 충전해서 재사용이 가능한 배터리로, 휴대폰, 전기자동차 등에 사용되고 있음. 13. 3차 전지는 연료를 주입받으면 스스로 전기에너지 생산이 가능한 연료전지를 말함. 14. 우주 공간은 중력과 마찰력이 거의 없어서 큰 힘이 없어도 계속 날아갈 수 있지만, 우주선의 장비를 구동하려면 전력이 필요함. 15. 보이저 1,2호는 플루토늄 238에서 나오는 방사선에서 전력을 얻는 RTG(원자력) 3차 전지를 사용함. 16. 플루토늄 238은 반감기가 87년임. 17. RTG는 오랜 기간 사용이 가능하지만, 성능이 조금씩 떨어지고 있어, NASA는 기능을 하나씩 줄이며 전기를 아끼고 있음 18. 원자력 3차 전지는 오랫동안 사용이 가능하지만, 실생활에 사용이 힘든 것은 이유가 있음. 19. 위험하기 때문임. 20. 소련에서는 무인등대를 돌리기 위해 RTG를 사용했었음. © nathjennings_, 출처 Unsplash 21. 소련이 해체되고, 기록 등 관리 상태가 엉망이 되면서 폐기물로 버려진 원자력전지(RTG)들이 생기게 됨. 22. 구 소련 지역의 나무꾼이, 폐기된 RTG를 발견하고 살펴보는 과정에서 3시간 정도 피폭이 됨. 23. 방사능에 피폭된 나무꾼은 방사선 궤양과 폐 손상으로 인한 심부전으로 사망하게 됨. 24. RTG를 사람이 없는 우주 공간을 날아가는 보이저에 사용할 수는 있어도, 지구내 사용을 자제하는 이유임. 25. 영국 브리스톨대 연구팀은 플루토늄 238이 아니라 원전에서 나오는 방사선 폐기물을 이용한 새로운 배터리를 개발함. 26. 베타전지(betavoltaic battery)임. 27. 베타전지는 방사성 동위원소가 붕괴할때 방출하는 베타입자를 활용해서 전기를 생산하는 전지로, 베타선을 사용하는 것이 중요함. 28. 베타선은 인체 유해성이 낮고, 피부를 투과하지 못해서 안전성이 높은 전지를 만들수 있음. 29. 베타전지의 수명은 사용하는 방사성동위원소의 반감기에 비례함. 30. 2016년에 영국 브리스톨대 연구팀은 반감기가 100년인 니켈-63을 사용하는 베타전지 이론을 발표함. 31. 시제품 제작에 성공했지만 상용화까지 가지는 못했음. 32. 2024년 7월 8일, 중국의 베타볼트는 ' BV100 '이라는 3차전지를 발표함. 베타볼트가 개발한 초소형 원자력 배터리 'BV100'. 33. 2016년에 영국팀이 발표한 논문을 가지고 중국기업이 실제 제품을 만든 것임. 34. BV100은 3V전압과 100µW(마이크로와트) 출력이 나오고, 배터리 수명은 50년임. 35. 배터리 수명이 다하면, 니켈-63이 구리로 변화되며 환경오염 문제가 없어짐. 36. 베타볼트의 BV100은 개당출력이 시계나 계산기등에 들어가는 CR2032 코인셀의 1/6000 수준임. 37. 여러개를 직렬,병렬로 사용해서 출력을 높일수 있지만, 워낙 출력이 낮다보니 한계가 있음. 38. 베타볼트는 BV100의 파일럿 양산을 시작했고, BV100보다 1만배 출력의 1W급을 준비하고 있음. 39. 출력이 약하지만 BV100도 나름 쓰이는 곳이 있음. 40. 출력이 약해도 원격 모니터링 센서등에는 활용이 가능한 것임. 41. 이런 상황에서 영국 연구팀은 2016년 개발한 니켈-63보다 한단계 더 진화된 방법을 최근 개발함. 글이 길어서 2편에서 계속 https://m.blog.naver.com/ranto28/224185541628 3차전지 근황 업데이트 2 (feat 나노 다이아몬드, 트리튬 배터리) 1편에 이어서 계속 41. 이런 상황에서 영국 브리스톨대 카본 연구팀은 2016년 개발한 니켈-63보다 한단계 ... m.blog.naver.com
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