Until now, the development of the useful microelectromechanical systems has the problems because previous batteries (solar, chemical, etc) did not satisfy the requirements related to power supply. At this point of time, nuclear battery using isotope sources is rising the solution of this problem. Nuclear battery can provide superior out-put power and lifetime. So a new type of micro power source (nuclear battery) for microelectromechanical systems has been designed and analyzed. In this work, I designed the three parts, isotope source, conversion device, and shielding. I chose suitable sources, and designed semiconductor using the chosen isotope sources. Power is generated by radiation exciting electrons in the semiconductor depletion region. The efficiency of the nuclear battery depends upon the pn-junction. In this study the several conceptual nuclear batteries using radioactive materials are described with pn-junction. And for the safety, I designed the shielding to protect the environment by reducing the kinetic energy of beta particles.
현재 개발되고 있는 미소 기기군들은 전력공급장치의 개발에 많은 어려움을 겪고 있다. 이 시점에서 동위원소를 이용한 원자력 배터리는 그 문제점들을 해결할수 있는 많은 장점을 가지고 있다.
여기서 개념 설계된 원자력 배터리는 크게 동위원소, 전력생성장치, 그리고 방사선차폐체로 나누어 생각해 볼수 있다.
방사선 동위원소는 안전성과 효율성을 생각한 제한요소를 만족하는 동위원소로 니켈과 프로메슘을 선정하여 개념설계에 사용하였다. 니켈은 안전성 측면에서 프로메슘은 효율성측면에서 유리한 동위원소이다. 전력생성장치로는 pn-접합체를 이용하여 설계하였다. pn-접합체의 특성을 고려한 형상, 크기, 두께, 재료를 결정하여 원하는 출력을 얻어 낼수 있는 설계를 행하였다. 방사선 차폐체는 최소한의 크기로 방사선의 운동에너지를 모두 흡수하는 설계를 하여 원자력 배터리의 안전성을 확보하였다.
이러한 개념설계는 아직 실증이 되지 않은 부분이므로 이에 대한 실증과 실제모형 제작에 대한 제작 기술의 대한 연구 역시 같이 수반되어져야 할 것이다. 이러한 연구가 차후 수행완료된다면 몇십년후의 마이크로 혹은 나노의 세계에서 원자력 배터리는 전력공급장치로서 매우 중요한 자리를 차지하게 될 것이다.
