The small-scale electroplating device was designed and fabricated for Ni-63 sealed source (foil type) with a high specific activity needed for production of betavoltaic battery. The condition of Ni electroplating was optimized by using fabricated electroplating device to establish a Ni-63 electroplating condition on the Ni foil. The results showed that the optimum surface morphology and thickness of Ni deposit was obtained for 1,758 seconds at a current density of $15mA{\cdot}cm^{-2}$ with 0.5% tween 20. Radioisotope Ni-63 electroplating was implemented under established condition. The radioactivity of Ni-63 sealed source was calculated to $28mCi{\cdot}cm^{-2}$, and the thickness of Ni-63 deposit was about $2.4{\mu}m$.
Krasnov, Andrey;Legotin, Sergey;Kuzmina, Ksenia;Ershova, Nadezhda;Rogozev, Boris
Nuclear Engineering and Technology
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제51권8호
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pp.1978-1982
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2019
The paper presents the electrical performance measurements of a prototype nuclear battery and two types of betavoltaic cells. The electrical performance was assessed by measuring current-voltage properties (I-V) and determining the short-circuit current and the open-circuit voltage. With 63Ni as an irradiation source, the open-circuit voltage and the short-circuit current were determined as 1 V and 64 nA, respectively. The prototype consisted of 10 betavoltaic cells that were prepared using radioactive 63Ni. Electroplating of the radioactive 63Ni on an ohmic contact (Ti-Ni) was carried out at a current density of 20 mA/㎠. Two types of betavoltaic cells were studied: with an external 63Ni source and a 63Ni-covered source. Under irradiation of the 63Ni source with an activity of 10 mCi, the open-circuit voltage Voc of the fabricated cells reached 151 mV and 109 mV; the short-circuit current density Jsc was measured to be 72.9 nA/cm2 and 64.6 nA/㎠, respectively. The betavoltaic cells had the fill factor of 55% and 50%, respectively.
Radioisotope (Nuclear) battery using $^{63}Ni$ was prepared as beta cell. The electroplated $^{63}Ni$ on Ni foil is fabricated, and beta cell and photovoltaic hybrid battery was designed to use at both day and night in space project. A Ni-plating solution is prepared by dissolving metal particles including $^{62}Ni$ and $^{63}Ni$ from neutron irradiation of ($n,{\gamma}$). Electroplating solution of a chloride bath consists on nickel ions in HCl, $H_3BO_3$, and KOH. The deposition was carried out at current density of $10mA\;cm^{-2}$. The prepared beta source was attached on a PN junction and measured I-V properties. The power output at activity of 0.07 mCi and 0.45 mCi were 0.55 pW and 2.69 nW, respectively.
추출크로마토그래피법과 액체섬광계수법을 이용하여 고체 시료중의 $^{55}Fe$와 $^{63}Ni$ 방사능을 측정할 수 있는 분석법을 확립하고 연구로 2호기의 해체시 발생되는 방사화된 콘크리트 폐기물을 분석하였다. 침전법과 추출크로마토그래피법으로 화학분리를 하면, 경우 Fe의 화학적 회수율은 대부분의 시료에서 90%이상이었으나 Ni의 회수율은 43.6과 46.5%를 나타낸 시료가 있으며 나머지는 62% 이상을 나타내었다. Spiked 시료를 이용하여 분리과정과 액체섬광계수법의 과정을 확인한 결과 $^{55}Fe$의 경우는 3.7% 오차내의, $^{63}Ni$의 경우는 0.7% 오차내의 결과가 얻어졌다. 연구로 2호기의 해체 콘크리트 시료중 $^{55}Fe$ 방사능은 MDA이하의 값도 있으나 TC3시료의 경우는 362Bq/g의 값이 얻어졌다. 그리고 $^{63}Ni$의 경우는 모든 시료에서 MDA이하 값이 얻어져 $^{63}Ni$이 존재하지 않음을 알 수 있었다. 그리고 콘크리트 벽의 해체시 표면의 시료는 $^{55}Fe$의 방사능이 높다가 표면으로부터 깊은 시료일수록 $^{55}Fe$의 방사능이 급격히 줄어들었다.
Uhm, Young Rang;Choi, Byoung Gun;Kim, Jong Bum;Jeong, Dong-Hyuk;Son, Kwang Jae
Nuclear Engineering and Technology
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제48권3호
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pp.773-777
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2016
A betavoltaic battery was prepared using radioactive $^{63}Ni$ attached to a three-dimensional single trenched P-N absorber. The optimum thickness of a $^{63}Ni$ layer was determined to be approximately $2{\mu}m$, considering the minimum self-shielding effect of beta particles. Electroplating of radioactive $^{63}Ni$ on a nickel (Ni) foil was carried out at a current density of $20mA/cm^2$. The difference of the short-circuit currents ($I_{sc}$) between the pre- and post-deposition of $^{63}Ni$ (16.65 MBq) on the P-N junction was 5.03 nA, as obtained from the I-V characteristics. An improved design with a sandwich structure was provided for enhancing performance.
방사성 폐기물 핵종 재고량 평가에 필요한 핵종분석을 위하여 다양한 매질의 방사성 폐기물 시료로부터 $^{99}Tc,\;^{94}Ng,\;^{55}Fe,\;^{90}Sr$ 및 $^{59/63}Ni$의 분리에 관한 연구가 수행되고 있다. Ni은 음이온교환 수지와 Sr-Spec 추출 크로마토그래피 수지로 Re($^{99}Tc$의 대용물), Nb, Fe 및 Sr을 차례로 분리하는 과정에서 Ca, Mg, Al, Cr, Ti, Mn, Ce, Na, K 및 Cu와 함께 회수되었다. 본 연구에서는 Ni의 선택적 분리기술을 확립하기 위하여 Ni-Spec 추출 크로마토그래피 및 양이온교환수지법으로 이들의 분리거동을 비교하였다. 또한 Ni의 정제와 기체비례계수법으로 방사능을 측정하기에 적합한 계측시료 준비를 위하여 ammonium $citrate/ethanol-H_2O$ 및 tartaric $acid/acetone-H_2O$에서 dimethylglyoxime(DMG)에 의한 Ni의 침전거동을 조사하였다 원자력발전소로부터 채취한 폐이온교환수지 시료 용해용액의 화학조성을 모사하여 만든 모의 폐이온교환수지 용액을 사용하여 Re, Nb, Fe 및 Sr 분리과정을 거쳐 최종적으로 분리한 Ni의 회수율은 $92.1\%\;(RSD:\;0.9\%)$이었다. 또한 tartaric $acid/acetone-H_2O$에서 DMG에 의한 Ni의 회수율은 $85.6\%\;(RSD:\;1.9\%)$이었다.
Chloride plating solution was fabricated by dissolving metal Ni powders in a mixed solution with HCl and de-ionized water. Effects of $Ni^{2+}$ and saccharin concentrations in the plating baths on current efficiency, residual stress, surface morphology and microstructure of Ni films were studied. In the case of $0.2M\;Ni^{2+}$ concentration, current efficiency was decreased to about 65 % with increasing saccharin concentration, but, in the case of $0.7M\;Ni^{2+}$ concentration, it was shown more than 90 % with the increase of saccharin concentration. Residual stress of Ni thin film was appeared to be about 400 MPa up to 0.0244 M saccharin concentration at the $0.2M\;Ni^{2+}$ concentration and surface morphology with severe cracks was observed in the range of 0.0487~0.0975 M saccharin concentration. Residual stress of Ni thin films was measured to be about 750 MPa without saccharin addition and 114~148 MPa at the range of 0.0097~0.0975 M saccharin concentration for the $0.7M\;Ni^{2+}$ concentration. Relatively low residual stress values (114~148 MPa) of the Ni films at the range of 0.0097~0.0975 M saccharin concentration may be resulted from codeposition of S from saccharin. Ni films at $0.7M\;Ni^{2+}$ concentration showed smooth surface morphology and were independent of saccharin concentration. Ni films at $0.7M\;Ni^{2+}$ concentration consist of FCC(111), FCC(200), FCC(220) and FCC(311) peaks and the intensities of FCC(111) and FCC(200) peaks increased with increasing saccharin concentration. Also, the average grain size decreased with increasing saccharin concentration from about 30 nm to about 15 nm.
Ni-63 is pure beta source which emits low energy beta particles. The Ni-63 sources were fabricated to develop the beta-voltaic battery which converts decay energy into electrical energy for power generation. Activity distribution of the source was important factor of power producibility of the beta-voltaic battery. Liquid scintillation counter widely used for measurement of low energy beta emitters was not suitable to measure activity distribution. In this study, we used the peeled-off Gafchromic™ EBT3 film to measure the activity distribution of the Ni-63 source. Absorbed dose was increased proportionally to the source activity and exposure duration. The low energy beta particles could transport the energy into the active layer without the polyester protective layer. Also, Activity distribution was measured by using the peeled-off EBT3 film. Two-dimensional dosimetric distribution was suitable to measure the activity distribution. To use the peeled-off EBT3 film is user-friendly and cost-effective method for quality assurance of the Ni-63 sources for the beta-voltaic battery.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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