DARPA инвестирует в создание миниатюрных ядерных батарей для автономного питания устройств в космосе и под водой

Новости МирТесен

Инженеры разрабатывают батареи, предназначенные для работы в течение месяцев или даже лет без необходимости технического обслуживания в суровых условиях, например, на больших глубинах океана или в открытом космосе. Поддерживаемая Управлением перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) новая программа направлена на продвижение технологии, которая может это обеспечить. Проект посвящен радиовольтаике — технологии создания батарей, преобразующих ядерное излучение непосредственно в электричество. Такие системы, в отличие от обычных аккумуляторов, не нуждаются в подзарядке и способны обеспечивать продолжительное и стабильное электропитание для удаленных объектов.

Ученые из Университета Толедо присоединились к совместному проекту, оцениваемому в 2,8 миллиона долларов, который возглавляет Университет Миссури. Цель проекта – создание радиовольтаических устройств микроразмера. Эти небольшие системы предназначены для применения в буях, космических аппаратах и удаленных датчиках, где замена или подзарядка аккумуляторов затруднена. Доктор Рагхав Кханна, представляющий исследовательскую группу, отметил, что работы ведутся в рамках программы DARPA «Rads to Watts», которая направлена на изучение инновационных методов непосредственного преобразования энергии ядерного излучения в электричество. Перед специалистами стоит задача обеспечить выработку 10 ватт электроэнергии на килограмм массы, что свидетельствует о существенно более высокой удельной мощности по сравнению с используемыми сегодня радиовольтаическими системами.

Радиовольтаические элементы работают по принципу, аналогичному солнечному, однако вместо солнечного излучения они используют радиоактивный распад. Если солнечные панели преобразуют фотоны в электричество, то радиовольтаические устройства используют заряженные частицы, выделяемые радиоактивными веществами. Это позволяет батареям работать в условиях, где отсутствует или ненадежен солнечный свет, и предоставляет возможности для продолжительных миссий, нуждающихся в стабильном электроснабжении.

В настоящее время команда работает над разработкой устройств на основе оксида галлия – полупроводникового материала, демонстрирующего повышенную устойчивость к радиации по сравнению с обычными аналогами. Благодаря этому свойству удается улучшить производительность и увеличить продолжительность работы. По словам доктора Кханны, оксид галлия обладает большей радиационной стойкостью, чем некоторые другие материалы, применяемые в радиовольтаических системах, что открывает возможности для более эффективной и результативной работы, а также для увеличения срока службы.

В Университете Толедо ученые руководят разработкой модели, которая определит методы создания этих устройств. Применяя метод конечных элементов, группа проводит виртуальное тестирование различных конструкций, прежде чем переходить к их физическому воплощению. Предполагается, что такое моделирование сыграет важную роль в проектировании структур устройств, обеспечивающих заданные характеристики. После проверки, разработанные методики будут переданы партнерам для практической реализации. По словам доктора Кханна, между командами ожидается множество циклов доработки для повышения эффективности устройства.

В расширенное сотрудничество вошли Университет штата Пенсильвания, Университет Хьюстона и Военно-морская исследовательская лаборатория. Эти организации объединили свои знания и опыт в области разработки материалов, моделирования и инженерного проектирования устройств. Проект направлен на повышение удельной мощности и увеличение срока службы, чтобы приблизить радиовольтаическую технологию к практическому использованию, в частности, в ситуациях, когда обычные батареи не справляются со своей задачей.