Китайские инженеры разработали миниатюрную ядерную батарейку, генерирующую электричество за счёт распада америция — радиоактивного изотопа. Новая батарейка превосходит предшественники в восемь тысяч раз, не требует подзарядки, устойчива к высоким нагрузкам и способна функционировать десятилетиями. По мнению разработчиков, такое устройство можно применять в датчиках для эксплуатации в экстремальных условиях, где обычные источники энергии неприменимы.
С начала XX века… открытия радиоактивности, ученые пытались создать долговечные и устойчивые к повреждениям батарейкиРазрабатывались батарейки, вырабатывающие электроэнергию за счёт распада радиоактивных изотопов. Во второй половине XX века появились первые прототипы таких батареек, работавших главным образом на бета-излучении радиоактивных изотопов и полупроводниках: изотоп испускает частицы, которые преобразуются в энергию полупроводниками.
Устройства на основе бета-вольтаических элементовВ медицине, космической технике и системах с трудностями замены обычных батарей, как например в арктических маяках, начали применять новые элементы питания.
Эти устройства не оказались слишком эффективными. Главный недостаток бета-вольтаических элементов — слабый электрический ток. С такими батарейками невозможно питать крупные установки, только мелкие приборы. Для питания чего-то мощного необходимо множество бета-вольтаических элементов.
Научные разработки привели к новым методам совершенствования преобразования энергии изотопа в электрический ток. альфа-излучения, то есть изотопов, испускающих альфа-частицы.
Эффективность батареек с использованием альфа-излучения превосходит эффективность бета-вольтаических элементов в несколько раз, однако у первых тоже есть минусы. В них применяют нестандартные конструкции с дорогими комплектующими, из-за чего разработки развиваются медленно.
Группа китайских конструкторов во главе с Шуао Ваном Shuao WangУченые из Университета Сучжоу изобрели доступный способ преобразования альфа-излучения в электрический ток. Разработали миниатюрную ядерную батарейку с применением недорогих компонентов. Об этом сообщается в научной статье. опубликованной в журнале NatureАвторы научной работы утверждают, что эффективность разработанных ими батареек превышает эффективность устаревших бета-вольтовых элементов в восемь тысяч раз.
В качестве основы для исследования учёные выбрали химический элемент. америцийАмериций — один из самых радиоактивных и долгоживущих компонентов отработавшего ядерного топлива. Изотопы америция при распаде испускают альфа-частицы, которые несут много энергии, но быстро теряют её в окружающей среде. Поэтому учёные встроили америций в полимерный кристалл, который преобразовал эту энергию в устойчивое и стабильное зелёное свечение.
Ван вместе с коллегами соединил этот кристалл с тонким фотопреобразователем — устройством, превращающим свет в электричество. В итоге созданную ядерную батарею поместили в кварцевую оболочку размером около одного миллиметра.
Ван сообщил, что по итогам 200 часов тестирования прибор непрерывно производил электроэнергию с исключительной мощностью, расходуя при этом совсем немного радиоактивных веществ.
Время полураспада самых долгих изотопов америция — Am-243 — почти 7,4 тысячи летЭта батарейка прослужит много лет, но со временем гамма-излучение разрушит ее компоненты.
Разработанная китайскими инженерами батарейка существенно повысит эффективность преобразования альфа-излучения в электрический ток и выходную мощность по сравнению с предшественниками. Вместе с тем, её энергетический потенциал всё ещё значительно ниже традиционных источников: всего 139 микроватт. Для питания лампы накаливания мощностью 60 ватт понадобится множество таких устройств.
Ван и его коллеги работают над увеличением эффективности и производительности системы. Ученые также стремятся сделать ядерную батарею проще и безопаснее в эксплуатации, поскольку она содержит радиоактивные материалы.
Инженеры рассчитывают, что разработка будет использоваться для питания небольших датчиков в сложных условиях, где традиционные источники энергии не подходят: например, при глубоководных исследованиях, космических полетах или в приборах для удаленного управления и мониторинга.