Представьте себе миниатюрную батарейку, которая не нуждается в подзарядке и работает десятилетие. Ядерные батареи могут сделать это возможным. В отличие от привычных нам систем, эти устройства, изучаемые уже много лет, вырабатывают электричество за счёт распада радиоактивных материалов. Недавно группа китайских учёных разработала новый вид ядерной батареи, генерирующей электричество за счет радиоактивного распада америция. Ее считают беспрецедентно эффективной и безопасной.
С 1930-х годов ученые изучают возможность создания миниатюрных ядерных батарей. Несмотря на то, что мощность таких систем обычно невелика (нановатт или микроватт), их применяют в разных областях. Миниатюрные ядерные батареи важны для космических технологий, особенно дальних полетов, где традиционные источники энергии не подходят. Их используют также в медицине, например, для некоторых видов имплантатов.
Одно из главных достоинств таких устройств — продолжительный срок службы, который часто исчисляется десятками лет. Это обусловлено типом используемого радиоизотопа, период полураспада некоторых достигает нескольких тысяч лет. Также работа этих устройств не зависит от внешних факторов, например давления или температуры. По этим причинам многие ученые прилагают большие усилия для более эффективного использования этой формы накопления энергии. Последнее крупное исследование, опубликованное в журнале… Новый тип ядерной батареи, значительно превосходящей предыдущие модели по эффективности, был создан исследователями из Университета Шучоу в Китае.
Ядерные отходы как источник энергии
Новая батарея основана на америции 243 (Am-243) — высокоактивном металле, образующемся при ядерных реакциях в реакторах и обычно относящемся к ядерным отходам. Am-243 испускает альфа-частицы, которые благодаря большой массе несут значительное количество энергии. Эта энергия, которую изучающие пытаются использовать, быстро рассеивается в природе.
Команда добавила америций в полимерный кристалл. Материал поглощает энергию частиц и преобразует ее в свет зеленого свечения. Световой сигнал направляют на фотоэлектрический элемент для преобразования его в электричество. Вся система находится внутри кварцевой ячейки размером один миллиметр на один миллиметр.
Это серьезная проблема для исследователей. В других типах батарей, используемых с альфа-частицами, самопоглощение усложняет устройство.
Долговечная аккумуляторная система для десятков лет эксплуатации.
В ходе тестирования в течение 200 часов новая ядерная батарея демонстрировала стабильное выделение энергии. Ее эффективность преобразования превосходила показатель предыдущих версий. Мощность составила 139 микроватт на кюри (μW Ci-1).
В плане прочности эта батарея способна функционировать в течение нескольких десятков лет. Срок её службы может быть и больше, учитывая период полураспада Am-243 (7 380 лет), но отдельные элементы устройства не выдержат такой длительности из-за постепенного разрушения под воздействием радиации.