Avalanche Energy, американская компания, занимающаяся разработкой технологий термоядерного синтеза, заключила контракт стоимостью 5,2 миллиона долларов на создание ядерных батарей. Эти батареи должны обеспечивать электропитание устройства, сопоставимого по размеру с ноутбуком, в течение нескольких месяцев.
Этот договор является компонентом программы Rads to Watts, которая реализуется Управлением перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA). Программа направлена на разработку нового поколения компактных и надежных ядерных батарей, обладающих повышенной плотностью энергии.
Ядерные батареи – не принципиально новое изобретение. Они разрабатываются и применяются уже длительное время, и даже были доставлены на Марс, где служат на марсоходах NASA Perseverance и Curiosity. Другой вид ядерных батарей находит применение в медицинских имплантах и датчиках, однако все эти устройства сталкиваются с общей трудностью – недостаточной плотностью энергии.
Литий-ионные аккумуляторы, используемые в самых разных устройствах – от персональных гаджетов до систем хранения энергии для электросетей, характеризуются высокой плотностью энергии, достигая 300 ватт-часов на килограмм. К примеру, ядерные батареи производят всего около 2 ватт-часов на килограмм, и именно эту проблему направлена на решение программа Rads to Watts.
Соглашение с компанией Avalanche предполагает разработку ядерной батареи, способной питать устройство, сопоставимое по размеру с ноутбуком, в течение нескольких месяцев. При этом вес самой батареи составит всего несколько килограммов, а ее удельная мощность превысит 10 ватт на килограмм. Это значительное увеличение мощности для ядерных источников электроэнергии.
Поскольку проекты DARPA, как правило, связаны с военными разработками и исследованиями в области космоса, эти батареи должны выдерживать сложные внешние факторы, включая резкие перепады температур и воздействие радиации. В космической среде, где обычные электронные компоненты быстро выходят из строя, это особенно важно.
Компания Avalanche планирует разработку твердотельных элементов, производимых с использованием микротехнологий, которые способны преобразовывать альфа-частицы, излучаемые радиоактивными изотопами, в электричество. Данный принцип аналогичен тому, как солнечные панели конвертируют солнечный свет в электроэнергию. Эти элементы будут использовать кинетическую энергию альфа-частиц для выработки полезной электроэнергии, достаточной для питания устройства, сравнимого по размеру с ноутбуком.
Для оценки долговечности аккумуляторных батарей компания Avalanche проведет испытания, используя ускорители частиц и активные радиоизотопы. Кроме того, в исследовательскую группу, возглавляемую стартапом, войдут ученые из Университета Юты, Калифорнийского технологического института, Лос-Аламосской национальной лаборатории и компании McQuaide Microsystems.
Учитывая, что Avalanche – компания, занимающаяся термоядерными технологиями, участие в проекте, основанном на ядерном распаде, а не на термоядерном синтезе, может показаться несовместимым с основной целью организации. Однако, физические принципы, лежащие в основе этого проекта, имеют непосредственное отношение к долгосрочной стратегии Avalanche по разработке портативного термоядерного устройства. В процессе реализации этого проекта Avalanche создаст микросхемы, устойчивые к разрушению, которые найдут применение в альфа-вольтаических элементах и, в перспективе, в термоядерных установках.
«Заключение контракта с DARPA стало важным этапом в реализации наших усилий по созданию термоядерной энергии для практического применения », — отметил Робин Лэнгтри, сооснователь и генеральный директор компании Avalanche Energy.
«Разрабатываемые нами в рамках программы Rads to Watts технологии непосредственного преобразования энергии играют ключевую роль в эффективном извлечении энергии из термоядерных реакций. Мы создаем возможности, которые позволят термоядерным системам будущего обеспечить надежное и мобильное энергоснабжение для военных, космических и коммерческих нужд ».
Помимо этого, компания подчеркнула, что термоядерные установки, генерирующие альфа-частицы высокой энергии, одновременно производят и высокоэнергетические нейтроны. Эти нейтроны, в свою очередь, могут быть использованы для создания радиоизотопов, востребованных в программе Rads to Watts, что способствует развитию взаимосвязанного рынка спроса и предложения, ориентированного на базовую термоядерную платформу Avalanche.
Avalanche разработала ряд технологических демонстрационных образцов, однако положительный энергетический выход пока не был достигнут. Соответственно, создание компактного и переносного термоядерного устройства пока не представляется возможным.