Вчені розробили ядерну батарею, яка працюватиме 100 років

Російські вчені виготовили ядерну батарею, яка працюватиме 100 років і матиме в десять разів більшу потужність, ніж традиційна.

Прототип складається з алмазного напівпровідника, відомого як діод Шоткі, та радіоактивного хімікату, що його підживлює. Ця технологія може бути використана для найрізноманітніших проектів: починаючи від кардіостимуляторів, які ніколи не потребуватимуть заміни, до пілотованих місій на Марс.

Вчені з російського Технологічного інституту надтвердих та новітніх вуглецевих матеріалів у Москві наполягають, що технологія безпечна і призначена для повсякденного використання.

Батарея живиться від бета-випромінювання — електронів і позитронів — що є безпечним для зберігання всередині людського тіла, тому що вона навряд чи буде поглинена його клітинами.

Керівник дослідження професор Владімір Бланк говорить: «Така батарея може застосовуватися в медицині та космічній техніці».

Дотепер ядерні батареї вже виготовляли, але, як правило, вони були занадто великими, щоб надаватися до практичного використання. Нова батарея використовує іншу структуру, що робить її набагато компактнішою. Вона видає 3300 міліватт-годин електроенергії на грам, тобто удесятеро більше, ніж звичайні батареї. У пристрої використовується ізотопний нікель-63, який заганяє високошвидкісні електрони, відомі як бета-частинки, у шари нікелевої фольги, що виробляють електрику. Батарея може виробляти електроенергію протягом століття: це час, необхідний для того, щоб радіоактивність у нікелі-63 досягла свого періоду напіврозпаду.

При експериментах пристрій досягав потужності в десять мікроватт на кубічний сантиметр, що достатньо для сучасного штучного кардіостимулятора. Більшість серцевих кардіостимуляторів мають розмір понад десять кубічних сантиметрів і біля десяти мікроватт потужності. Це означає, що нова батарея може бути використана для живлення цих пристроїв без суттєвих змін їх розміру. Кардіостимулятори з батареями, що не потребують заміни або обслуговування, покращать якість життя пацієнтів, повідомили дослідники.

NASA, яка в найближчі 20 років планує надсилати пілотовані місії на Марс, також цікавиться компактними ядерними батареями. Невеликі джерела енергії, які не потрібно замінювати, дозволять заощадити місце у вантажних відсіках космічних кораблів. NASA вже розробляє великий ядерний реактор «Kilopower», який постачатиме енергію для колоній на Марсі протягом десятиліть.

А втім також існує потреба в менших ядерних батареях для живлення зовнішніх датчиків і мікросхем пам’яті з інтегрованими системами живлення для космічних апаратів.

Прототипна батарея містить набір з 200 алмазних конвертерів, сплетених у шари радіоактивного матеріалу, та шари нікелевої фольги. Кількість енергії залежить від товщини фольги та самих конвертерів, що впливає на те, скільки бета-частинок поглинається. Дослідники вважають, що вони можуть збільшити потужність батареї втричі, збагачуючи нікель-63 або підвищуючи напругу завдяки удосконаленню алмазоконверторів.

Професор Бланк зазначив: «Ми плануємо зробити більше. Чим вище щільність енергії пристрою, тим більше застосувань він матиме. У нас є можливості для високоякісного синтезу алмазів, тому ми плануємо використати унікальні властивості цього матеріалу для створення нових радіаційно-захисних електронних компонентів та проектування нових електронних та оптичних приладів».

Дослідники не вказали, чи планують вони виробляти батарею самі або збираються продавати права на її виготовлення космічним агентствам та медичним фірмам.

Алмазний конвертер може бути виготовлений за допомогою радіоактивного вуглецю-14, який має надзвичайно тривалий період напіврозпаду — 5700 років.

Батареї, що базуються на радіоактивних джерелах енергії, вперше були запропоновані в 1960-х роках під час буму досліджень атомної енергетики. Проте від цієї ідеї вирішили відмовитись через проблеми з громадською безпекою.