Корейские ученые разработали безопасную ядерную батарею

Исследователи из Корейского научно-технологического института Тэгу Кёнбук создали ядерную батарею, которая может десятилетиями преобразовывать радиацию непосредственно в электричество, но без последствий, связанных с ядерной радиацией, передает издание «За рубежом».

Батарея, называемая бета-вольтовой ячейкой с красителем, использует бета-частицы, которые представляют собой просто электроны высокой энергии. Волшебство кроется в инновационном материале углероде-14 – радиоактивном изотопе, который испускает бета-частицы. Частицы попадают на покрытый красителем на основе рутения полупроводник из диоксида титана и выбивают из красителя электроны, создавая электрический ток.

Период полураспада углерода-14 составляет около 5730 лет, то есть теоретически батарея могла бы работать вполсилы даже спустя почти шесть тысячелетий. Однако в реальном мире практическая мощность, скорее всего, снизится гораздо раньше из-за разрушения материалов.

Плотность энергии прототипа батареи составляет 20,75 нановатта на квадратный сантиметр на милликюри при КПД 2,86 %. Говоря простым языком, это немного. Батарея размером с таблетку аспирина вырабатывает около 0,4 % энергии, необходимой для работы обычного карманного калькулятора. Вам понадобится ещё около 240 таких маленьких ядерных батареек, чтобы освежить в памяти таблицу умножения.

При этом она вырабатывает достаточно энергии для работы медицинских устройств, таких как кардиостимулятор или удалённые датчики окружающей среды для регистрации данных. Эта батарея может питать RFID-метки, микрочипы и конденсаторы, накапливающие заряд для устройств, которым требуется кратковременный мощный импульс энергии. Существует множество технологий с ультранизким энергопотреблением, для которых такой аккумулятор станет идеальным решением. Однако он всё ещё находится на ранних этапах разработки.

Несмотря на то что обычно ядерная радиация пугает, исследователи говорят, что эта конструкция на самом деле довольно безопасна. Бета-частицы, испускаемые углеродом-14, есть почти во всём, в том числе человеческом теле. Для защиты такой батареи достаточно тонкого слоя алюминиевой фольги. Благодаря твердотельной конструкции и отсутствию легковоспламеняющихся материалов компактные ядерные батареи могут оказаться даже безопаснее литийионных, которые подвержены перегреву, утечке газа и риску взрыва.

Первая радиоизотопная батарея была разработана в 1954 году Комиссией по атомной энергии в США. Она использовала стронций-90 в качестве радиоактивного источника и преобразовывала энергию бета-частиц в электричество подобно современным бета-вольтовым элементам.

Вскоре после этого, в 1960-х годах, для космических миссий начали использовать радиоизотопные термоэлектрические генераторы (RTG), которые преобразовывали энергию альфа-излучающих изотопов, таких как плутоний-238 – мощного, но относительно безопасного при должной защите. Первой космической миссией с использованием этой технологии был запуск спутника ВМС США Transit 4A, который стал частью первой в мире спутниковой навигационной системы и предшественником современной GPS.

Совсем недавно компания Betavolt анонсировала свою 3-вольтовую алмазную ядерную батарею, в которой используется никель-63 и алмазный полупроводник, работающий на основе бета-частиц, что позволяет обеспечивать питание устройства в течение 50 лет.

Arkenlight – ещё одна компания, которая уже несколько лет разрабатывает бриллианты с углеродом-14 для производства энергии с помощью атомных батарей.

Хотя эта технология не нова, недавние прорывы в области материалов, эффективности и безопасности открывают путь к её практическому применению в повседневной жизни без использования реакторов.