Батарея, що працює тисячоліттями: як ядерні відходи стали джерелом енергії
Група дослідників із Великої Британії створила так звану алмазну батарею, що працює на основі ізотопу вуглецю-14, вилученого з відпрацьованих графітових блоків ядерних реакторів. Отриманий пристрій здатний безперервно виробляти струм упродовж тисячоліть.
Про це пише РБК-Україна з посиланням на університет Бристоля.
Технологія базується на принципі бета-вольтаїки, коли енергія природного розпаду радіоактивних елементів перетворюється на електричний струм.
Ядерне сміття як матеріал
Для створення батарей науковці використали радіоактивні графітові блоки, які накопичуються на зупинених атомних електростанціях. Під час нагрівання цих блоків радіоактивний вуглець-14, що зосереджений на їхній поверхні, виділяється у вигляді газу.
Газ збирають і переробляють за високих температур і тиску на штучні алмази. Такий підхід вирішує одразу два завдання: суттєво знижує рівень радіоактивності самих графітових блоків (що здешевлює їхнє подальше зберігання) та створює сировину для довговічних джерел енергії.
Принцип роботи та конструкція
Оскільки отримані алмази складаються з вуглецю-14, вони самі по собі залишаються радіоактивними й випромінюють бета-частинки (електрони).
Процес генерації струму відбувається так:
- Вибиті під час розпаду електрони стикаються з напівпровідниковою структурою всередині алмазної матриці.
- Це призводить до появи вільних носіїв заряду і формування постійного електричного струму.
Щоб зробити систему безпечною, радіоактивний кристал поміщають всередину другого шару - звичайного нерадіоактивного штучного алмазу. Зовнішня оболонка повністю поглинає внутрішнє випромінювання і одночасно працює як додатковий напівпровідник, підвищуючи коефіцієнт корисної дії (ККД) системи майже до 100%.
Абсолютна безпека
Період напіврозпаду вуглецю-14 становить 5730 років, тому пристрій може працювати без підзарядки або заміни довше, ніж існує більшість людських цивілізацій.
Попри використання радіоактивного матеріалу, батарея є абсолютно безпечною для людини. Науковці зазначають, що рівень випромінювання на поверхні такого елемента живлення є нижчим, ніж природний радіаційний фон звичайного банана.
Застосування
Через невисоку щільність струму ці батареї не зможуть живити смартфони чи електромобілі. Проте вони є незамінною альтернативою літій-іонним акумуляторам у сферах, де потрібна тривала автономність за мінімального споживання енергії в екстремальних умовах.
Вчені переконані, що технологія застосовуватиметься у космічних апаратах, глибоководних дослідницьких станціях, кардіостимуляторах або датчиках для важкодоступних зон, де проведення технічного обслуговування є критично складним або небезпечним.