Батарея, работающая тысячелетиями: как ядерные отходы стали источником энергии
Группа исследователей из Великобритании создала так называемую алмазную батарею, работающую на основе изотопа углерода-14, изъятого из отработанных графитовых блоков ядерных реакторов. Полученное устройство способно непрерывно вырабатывать ток в течение тысячелетий.
Об этом пишет РБК-Украина со ссылкой на университет Бристоля.
Технология базируется на принципе бета-вольтаики, когда энергия естественного распада радиоактивных элементов превращается в электрический ток.
Ядерный мусор как материал
Для создания батарей ученые использовали радиоактивные графитовые блоки, которые накапливаются на остановленных атомных электростанциях. При нагревании этих блоков радиоактивный углерод-14, сосредоточенный на их поверхности, выделяется в виде газа.
Газ собирают и перерабатывают при высоких температурах и давлении в искусственные алмазы. Такой подход решает сразу две задачи: существенно снижает уровень радиоактивности самих графитовых блоков (что удешевляет их дальнейшее хранение) и создает сырье для долговечных источников энергии.
Принцип работы и конструкция
Поскольку полученные алмазы состоят из углерода-14, они сами по себе остаются радиоактивными и излучают бета-частицы (электроны).
Процесс генерации тока происходит так:
- Выбитые при распаде электроны сталкиваются с полупроводниковой структурой внутри алмазной матрицы.
- Это приводит к появлению свободных носителей заряда и формированию постоянного электрического тока.
Чтобы сделать систему безопасной, радиоактивный кристалл помещают внутрь второго слоя - обычного нерадиоактивного искусственного алмаза. Внешняя оболочка полностью поглощает внутреннее излучение и одновременно работает как дополнительный полупроводник, повышая коэффициент полезного действия (КПД) системы почти до 100%.
Абсолютная безопасность
Период полураспада углерода-14 составляет 5730 лет, поэтому устройство может работать без подзарядки или замены дольше, чем существует большинство человеческих цивилизаций.
Несмотря на использование радиоактивного материала, батарея является абсолютно безопасной для человека. Ученые отмечают, что уровень излучения на поверхности такого элемента питания ниже, чем естественный радиационный фон обычного банана.
Применение
Из-за невысокой плотности тока эти батареи не смогут питать смартфоны или электромобили. Однако они являются незаменимой альтернативой литий-ионным аккумуляторам в сферах, где требуется длительная автономность при минимальном потреблении энергии в экстремальных условиях.
Ученые убеждены, что технология будет применяться в космических аппаратах, глубоководных исследовательских станциях, кардиостимуляторах или датчиках для труднодоступных зон, где проведение технического обслуживания является критически сложным или опасным.