Представьте себе источник питания размером со спичечную головку, который способен работать без подзарядки на протяжении десятилетий. Это не фантастика, а реальность, которую приближают ядерные батареи. В отличие от привычных литий-ионных аккумуляторов, эти устройства генерируют электричество за счёт контролируемого распада радиоактивных изотопов. Прорыв в этой области совершили китайские учёные, создавшие новую батарею на основе америция-243. Их разработка отличается не только рекордной долговечностью, но и повышенной безопасностью и эффективностью.
Долгий путь миниатюрных атомных источников
Идея создания компактных ядерных батарей существует с 1930-х годов, однако их широкому практическому применению долгое время мешали технологические сложности. Мощность таких устройств традиционно была крайне мала — в диапазоне нано- или микроватт. Тем не менее, даже с такими скромными показателями микроядерные батареи нашли свою нишу. Они стали незаменимыми для космических аппаратов, отправляющихся в долгие миссии за пределы Солнечной системы, где солнечные панели бесполезны. Кроме того, их используют в кардиостимуляторах и других медицинских имплантатах, где замена батареи сопряжена с серьёзной операцией.
Главное преимущество таких систем — феноменальный срок службы, который может исчисляться десятилетиями, а в теории — и тысячелетиями, в зависимости от периода полураспада используемого изотопа. Их работа стабильна и не зависит от капризов погоды, перепадов температуры или давления. Именно эти перспективы заставляют научные группы по всему миру активно работать над совершенствованием технологии.
Обратите внимание: Почему смартфон быстро разряжается, что делать.
Один из последних и самых значимых успехов в этой области принадлежит исследователям из Университета Шучжоу в Китае. Их новая батарея, описанная в авторитетных научных журналах, демонстрирует беспрецедентную эффективность.Ядерные отходы как источник энергии
В основе инновации лежит америций-243 (Am-243) — высокорадиоактивный металл, который обычно считается опасным ядерным отходом, образующимся в реакторах. При распаде Am-243 испускает альфа-частицы, несущие значительную энергию. Проблема в том, что эта энергия в естественных условиях рассеивается почти мгновенно. Китайские учёные нашли остроумное решение: они поместили америций в специальные полимерные кристаллы. Эти кристаллы поглощают энергию альфа-частиц и преобразуют её в зелёное свечение.
Затем этот свет направляется на миниатюрные фотоэлектрические элементы, которые, как и обычные солнечные батареи, преобразуют его в электрический ток. Вся эта сложная система упакована в кварцевый корпус размером всего 1x1 миллиметр. Ключевым достижением стало преодоление эффекта самопоглощения, когда энергия распада поглощается самим материалом батареи, не доходя до преобразователя. В новой конструкции этот паразитный процесс сведён к минимуму.
На изображении выше представлена схема ядерной батареи от учёных Университета Шучжоу. На втором фото можно увидеть, как устройство в действии испускает характерное зелёное свечение в темноте.
Эффективная батарея, которая прослужит десятилетия
В ходе испытаний, длившихся более 200 часов, батарея показала стабильную выработку энергии. Её эффективность преобразования энергии распада в электричество оказалась выше, чем у всех предыдущих аналогов. Удельная мощность устройства составила 139 микроватт на кюри (мкВт Ки⁻¹).
Что касается долговечности, то теоретически источник энергии может работать тысячелетия, учитывая период полураспада америция-243 в 7380 лет. На практике же срок службы батареи ограничен десятками лет, поскольку другие компоненты устройства (полимеры, фотоэлементы) постепенно деградируют под постоянным воздействием радиации. Тем не менее, даже несколько десятилетий автономной работы — это революционный результат для микроэлектроники.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Представьте себе миниатюрную батарею, которая никогда не требует подзарядки и разряжается только через десятилетие использования.