Недавно китайские учёные официально опубликовали в журнале Nature результаты своих исследований в области ядерных батарей. Исследовательская группа профессора Ван Шу Ао из Университета Дун У (Китай) использовала альфа-лучи, испускаемые радиоактивными изотопами, для создания такого типа батарей.

В настоящее время альфа-радиоактивные изотопы являются перспективными «кандидатами» для микроядерных батарей благодаря своей высокой энергии распада – от 4 до 6 мегаэлектронвольт (МэВ). Потенциальная энергия альфа-излучения значительно превышает энергию устройств для добычи бета-радиоактивных изотопов. При этом максимальная энергия распада бета-радиоактивных изотопов составляет около нескольких десятков килоэлектронвольт (кэВ).

Хотя эффективность микроядерной батареи в 8000 раз выше, чем у обычных батарей, она всё же имеет ограничения, поскольку чрезвычайно короткое проникновение в твёрдые тела приводит к тому, что альфа-частицы теряют значительную часть энергии из-за эффекта самопоглощения. По словам профессора Вуонг Ту Ао, руководителя исследовательской группы: «Эффект самопоглощения значительно снижает фактическую ёмкость альфа-радиоизотопной микроядерной батареи по сравнению с теоретической».

462545951_502359769364359_3303031661309682622_n.jpg
Иллюстрация микроядерной батареи, созданной китайскими учёными. Источник фото: SCMP

Конструкция микроядерной батареи включает интегрированный слой, действующий как солнечный элемент, позволяющий максимально эффективно использовать альфа-излучение. Команда внедрила преобразователь энергии – полимерный слой, окружающий изотоп, который переносит энергию, выделяемую при излучении, преобразуя её в свет и электричество, подобно фотоэлектрическому элементу.

Согласно этому исследованию, при использовании всего лишь 11 микрокюри (мкКи) синтетического радиоактивного вещества 243Am комплекс люминесцировал под действием альфа-излучения, испускаемого в процессе распада изотопов. В другом эксперименте мощность люминесценции составила 11,88 нановатт (нВт), а эффективность преобразования энергии распада в свет достигла 3,43%.

Исследовательская группа заявила, что фотоэлектрическая ядерная батарея, преобразующая излучение в электрическую энергию, имеет длительный срок службы и работает независимо от перепадов температуры. В частности, экспериментальная микроядерная батарея имеет общую эффективность преобразования энергии 0,889% и генерирует 139 микроватт/кюри.

Разработанная исследовательской группой микроядерная батарея прошла строгую проверку с помощью теорий и многочисленных экспериментов, показав, что ее эффективность преобразования энергии в 8000 раз выше, чем у обычных структур батарей.

Аналогичным образом, преобразователь энергии отличается высокой стабильностью: его рабочие характеристики остаются практически неизменными в течение более 200 часов непрерывной работы. Благодаря периоду полураспада синтетического радиоактивного материала 243Am, срок службы микроядерной батареи может достигать нескольких столетий.

Структура аккумулятора (фото 1), характеристики преобразователя энергии (фото 2), результаты теоретических и экспериментальных исследований (фото 3) и результаты испытаний аккумулятора (фото 4). Источник фото: Китайская ключевая исследовательская лаборатория ядерной медицины и радиационной безопасности.

«Это один из крупнейших прорывов в области ядерных батарей за последние десятилетия», — отмечает China Science and Technology Daily . Исследование не только отвечает стратегическим потребностям Китая и безопасности ядерной энергетики, но и предлагает новый подход к использованию ядерных отходов и актинидных нуклидов вне ядерного топливного цикла.

Газета SCMP дала следующую оценку: «Длительные периоды полураспада и высокоэнергетический альфа-распад некоторых изотопов проявляются в виде радиоактивной токсичности ядерных отходов. Однако эти изотопы всё же обладают преимуществом длительного существования и высокой энергии».

Профессор Ван Шу Ао — китайский учёный, добившийся значительных успехов в проектах по очистке ядерных отходов и сточных вод, а также в исследованиях по реагированию на чрезвычайные ситуации. Он много лет занимается стратегическими потребностями Китая в устойчивом и безопасном развитии ядерной энергетики.

Ведущий в мире ученый в области нанотехнологий покидает США, чтобы вернуться на родину и внести свой вклад в развитие КИТАЯ - В возрасте 63 лет г-н Выонг Чунг Лам, ведущий в мире ученый в области нанотехнологий, решил вернуться на родину после почти 30 лет работы в США.