Нещодавно китайські вчені офіційно оголосили про результати своїх досліджень ядерних батарей у журналі Nature . Відповідно, дослідницька група професора Ван Шу Ао з Університету Дунву (Китай) використала альфа-промені, що вивільняються з радіоактивних ізотопів, для створення цього типу батарей.

Наразі альфа-радіоактивні ізотопи є яскравими «кандидатами» для мікроядерних батарей завдяки їхній високій енергії розпаду, від 4 до 6 мегаелектронвольт (МеВ). Енергія альфа-випромінювання потенційно може значно перевищувати енергію пристроїв для видобутку бета-радіоактивних ізотопів. Тим часом найвища енергія розпаду бета-радіоактивного ізотопу становить близько кількох десятків кілоелектронвольт (кеВ).

Хоча ефективність у 8000 разів вища, ніж у звичайних батарей, мікроядерна батарея все ще має обмеження, оскільки здатність проникати надзвичайно коротко у тверді тіла призводить до того, що альфа-частинки втрачають багато енергії через ефект самопоглинання. За словами професора Вуонг Тху Ао, керівника дослідницької групи: «Ефект самопоглинання значно знижує фактичну ємність мікроядерної батареї альфа-ізотопів, ніж теоретичну».

462545951_502359769364359_3303031661309682622_n.jpg
Ілюстрація мікроядерної батареї, створеної китайськими вченими. Джерело фото: SCMP

Конструкція мікроядерної батареї має інтегрований шар, який діє як сонячний елемент, щоб максимально використати альфа-випромінювання. Команда дослідників включила перетворювач енергії – полімерний шар, що оточує ізотоп, який передає енергію, що вивільняється під час випромінювання, перетворюючи її на світло та електрику, подібно до фотоелектричного елемента.

Згідно з цим дослідженням, використовуючи лише 11 мікрокюрі (мкКі) синтетичної радіоактивної речовини 243Am, комплекс створив люмінесценцію з альфа-променів, що випромінюються в процесі розпаду ізотопів. В іншому експерименті потужність люмінесценції була визначена на рівні 11,88 нановат (нВт), з ефективністю перетворення енергії процесу розпаду на світло, що досягала 3,43%.

Дослідницька група заявила, що фотоелектрична ядерна батарея, яка перетворює випромінювання на електричну енергію, має тривалий термін служби та працює незалежно від змін температури. Зокрема, експериментальна мікроядерна батарея має загальний ККД перетворення енергії 0,889% та генерує 139 мікроват/кюрі.

Мікроядерна батарея, розроблена дослідницькою групою, була ретельно перевірена за допомогою теорій та численних експериментів, що показало, що її ефективність перетворення енергії у 8000 разів вища, ніж у звичайних батарейних структур.

Аналогічно, перетворювач потужності також дуже стабільний, параметри продуктивності майже незмінні протягом понад 200 годин безперервної роботи. З періодом напіврозпаду синтетичної радіоактивної речовини 243Am, мікроядерна батарея має термін служби до кількох століть.

Структура акумулятора (фото 1), характеристики перетворювача енергії (фото 2), результати теоретичних та експериментальних досліджень (фото 3) та результати роботи акумулятора (фото 4). Джерело фото: Китайська ключова дослідницька лабораторія ядерної медицини та радіаційної безпеки.

«Це один з найважливіших проривів у галузі ядерних батарей за останні десятиліття», – коментує China Science and Technology Daily . Дослідження не лише відповідає стратегічним потребам Китаю в галузі ядерної енергетики та потребам безпеки, але й пропонує новий підхід до використання ядерних відходів та актиноїдних нуклідів поза ядерним паливним циклом.

Газета SCMP оцінила це так: «Довгий період напіврозпаду та високоенергетичний альфа-розпад деяких ізотопів проявляються як радіоактивна токсичність ядерних відходів. Однак ці ізотопи все ще мають перевагу довгого життя та високої енергії».

Професор Ван Шу Ао — китайський вчений, який досяг значних успіхів у проектах з очищення ядерних відходів та стічних вод, а також у дослідженнях реагування на надзвичайні ситуації. Він багато років зосереджувався на стратегічних потребах Китаю щодо сталого та безпечного розвитку ядерної енергетики.

Провідний світовий вчений у галузі нанотехнологій залишає США, щоб повернутися додому та зробити свій внесок КИТАЙ - У віці 63 років пан Вуонг Чунг Лам, провідний світовий вчений у галузі нанотехнологій, вирішив повернутися додому після майже 30 років роботи в США.