Американские исследователи создали уникальный аккумулятор, способный преобразовывать радиоактивное излучение в электричество с помощью светового эффекта. Сегодня атомные электростанции обеспечивают около 20% энергетических потребностей США, практически не загрязняя атмосферу. Однако их основной проблемой остаются радиоактивные отходы, утилизация которых требует значительных усилий.
Специалисты из Университета штата Огайо разработали инновационную технологию, использующую специальные кристаллы, испускающие свет при воздействии радиации, в сочетании с солнечными батареями. Это позволило создать батарею, способную преобразовывать гамма-излучение в электрическую энергию, достаточную для работы микроэлектронных устройств, таких как датчики и микросхемы.
Испытания новой батареи
Чтобы проверить работоспособность технологии, исследователи создали небольшой прототип размером всего 4 кубических сантиметра и провели его тестирование с использованием радиоактивных изотопов цезия-137 и кобальта-60. Эти вещества являются побочными продуктами деления атомного топлива и содержатся в отходах ядерных реакторов. Эксперименты проходили в Лаборатории ядерных реакторов Университета штата Огайо, которая занимается исследованиями и образовательными программами, но не занимается выработкой электроэнергии.
В ходе испытаний батарея, работающая на цезии-137, продемонстрировала мощность в 288 нановатт. Однако при использовании кобальта-60 устройство выдало уже 1,5 микроватта, чего оказалось достаточно для питания небольшого датчика. Хотя для бытовых приборов и систем энергоснабжения обычно требуются мощности, измеряемые в киловаттах, учёные уверены, что при использовании более мощного радиоактивного источника можно создать устройства, способные генерировать энергию на уровне ватт и выше.
Потенциальные области применения
По словам профессора машиностроения и аэрокосмической инженерии Рэймонда Као, который возглавлял исследование, главной сферой применения этих батарей станут объекты, связанные с ядерными отходами — например, хранилища радиоактивных материалов. Также технология может использоваться в космических исследованиях и подводных миссиях, где традиционные источники энергии неэффективны.
При этом новая батарея не содержит в себе радиоактивных элементов и безопасна для контакта. Хотя гамма-излучение, использованное в эксперименте, проникает глубже, чем рентгеновские лучи или компьютерная томография, сама технология остаётся экологически чистой и не требует сложных защитных мер.
«Мы стремимся превратить то, что обычно считается отходами, в нечто полезное», — отметил профессор Као, который также является директором Лаборатории ядерных реакторов при Университете штата Огайо.
Влияние кристаллов на эффективность батареи
Исследователи обнаружили, что эффективность аккумулятора во многом зависит от состава сцинтилляционных кристаллов, которые преобразуют радиацию в свет. Чем больше объём кристалла, тем больше излучения он может поглощать, а увеличенная площадь поверхности способствует более эффективному производству электричества. Соавтор исследования Ибрагим Оксуз отметил, что эти свойства позволяют масштабировать технологию и создавать более мощные батареи.
Такие аккумуляторы идеально подходят для работы в зонах с высоким уровнем радиации, где замена источников питания затруднена. Они обладают высокой долговечностью и не требуют технического обслуживания. Однако для массового производства могут потребоваться значительные финансовые вложения.
Перспективы и будущее технологии
Исследовательская группа продолжит изучение возможностей технологии, чтобы определить её потенциальный срок службы и эффективность в реальных условиях. По словам Оксуза, ядерные батареи обладают большим потенциалом, но их необходимо совершенствовать, чтобы адаптировать к потребностям энергетического рынка.
Интерес к ядерной энергии сегодня растёт не только в научных кругах, но и среди ведущих технологических компаний. Так, корпорации Microsoft и Google уже заключили контракты с американскими поставщиками атомной энергии для снабжения своих центров обработки данных. Эти центры требуют огромных энергетических ресурсов, необходимых для работы искусственного интеллекта и других высокотехнологичных разработок.
Создание компактных и безопасных батарей на основе ядерного излучения открывает новые перспективы в энергетике. В будущем подобные устройства могут использоваться для питания автономных систем, работающих в экстремальных условиях — от глубокого космоса до глубин океана.