Ядерні батареї на воді успішно пройшли стадію розробки. Ці високоефективні пристрої набагато потужніші за наявні аналоги, невдовзі вони можуть знайти практичне застосування. Попри страхітливу назву, пристрій не використовує реакцію поділу ядер та гамма-радіацію. Натомість ядерні батареї потребують бета-гальваніку – давно відому технологію генерування електроенергії з бета-радіації. Свої експерименти Дже Квон і Пек Кім, дослідники з Міссурійського університету (США), описали в журналі Nature.
Бета-гальванічна батарея – пристрій, здатний перетворювати на струм бета-випромінювання. Додаткова енергія виникає внаслідок радіолізу бета-радіацією молекул води.
В основі батареї, яку створили Дже Квон і Пек Кім, – використання бета-гальванічного ефекту для виробництва електроенергії. Бета-гальванічний пристрій нагадує фотогальванічний, проте перетворює на струм не оптичне випромінювання, а бета-радіацію. Тобто прилад акумулює високоенергетичні електрони, які є продуктом радіоактивних речовин.
Конструкції бета- й фотоелектричного перетворювачів дуже подібні: напівпровідник (наприклад, виготовлений з кремнію чи діоксиду титану) роміщений між двома електродами. Коли радіація діє на напівпровідник, він генерує потік електронів.
Пристрій використовує бета-випромінювання, яке можна екранувати тонким шаром алюмінію, тобто він є порівняно безпечним. Утім набагато сильнішу проникну здатність має гамма-радіація: її спиняють товстою пластиною зі свинцю чи іншого щільного металу. Це не означає, що бета-радіація сама з себе безпечна – вона також може спричинити рак і мати летальні наслідки. Проте її куди легше контролювати: треба лише виготовити обшивку кількаміліметрової товщини і стежити за її цілісністю.
Отже, ядерна батарея Кіма і Квона складається з напівпровідника – наноструктурованого діоксиду титану (цей матеріал застосовують у сонцезахисних екранах і в заслонах проти УФ-випромінювання) з платиновим покриттям, води та радіоактивного стронцію-90.
Період напіврозпаду Sr-90 дорівнює 28,79 року: в процесі ядерних перетворень виділяється електрон (бета-радіація), антинейтрино та ізотоп іттрій-90. Напіврозпад елементу Y-90 відбувається протягом 64 годин, відтак знову утворюються електрони, антинейтрино й цього разу стабільний елемент – цирконій.
Позитив використання стронцію-90 полягає втому, що він майже не продукує гамма-радіації. Цей ізотоп також часто застосовують у медицині, зокрема для променевої терапії раку та як радіоактивний індикатор.
Бета-електричні батареї винайдено понад 50 років тому; їхнє використання припинилося після появи літій-іонної технології. Проте міссурійські науковці стали авторами конструкційної новації, що полягає у використанні води. Не лише вода абсорбує велику частку бета-радіаційної енергії (велика кількість електрики завдає шкоди напівпровідникові), а й сама бета-радіація в процесі радіолізу розщеплює молекули води, генеруючи вільні радикали та додатковий електрострум.
«Вода діє як буфер, а поверхневі плазмони, що утворюються у пристрої, неабияк підвищують його ефективність», – зазначає Квон.
Якщо порівнювати з попередніми бета-гальванічними розробками, батарея міссурійських дослідників працює за нижчих температур і має суттєву перевагу в потужності. Пристрій можна застосовувати всюди, де потрібні ефективні акумулятори, зокрема в автомобілях чи космічних апаратах. На думку дослідників, напрацювання прокладуть дорогу розробці «джерел живлення нового покоління».
Квон і Кім відповіли на питання безпеки ядерних технологій. Вчені переконані, що великих ризиків немає: ядерні технології знайшли чимало варіантів комерційного застосування, зокрема в побуті (для прикладу, сиґналізатори пожежі чи знаки аварійного виходу).
Попри все, експерти мають сумнів щодо перспектив комерційного застосування ядерних батарей. Насамперед це стосується до мобільних пристроїв: хоч такі батареї ніколи не треба заряджати, все ж страх перед радіацією та загроза багатомільйонних позовів до компаній-виробників зроблять свою справу. Побоювання також можуть завадити використовувати ядерні батареї в автомобільній техніці. Проте там, де довговічність і потужність переважать шальку терезів усіх інших ризиків (йдеться про військові та космічні завдання), винахід міссурійських вчених може отримати зелене світло.
Зреферував Олег КАЧАН
Ориґінал за посиланням: http://www.techtimes.com.
23.09.2014