Фото: University of Bristol
Разработана новая технология, которая позволяет использовать ядерные отходы для выработки электроэнергии в атомной батарее.
Вызов
(bristol.ac.uk) - Короткий срок службы обычных аккумуляторных батарей означает, что они либо не могут использоваться, либо имеют существенные недостатки в ситуациях, когда нет возможности их зарядить или заменить. Например, кардиостимуляторы, спутники, высотные беспилотники или даже космические аппараты являются устройствами, которые потребляют мало электроэнергии и для которых требуются источника питания с длительным сроком службы.
Чем мы занимаемся
Команда физиков и химиков из Бристольского университета вырастила синтетический алмаз, который, если его поместить в радиоактивное поле, способен генерировать небольшой электрический ток.
Этот инновационный метод получения энергии радиоактивного излучения был представлен в прошедшей с успехом ежегодной презентации «Идеи по изменению мира» (Ideas to change the world), состоявшейся в Институте Кабота (Cabot Institute) 25 ноября 2017 года.
В отличие от большинства технологий по производству электричества, в которых энергия используется для перемещения магнита через катушку с проволокой для генерирования тока, синтетический алмаз способен производить заряд, если его просто поместить в непосредственной близости к радиоактивному источнику.
Том Скотт (Tom Scott), профессор материаловедения из Центра анализа интерфейсов (Interface Analysis Centre) этого Университета и сотрудник Института Кабота, сказал: «Для этого не нужны движущиеся части, при этом не образуются выбросы и не требуется техническое обслуживание, происходит только прямая генерация электроэнергии. Инкапсулируя радиоактивные материалы внутри алмазов, мы превращаем долговременную проблему ядерных отходов в атомную батарею и обеспечиваем долгосрочные поставки чистой энергии».
Эта группа продемонстрировала прототип «алмазной аккумуляторной батареи» (diamond battery) с использованием никеля-63 в качестве источника радиоактивного излучения. Однако в настоящее время они работают над значительным повышением эффективности за счет использования углерода-14, радиоактивного варианта углерода, который образуется в графитовых блоках, используемых для замедления реакции на атомных электростанциях. Исследования ученых в Бристоле показали, что радиоактивный углерод-14 сконцентрирован на поверхности этих блоков, что позволяет обрабатывать ее для удаления большей части радиоактивного материала. Извлеченный углерод-14 затем включается в алмаз для производства атомной батареи.
Чему это может помочь
В настоящее время в Великобритании хранится почти 95 000 тонн графитовых блоков, и их радиоактивность снижается при извлечении из них углерода-14, что уменьшает стоимость и проблемы безопасного хранения этих ядерных отходов.
Доктор Нил Фокс (Neil Fox) из Школы химии (School of Chemistry) объяснил: «Углерод-14 был выбран в качестве материала для источника, потому что он испускает короткопробежное излучение, которое быстро поглощается любым твердым материалом. Было бы опасно проглатывать его или прикасаться им к обнаженной коже, но благодаря тому, что короткопробежное излучение надежно удерживается внутри алмаза, оно никак не может выйти наружу. На самом деле, алмаз является самым твердым веществом из известных, и буквально нет ничего, что могло бы обеспечить бόльшую защиту».
Несмотря на их низкую энергоемкость по сравнению с современными аккумуляторными батареями, срок службы таких алмазных батарей может привести к революции в обеспечении электропитания устройств в течение длительного времени. Необходимое количество углерода-14 в каждой батарее еще предстоит определить, но одна батарея, содержащая 1 г углерода-14, будет производить 15 джоулей энергии в день. Это меньше, чем дает батарейка АА. Стандартные щелочные батарейки типа АА предназначены для использования в течение короткого промежутка времени: одна батарейка весом около 20 г имеет запас энергии 700 дж/грамм. При непрерывной работе, она разряжается за 24 часа. При использовании углерода-14 батарее потребовалось бы 5 730 лет, чтобы уменьшить мощность на 50 процентов - это примерно такое же время, сколько существует человеческая цивилизация.
Данная разработка может решить некоторые проблемы с ядерными отходами, производством чистого электричества и сроком службы аккумуляторных батарей.
«Возможных применений такое множество, что мы просим людей выдвигать свои предложения, используя хэштег #diamondbattery, о том, как они применили бы эту технологию», - говорят сотрудники института.
