Дослідники з Університету штату Огайо розробили революційну батарею, яка перетворює ядерну енергію в електрику за допомогою світлового випромінювання, потенційно відкриваючи новий шлях для корисного використання радіоактивних відходів.
Принцип роботи та експериментальні результати
Нова технологія поєднує сцинтиляційні кристали з сонячними елементами. Сцинтиляційні кристали — це матеріали високої щільності. Вони випромінюють світло при поглинанні радіації. Такий механізм дозволяє збирати навколишнє гамма-випромінювання для виробництва електричного струму.
Прототип батареї розміром близько 4 кубічних сантиметрів пройшов випробування в Лабораторії ядерних реакторів штату Огайо. Науковці використовували два різні радіоактивні джерела — цезій-137 і кобальт-60. Ці елементи є одними з найважливіших продуктів поділу в ядерних відходах.
Результати експерименту виявилися вражаючими. При використанні цезію-137 батарея генерувала 288 нановат. З потужнішим ізотопом кобальту-60 виробництво енергії сягнуло 1,5 мікровата. Цього достатньо для живлення мініатюрного датчика.
“Це проривні результати з точки зору вихідної потужності”, — зазначив Ібрагім Оксуз, співавтор дослідження і науковий співробітник Університету штату Огайо.
Перспективи практичного застосування
Головний автор дослідження, професор Реймонд Цао, вважає, що з відповідним джерелом живлення такі пристрої можна масштабувати для більш потужних застосувань.
“Ми збираємо те, що за природою вважається відходами, і намагаємося перетворити це на скарб”, — підкреслив Цао.
Дослідники розраховують на використання цих батарей поблизу місць виробництва ядерних відходів. Зокрема, у басейнах зберігання відпрацьованого палива. Також вони можуть знайти застосування в ядерних системах для дослідження космосу і глибоководних районів.
Важливо зазначити, що сама батарея не містить радіоактивних матеріалів. Вона залишається безпечною для дотику, незважаючи на роботу з гамма-випромінюванням. Це випромінювання приблизно в сто разів більш проникаюче, ніж звичайні рентгенівські промені.
Результати дослідження нещодавно опубліковані в журналі Optical Materials: X.
Технічні особливості та майбутні вдосконалення
Ефективність батареї значною мірою залежить від складу кристалу сцинтилятора. Навіть форма і розмір кристалів впливають на кінцеву електричну потужність. Більший об’єм дозволяє поглинати більше випромінювання і перетворювати цю енергію на світло.
Оскільки такі батареї найімовірніше працюватимуть у місцях з високим рівнем радіації, вони не становитимуть загрози для навколишнього середовища. Одна з найважливіших переваг — можливість тривалої роботи без технічного обслуговування.
Виклики для подальшого розвитку технології пов’язані з вартістю виробництва. “Масштабування цієї технології буде дорогим, якщо не вдасться налагодити надійне виробництво таких акумуляторів”, — зауважив професор Цао.
Необхідні подальші дослідження для оцінки корисності і обмежень батарей. Зокрема, важливо визначити, як довго вони зможуть працювати після впровадження.
“Концепція ядерної батареї є дуже перспективною. Є ще багато можливостей для вдосконалення, але я вірю, що в майбутньому цей підхід займе важливе місце як у виробництві енергії, так і в індустрії сенсорів”, — підсумував Ібрагім Оксуз.
Дослідження отримало підтримку Національної адміністрації з ядерної безпеки та Управління енергоефективності Міністерства енергетики США.
