Група дослідників з Великобританії створила так звану алмазну батарею, що функціонує на основі ізотопу вуглецю-14, вилученого з відпрацьованих графітових блоків ядерних реакторів. Отримане пристрій здатне безперервно генерувати електричний струм протягом тисячоліть.
Ця технологія ґрунтується на принципі бета-вольтаїки, коли енергія природного розпаду радіоактивних елементів перетворюється на електричний струм.
Ядерні відходи як сировина
Для виготовлення батарей вчені використовували радіоактивні графітові блоки, які накопичуються на зупинених атомних електростанціях. При нагріванні цих блоків радіоактивний вуглець-14, що зосереджений на їхній поверхні, вивільняється у вигляді газу.
Газ збирають і переробляють при високих температурах і тиску в штучні алмази. Такий підхід вирішує одразу дві проблеми: суттєво знижує рівень радіоактивності самих графітових блоків (що зменшує витрати на їх подальше зберігання) і створює сировину для довговічних джерел енергії.
Принцип функціонування та конструкція
Оскільки отримані алмази складаються з вуглецю-14, вони залишаються радіоактивними і випромінюють бета-частинки (електрони).
Процес генерації струму відбувається наступним чином:
- Вибиті під час розпаду електрони взаємодіють з напівпровідниковою структурою всередині алмазної матриці.
- Це призводить до виникнення вільних носіїв заряду і формування постійного електричного струму.
Для забезпечення безпеки, радіоактивний кристал поміщають всередину другого шару – звичайного нерадіоактивного штучного алмаза. Зовнішня оболонка повністю поглинає внутрішнє випромінювання і одночасно виконує функцію додаткового напівпровідника, підвищуючи коефіцієнт корисної дії (ККД) системи майже до 100%.
Абсолютна безпека
Період напіврозпаду вуглецю-14 становить 5730 років, тому пристрій може функціонувати без підзарядки або заміни довше, ніж існує більшість людських цивілізацій.
Незважаючи на використання радіоактивного матеріалу, батарея є абсолютно безпечною для людини. Вчені підкреслюють, що рівень випромінювання на поверхні такого елемента живлення нижчий, ніж природний радіаційний фон звичайного банана.
Застосування
Через невелику щільність струму ці батареї не зможуть живити смартфони або електромобілі. Проте вони є незамінною альтернативою літій-іонним акумуляторам у сферах, де потрібна тривала автономність при мінімальному споживанні енергії в екстремальних умовах.
Вчені впевнені, що технологія буде використовуватися в космічних апаратах, глибоководних дослідницьких станціях, кардіостимуляторах або датчиках для важкодоступних зон, де проведення технічного обслуговування є критично складним або небезпечним.