Новая ядерная батарейка может работать десятилетиями в космосе и под водой
Группа китайских инженеров создала крошечную ядерную батарейку, которая вырабатывает электричество за счет распада радиоактивного изотопа америция. Батарейка эффективнее своих предшественников в восемь тысяч раз, не нуждается в подзарядке, способна выдерживать сильнейшие нагрузки без повреждений и может работать на протяжении нескольких десятилетий. По мнению исследователей, их устройство можно будет использовать в датчиках, работающих в сложных условиях, где традиционные источники энергии непрактичны.
Начиная с 1900-х годов, через некоторое время после открытия радиоактивности, ученые пытались создать долговечные и устойчивые к повреждениям батарейки, которые вырабатывали бы электроэнергию за счет энергии распада радиоактивных изотопов. Во второй половине XX века появились первые прототипы таких батареек, которые в основном работали на бета-излучении радиоактивных изотопов и полупроводниках: изотоп испускает частицы, которые затем попадают на полупроводники, последние преобразуют частицы в энергию.
Устройства на основе бета-вольтаических элементов начали применять в медицине, космической технике и в системах, где замена обычных батарей затруднена или даже невозможна, например в арктических маяках.
Однако подобного рода устройства оказались не слишком эффективными. Главный минус бета-вольтаических элементов — они дают довольно слабый электрический ток. Такими батарейками невозможно питать большие установки, только миниатюрные приборы. Для питания чего-то мощного необходимо большое количество бета-вольтаических элементов.
С развитием науки ученые придумали новые способы, позволяющие улучшить качество преобразования энергии изотопа в ток. Одна из таких технологий — использование альфа-излучения, то есть изотопов, испускающих альфа-частицы.
КПД батареек на основе альфа-излучения в несколько раз выше, чем бета-вольтаических элементов, но и у первых есть свои недостатки. В таких батарейках применяются нестандартные конструкции с дорогостоящими комплектующими, отчего их разработки продвигаются медленно.
Команда китайских инженеров под руководством Шуао Вана (Shuao Wang) из Университета Сучжоу придумала недорогой способ преобразования альфа-излучения в электрический ток. Они разработали миниатюрную ядерную батарейку, в которой использовали относительно дешевые компоненты. Об этом ученые рассказали в статье, опубликованной в журнале Nature. По заверениям авторов научной работы, эффективность их батарейки в восемь тысяч раз выше старых бета-вольтаических элементов.
За основу исследователи взяли химический элемент америций (Am) — один из самых радиотоксичных и долгоживущих компонентов отработавшего ядерного топлива. Изотопы америция, распадаясь, испускают альфа-частицы, которые несут в себе много энергии, но быстро теряют ее в окружающей среде. Поэтому ученые встроили америций в полимерный кристалл, который преобразовал эту энергию в устойчивое и стабильное оптическое зеленое свечение.
Затем Ван и его коллеги соединили этот кристалл с тонким фотопреобразователем — устройством, преобразующим свет в электричество. Наконец, полученную ядерную батарейку «упаковали» в кварцевую оболочку миллиметрового размера.
По словам Вана, в течение 200 часов испытаний устройство стабильно вырабатывало электричество с беспрецедентной эффективностью, причем для работы батарейки требовалось лишь минимальное количество радиоактивного материала.
Период полураспада самого долгоживущего изотопа америция — AM-243 — почти 7,4 тысячи лет. Несмотря на такую долговечность, новая ядерная батарейка сможет работать на протяжении нескольких десятилетий, поскольку ее компоненты в итоге будут разрушены гамма-излучением (альфа-излучение довольно интенсивно и часто сопровождается гамма-излучением).
Батарейка, разработанная китайскими инженерами, значительно улучшит общую эффективность преобразования альфа-излучения в электрический ток и выходную мощность по сравнению с предыдущими образцами. Однако она все равно производит гораздо меньше энергии, чем традиционные источники: всего лишь 139 микроватт. Например, для питания лампы накаливания в 60 ватт потребуется кластер из огромного количества таких устройств.
Ван с коллегами уже работает над повышением эффективности и выходной мощности своей системы. Также ученые планируют сделать ядерную батарейку более простой и безопасной в использовании, ведь в ней содержатся опасные радиоактивные материалы.
Команда инженеров надеется, что в будущем их разработку можно будет использовать для питания небольших датчиков, работающих в сложных условиях, где традиционные источники энергии непрактичны: например, при глубоководных исследованиях, космических полетах или в приборах, предназначенных для удаленного управления и мониторинга.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Нуклеосомы — основные «катушки» упаковки ДНК — почти всегда находятся в искаженном состоянии, а не в аккуратной и стабильной форме, как считалось десятилетиями. Именно через такие микроскопические изменения, как выяснили ученые, клетка регулирует работу генов — а значит, управляет развитием, реакцией на внешние раздражители и даже возникновением болезней.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии