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 Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Ученые выяснили, что золото владеет уникальной «техникой самообороны», которая защищает его от потускнения. Оказалось, атомы на поверхности этого металла способны самостоятельно перестраиваться в особые защитные структуры. Такой невидимый барьер блокирует контакт с кислородом и подавляет процесс окисления в триллион раз эффективнее, чем поверхность любого другого металла.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
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