5700 лет без перезарядки: создана первая атомная алмазная батарейка на углероде-14

Действительно, в мире уже есть работоспособные радиоизотопные элементы. Работы в этом направлении ведутся в Великобритании, США и Китае. Есть сведения, что и российский институт МИСиС может быть в числе возможных разработчиков.

Более того, еще в 1960-х годах существовали радиоактивные батареи, работавшие, в частности, на первых советских луноходах.

Однако все созданные до сих пор образцы основаны на изотопах других атомов, не углерода. Старые советские, например, работали на полонии-210 и были опасны для человека.

В 2010-х появились безопасные образцы на изотопе никеля Ni63 – например, недавно представленный китайским стартапом Betavolt элемент BV100, который достаточно безобиден, чтобы применяться в слуховых аппаратах. Его заявленный срок службы – до 50 лет.

Ученых еще больше привлекает возможность создания источника питания на базе радиоактивного углерода-14, по двум причинам. Во-первых, C14 образует солидную долю отходов АЭС, а во-вторых, такая батарейка сможет работать несколько веков, ведь период полураспада этого элемента составляет 5700 лет.

Университет Бристоля совместно с Управлением по атомной энергии Великобритании заявили, что впервые в мире создали работоспособный источник энергии на C14. Ранее в 2016 г. этот же университет впервые доказал на практике возможность создания элементов на никеле.

Независимые научные издания пока не подтвердили, что созданный британскими учеными прототип действительно является новым шагом в развитии радиоизотопных источников питания. И даже если это подтвердится, до появления серийных элементов на C14 может пройти еще несколько лет. В Бристоле над технологией массового производства работают как минимум с 2020 года.

Урановые стержни на атомных электростанциях работают в оболочке из графита. Подвергаясь действию радиации, этот графит сам становится радиоактивным, превращаясь в изотоп углерод-14.

Около 10 лет назад ученые нашли способ, как не хоронить его в хранилищах ядерных отходов, а применить с пользой. Радиоактивный графит превращают в плазму и под давлением синтезируют из нее тонкую алмазную пленку. Такой радиоактивный искусственный алмаз способен генерировать электрический ток в процессе бета-распада.

Прелесть в том, что длина пробега бета-частиц невелика, всего несколько микрон, поэтому его можно сделать безопасным. Для этого достаточно нарастить на радиоактивном алмазе оболочку из обычного, нерадиоактивного искусственного алмаза.

Более детально с принципом работы и устройством ядерных батареек можно познакомиться в этом видеоролике.

Мощность современных образцов невелика. Например, чтобы питать энергией сотовый телефон, понадобится радиоизотопный аккумулятор размером больше самого гаджета.

Их сила в долговечности. Это позволяет применять такие источники в глазных и сердечных имплантантах, слуховых аппаратах, радиочастотных метках, космических аппаратах и множестве других вариантов.

Сами разработчики считают, что создание мощных алмазных батарей, способных годами питать энергией телефоны и компьютеры, тоже возможно, но на их создание потребуется больше времени.