Последнее время часто появляются новостные заметки о том, что российские специалисты из институтов Росатома освоили выпуск ядерных батареек. Часть информации про выпуск элементов на основе технологии радиоактивного распада никеля-63. Другие – про технологию на основе энергии распада трития. Есть и вот такие прототипы:
Опытные образцы на выставке в 2017 г. Напряжение 2 В. Срок работы – 50 лет. Никель-63 имеет период полураспада 100 лет. Т.е. теоретически батарейка может работать и дольше 50 лет.
Энергия для таких элементов получается за счет бета-распада радиоактивного изотопа никель-63. Это не проникающее излучение из электронов. От него можно закрыться листком бумаги. Поэтому, в корпусе из тонкого металла радиоактивный источник не опасен. Электроны улавливает либо углерод, либо кремний.
Если говорить о характеристиках и устройстве такого элемента, то вот схема:
1 грамм вещества выделяет 3,3 Вт*ч электроэнергии. Стоимость элемента — 4000$.
Конструкция ядерной батарейки на Ni-63:
Так же попадаются новостные статьи, что Росатом ведет исследования и разработки в области технологий атомных батареек на основе трития (Н-3 — тяжелый изотоп водорода). Тритий тоже имеет бета-излучение. Но период полураспада всего 12,5 года. Поэтому, тритиевая ядерная батарейка может проработать всего 10-12 лет. Дальше ее напряжение сильно падает.
Разработка НИТУ «МИСиС». Мощность: 31 нВт/см2
В США тоже есть разработки ядерных батареек, созданных по тритиевой технологии:
Ядерная батарейка NanoTritium компании CityLabs создана в 2018 г. Напряжение: 0,75 В. Мощность 75 нВт. Производят в корпусе микросхем LCC68 и LCC 44. Стоимость — 1200$.
Спектр применения таких батареек широк: микроэлектроника, импланты, датчики и т.д. И вроде как вырисовывается перспектива недалекого будущего, когда такие или гораздо более мощные элементы будут устанавливаться в телефонах или иных приборах. И их 10 лет не нужно будет заряжать.
Эти идеи долговечных батареек были в головах инженеров еще 50 и более лет назад:
Вот пример батарейки для кардиостимулятора образца 1974г., работающая на плутонии-238 (на второй фотографии радиоактивный элемент извлечен):
Плутония в устройстве крайне мало – всего 0,2 гр. Но его работы хватает на десятки лет. В настоящее время использование плутония запрещено с целью предотвращения создания ядерного оружия.
Скорее всего, мировые организации по типу МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии) позволит развивать для розничного рынка потребления только маломощные электрические источники с радиоизотопами на бета-распаде. И самый доступный элемент – это тритий. Этот газ продают даже в брелоках, которые постоянно святятся на протяжении не менее 10 лет:
Бетта-излучение не проникает за стекло. Излучение остается внутри. Такая вот долго работающая подсветка.
Если в целом посмотреть на перспективы использования ядерных батареек, то из-за своей малой мощности и пока высокой стоимости, они будут применяться узкоспециализированно только в кардиологии (кардиостимуляторы), микроэлектронике (датчики, питание памяти и иные чипы) дорогостоящих устройств. Разумеется, такая электроника будет применяться и в космонавтике.
Что до использования технологии в бытовой электронике (телефоны, планшеты, ультрабуки), то пока ядерные батареи не подешевеют до уровня цен микросхемы процессора – их использование будет ограничено. Использовать для подзарядки – нет смысла (мощности микроватты и меньше). А вот как точечная подсветка чего-либо важного – идея интересная.
Конечно же, хотелось бы в быту иметь портативные ядерные батареи как у киногероя Тони Старк из фильма «Железный человек» (но на полке или в автомобиле). Кстати, интересный футуристический сценарий. Если имелись бы такие радиоизотопные батареи с электрической мощностью хотя бы в 1000 Вт*ч, то ими можно в ночное время (или во время стоянки) подзаряжать АКБ электромобилей. И авто стали бы полностью автономные.
Но на элементах, использующие бетта-распад такие мощные батарейки физически невозможны. Ну, а более мощные реакторы простым гражданам просто не позволят использовать. Хотя такие реакторы есть. И на это есть объективная причина. О ней расскажу в следующей статье.