Исследователи создали аккумулятор, работающий на ядерных отходах

Ученые создали новый аккумулятор, который преобразует ядерную энергию в электричество с помощью светового излучения. Атомные электростанции, которые производят около 20% электроэнергии в США, почти не загрязняют атмосферу, однако генерируют опасные радиоактивные отходы. Безопасная утилизация таких отходов представляет собой непростую задачу.

Группа ученых из Университета штата Огайо разработала систему, которая использует специальные кристаллы, испускающие свет при поглощении радиации и солнечных батарей. Благодаря этой технологии они смогли показать, что окружающее гамма-излучение можно преобразовывать в электричество, достаточно мощное для питания микроэлектроники, такой как микросхемы.

Чтобы протестировать новый прототип батареи, размером всего около 4 кубических см, ученые использовали два различных радиоактивных источника: цезий-137 и кобальт-60. Эти элементы являются важными продуктами деления, которые получаются из отработанного ядерного топлива. Испытания батареи прошли в Лаборатории ядерных реакторов Университета штата Огайо. Эта лаборатория занимается исследованиями для студентов и преподавателей, обучением, а также сотрудничеством с промышленностью, но она не производит электрическую энергию.

«Исследования показали, что при использовании изотопа цезия-137 батарея может вырабатывать 288 нВт энергии. Однако когда ученые тестировали батарею на основе более мощного кобальта-60, она давала уже 1,5 мкВт, чего вполне хватило, чтобы запустить маленький датчик. Хотя обычно источники питания для домов и электроники измеряются в кВт, это исследование показывает, что при наличии подходящего радиоактивного источника можно создать устройства, способные генерировать мощность, превышающую ватты», — Сказал Рэймонд Као, ведущий автор работы и профессор машиностроения и аэрокосмической инженерии в Университете штата Огайо.

Исследователи сообщили, что эти батареи будут применяться в местах, связанных с ядерными отходами, таких как бассейны для их хранения или в системах для космических исследований и изучения глубоководных районов, поскольку они не предназначены для использования в общественных целях. Несмотря на то, что гамма-излучение, применяемое в данном исследовании, более проникающее, чем обычное рентгеновское или компьютерное сканирование, сама батарея не содержит радиоактивных материалов, что позволяет безопасно к ней прикасаться.

«Мы собираем то, что обычно считают отходами, и по своей сути стремимся превратить это в нечто ценное», — отметил Као, который также занимает должность директора Лаборатории ядерных реакторов при Университете штата Огайо.

В ходе исследования команда выяснила, что мощность их батареи могла увеличиться благодаря составу сцинтилляционного кристалла. Они заметили, что размер и форма кристаллов влияют на электрическую мощность: больший объем позволяет поглощать больше излучения и преобразовывать его в свет, а большая площадь поверхности способствует эффективной выработке энергии. Соавтор исследования Ибрагим Оксуз отметил, что это может привести к созданию масштабируемых конструкций для генерации большего количества энергии.

Новые аккумуляторы будут применяться в условиях высокой радиации, где доступ к таким источникам затруднен, эти долговечные устройства не окажут негативного воздействия на окружающую среду. Кроме того, они способны функционировать без регулярного обслуживания. Тем не менее как подчеркнул Као, расширение этой технологии может потребовать значительных финансовых вложений, если не будет организовано ее массовое производство.

Оксуз отметил, что необходимо провести дополнительные исследования, чтобы оценить эффективность и ограничения этих аккумуляторов, а также определить, как долго они смогут работать после безопасного внедрения. Он добавил, что идея ядерной батареи обладает значительным потенциалом, и существует много направлений для ее дальнейшего улучшения, что может сделать такую технологию важной для энергетических решений будущего.

В последнее время крупные технологические компании начинают использовать ядерную энергию для обеспечения центров обработки данных, необходимых для обучения и эксплуатации моделей искусственного интеллекта, лежащих в основе современных приложений генеративного ИИ. В числе таких компаний — Microsoft и Google. Они уже заключили сделки с рядом поставщиков в США с целью ввода в эксплуатацию дополнительных энергетических мощностей.