Ядерные, радиоизотопные или атомные батареи — это автономные источники электроэнергии, которые могут работать годами без подзарядки. Создание такого источника, востребованного в самых разных отраслях — от космоса до медицины, — одно из самых перспективных направлений в физике. Ученые НИЯУ МИФИ вплотную приблизились к достижению этой цели.
Группа российских ученых создала прототип автономного радиоизотопного источника энергии средней мощности (от 1 мВт до 100 Вт). В нем используется бета-распад никеля-63. Эта разработка открывает новые возможности для масштабирования этих элементов для получения более высокой мощности при уменьшении размеров источника энергии. Теоретическая часть исследования опубликована в журнале Applied Physics Letters (APL).
Ядерные (радиоизотопные, атомные) батареи будут незаменимы в труднодоступных местах, таких как Арктика или космос. Ядерные батареи также могут быть полезны в коммуникационных и медицинских приложениях, где характер работы не позволяет быстро заменить источник энергии. При разработке такой батареи важно учитывать несколько факторов. Сначала нужен подходящий радиоизотоп, который не имеет гамма-излучения. Во-вторых, выбор схемы преобразования энергии ядерного деления. От этого зависит безопасность и энергоемкость источника питания.
Российские физики разработали систему, основанную на бета-распаде никеля-63. Это значительно увеличивает сигнал тока, поскольку вторичные электроны генерируются непосредственно внутри наноструктурированных слоев никеля. Когда такие пленки окисляются, над металлическим ядром нанокластера образуется оксидная оболочка. Малый размер нанокубиков (2-15 нм) приводит к проявлению квантовых свойств, что позволяет испускать фотоны заданной длины волны при нагревании и впоследствии настраивать спектр излучения системы на нужный диапазон длин волн. Это позволит повысить эффективность источников энергии, часть энергии которых безвозвратно уходит в тепло.
Кроме того, никель-63, испускающий мягкое бета-излучение, легко поддается физическому экранированию, что делает его использование в гражданском секторе доступным. Эффективность преобразования тепла в системе составляет не менее 15%. Это более чем в два раза превышает эффективность преобразования радиоизотопных батарей, изготовленных по технологии радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ), которая использовалась ранее.
По материалам Юность Сибири