Недавно китайские ученые официально объявили о результатах своих исследований ядерных батарей в журнале Nature . Соответственно, исследовательская группа профессора Ван Шу Ао из Университета Дун У (Китай) использовала альфа-лучи, выделяемые радиоактивными изотопами, для создания этого типа батарей.

В настоящее время альфа-радиоактивные изотопы являются яркими «кандидатами» для микроядерных батарей из-за их высокой энергии распада, от 4 до 6 мегаэлектронвольт (МэВ). Потенциальная энергия альфа-лучей намного превышает таковую у устройств по добыче бета-радиоактивных изотопов. Между тем, самая высокая энергия распада бета-радиоактивных изотопов составляет около нескольких десятков килоэлектронвольт (кэВ).

Хотя эффективность в 8000 раз выше, чем у обычных батарей, микроядерная батарея все еще имеет ограничения, поскольку чрезвычайно короткое проникновение в твердые тела заставляет альфа-частицы терять много энергии из-за эффекта самопоглощения. По словам профессора Вуонг Ту Ао - руководителя исследовательской группы: "Эффект самопоглощения снижает фактическую емкость альфа-радиоизотопной микроядерной батареи гораздо больше, чем теоретическая".

462545951_502359769364359_3303031661309682622_n.jpg
Иллюстрация микроядерной батареи, созданной китайскими учеными. Источник фото: SCMP

Конструкция микроядерной батареи имеет интегрированный слой, который действует как солнечный элемент, чтобы максимально использовать альфа-излучение. Команда включила преобразователь энергии — полимерный слой, окружающий изотоп, который передает энергию, выделяемую во время излучения. Преобразуя ее в свет и электричество, как фотоэлектрический элемент.

Согласно этому исследованию, используя всего 11 микрокюри (мкКи) синтетического радиоактивного вещества 243Am, комплекс произвел люминесценцию от альфа-лучей, испускаемых процессом распада изотопа. В другом эксперименте мощность люминесценции была определена как 11,88 нановатт (нВт), при эффективности преобразования энергии процесса распада в свет, достигающей 3,43%.

Исследовательская группа заявила, что фотоэлектрическая ядерная батарея, преобразующая излучение в электрическую энергию, имеет длительный срок службы и работает независимо от изменений температуры. В частности, экспериментальная микроядерная батарея имеет общую эффективность преобразования энергии 0,889% и генерирует 139 микроватт/кюри.

Разработанная исследовательской группой микроядерная батарея была тщательно проверена с помощью теорий и многочисленных экспериментов, показав, что ее эффективность преобразования энергии в 8000 раз выше, чем у обычных батарейных структур.

Аналогично, преобразователь мощности также отличается высокой стабильностью, его рабочие параметры остаются практически неизменными в течение более 200 часов непрерывной работы. С периодом полураспада синтетического радиоактивного материала 243Am срок службы микроядерной батареи составляет до нескольких столетий.

Структура батареи (фото 1), характеристики преобразователя энергии (фото 2), теоретические и экспериментальные результаты исследований (фото 3) и результаты производительности батареи (фото 4). Источник фото: Китайская ключевая исследовательская лаборатория ядерной медицины и радиационной безопасности.

«Это один из главных прорывов в области ядерных батарей за последние десятилетия», — прокомментировал China Science and Technology Daily . Исследование не только отвечает стратегическим и безопасным потребностям Китая в ядерной энергетике, но и предлагает новый подход к использованию ядерных отходов и актинидных нуклидов вне ядерного топливного цикла.

Газета SCMP дала следующую оценку: «Длительный период полураспада и высокоэнергетический альфа-распад некоторых изотопов проявляются в форме радиоактивной токсичности ядерных отходов. Однако эти изотопы по-прежнему обладают преимуществом длительного срока службы и высокой энергии».

Профессор Ван Шу Ао — китайский ученый, добившийся больших успехов в проектах по очистке ядерных отходов и сточных вод, а также в исследованиях по реагированию на чрезвычайные ситуации. Он много лет сосредоточился на стратегических потребностях Китая в устойчивом и безопасном ядерном развитии.

Ведущий в мире ученый в области нанотехнологий покидает США, чтобы вернуться на родину и внести свой вклад в развитие КИТАЯ - В возрасте 63 лет г-н Вуонг Чунг Лам, ведущий в мире ученый в области нанотехнологий, решил вернуться на родину после почти 30 лет работы в США.