Союз атома и воды
3 мин чтения
Водно-ядерная батарейка. Источник: Baek Hyun Kim & Jae W. Kwon

Водно-ядерная батарейка. Источник: Baek Hyun Kim & Jae W. Kwon

Американские инженеры создали первую водно-ядерную батарейку, способную работать годами

Ученые из университета Миссури создали первый в мире прототип портативного источника питания, производящий электрический ток благодаря разложению молекул воды при их взаимодействии с бета-частицами и другими продуктами распада радиоактивного стронция-90. Подобная «ядерная батарейка», как уверяют ее создатели, способна работать годами без вмешательства извне и ее мощности должно хватить для питания автомобилей или даже космических аппаратов. Об устройстве и возможных вариантах применения этого прибора рассказывает пресс-служба университета.

«Бетавольтаика, технология извлечения энергии из бета-излучения, всерьез рассматривается учеными в качестве базы для новых источников питания еще с 50-х годов прошлого века. Сегодня можно смело говорить о том, что технологии, использующие контролируемые ядерные реакции, не являются опасными по своей природе. Сегодня мы уже используем десятки различных ядерных технологий в нашей повседневной жизни, в том числе детекторы дыма в наших спальнях и указатели на аварийные выходы в офисных зданиях», — рассказывает Чэ Квон из университета Миссури в Колумбии (США).

Квон и Пэк Ким, его коллега по лаборатории компьютерной и электрической инженерии, реализовали мечту многих инженеров космических аппаратов, объединив бетавольтаику с относительно новым веянием в физике — так называемыми плазмонными резонаторами. Они представляют собой особые структуры, способные поглощать и испускать энергию в виде световых волн и других форм электромагнитного излучения. В последние годы плазмоны активно используются при разработке экзотических оптических устройств, в том числе сверхэффективных солнечных батарей, абсолютно плоских линз и особой краски для печати с разрешением, многократно превосходящим чувствительность человеческого глаза.

Как объясняют физики, все существующие на сегодня радиоизотопные источники питания конвертируют энергию распада атомов в электричество не напрямую, а через опосредованную цепочку физических взаимодействий. Сначала таблетки из радиоактивных веществ нагревают корпус капсулы, в которой они находятся, и лишь потом это тепло преобразуется в электричество при помощи так называемых термопар — пластинок из особых сплавов нескольких металлов, при нагреве которых между ними возникает электрический ток.

На каждом этапе теряется большое количество энергии, из-за чего КПД всех радиоизотопных батареек сегодня не превышает 3–7%. Все существующие альтернативы термопарам, в том числе и бетавольтаика, не используются на практике из-за быстрого разрушения некоторых частей таких батареек под действием радиации или каких-то иных физико-химических процессов.

Чэ Квон. Источник: News Bureau / University of Missouri

Квон и Ким нашли способ практически напрямую превращать энергию, выбрасываемую вместе с продуктами распада нестабильных атомов. Они заметили, что бета-частицы (обычные электроны, разогнанные до высоких скоростей при распаде атома) могут разлагать молекулы воды на водород, гидроксил-радикал (ОН) и прочие ионы. Эти «обрывки» воды, как выяснили ученые в ходе экспериментов с плазмонами, можно использовать для извлечения энергии, которую они поглотили в результате столкновения с бета-частицами.

Для работы подобной водной ядерной батарейки необходима особая «нанорасческа» из сотен микроскопических столбиков, выращенных из оксида титана и покрытых пленкой из платины. В ее зубьях и на поверхности их платиновой оболочки присутствует множество микроскопических пустот и пор, через которые продукты распада воды могут проникать внутрь устройства.

Во время работы батарейки в этой «расческе» происходит сразу несколько химических реакций — в ней одновременно разлагаются и формируются молекулы воды, появляются и захватываются свободные электроны. Энергия, выделяемая во время всех этих реакций, захватывается «иголками» и превращается в электричество. Благодаря особым физическим свойствам плазмонов, возникающим на поверхности зубьев этой расчески, максимальный КПД у такой водной ядерной батарейки может достигать 54%, что почти в 8–10 раз больше, чем у классических радиоизотопных источников тока.

«В данном случае вода играет роль энергетического буфера и, как оказалось, поверхностные плазмоны, возникающие в устройстве, очень неплохо увеличивают КПД батарейки. Ионный раствор, который мы использовали, достаточно сложно заморозить даже при низких температурах, что позволяет использовать подобные источники питания в качестве батарей для электромобилей и, при правильной упаковке и модификациях, в космических аппаратах для их снабжения теплом и электричеством», — добавляет американский физик.

На текущем этапе разработки таких батарей ученые используют достаточно необычный для западной науки источник бета-частиц — стронций-90, который раньше применялся только в советских радиоизотопных генераторах для маяков и космических аппаратов  и в серии американских военных спутников Sentinel. Период полураспада этого изотопа составляет около 28 лет, благодаря чему батарейка Квона и Кима должна проработать без достаточно высокой потери в мощности на протяжении нескольких десятилетий — каждый год такой источник питания будет терять всего 2% от его мощности. Это открывает дорогу для создания и широкого распространения ядерных электромобилей, считает Квон.

Читайте нас в мобильном приложении

Если у Вас возник вопрос по материалу, то Вы можете задать его специальной рубрике Задать вопрос Два корабля Далее в рубрике Два корабляЧастные космические корабли позволят НАСА перестать полагаться на российские «Союзы» для вывода астронавтов на орбиту Читайте в рубрике «В мире» Станислав Протасов: «Технологии Acronis спасают миллионы»Сооснователь IT-гиганта представил в Технопарке МФТИ настоящий гоночный болид «Формулы-1» Станислав Протасов: «Технологии Acronis спасают миллионы»
Подписывайтесь на канал rusplt.ru в Яндекс.Дзен
Подписывайтесь на канал rusplt в Дзен
Комментарии
18 сентября 2014, 15:43
Атомная батарейка- мечта моя со школы. Как только я узнал,про атомную энергию,я захотел иметь хотя бы одну ядерную батарейку для своего кассетного плеера Касио, потому что он очень быстро сажал батарейки при быстрой перемотке.
18 сентября 2014, 19:59
Возможно, что имея такую в детстве вы бы из-за её излучения не дожили бы до нынешних дней...
17 сентября 2014, 17:07
Не сильно понял по физическую составляющую данной батареи, посему прошу предоставить опытный экземпляр для бета-тестирования, обязуюсь перепробовать все варианты данной батареии, получается теперь ее и накопителем не назовешь
18 сентября 2014, 19:58
Верно. Это уже скорее ращепитель, а не накопитель. Вот только насколько вредная вся эта нехитрая конструкция? Подозреваю, что выброс радиоактивности во внешнюю среду она несомненно делает...!?
17 сентября 2014, 18:17
Ну почему же, просто энергия накапливалась не искусственно,а уже накопилась давно)
Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Анализ событий России и мира
Подпишитесь на «Русскую планету» в социальных сетях. Только экспертный взгляд на события
Каждую пятницу мы будем присылать вам сборник самых важных
и интересных материалов за неделю. Это того стоит.
Закрыть окно Вы успешно подписались на еженедельную рассылку лучших статей. Спасибо!