Ядерная батарея на основе углерода — это нетрадиционный источник питания, который преобразует энергию радиоактивного распада напрямую в электричество.
Этот тип батарей, также известный как «алмазная батарея», использует радиоактивный изотоп углерода-14 (14C).
Сама концепция использования радиоактивного распада для генерации электричества не нова.
Первый такой прототип был предложен английским физиком Генри Мозли в 1913 году.
Однако идея создания «алмазной» батареи на основе углерода-14 была впервые выдвинута и предпринята командой ученых из Бристольского университета в Великобритании в 2016 году.
Именно они предложили использовать синтетический алмаз для инкапсуляции радиоактивного углерода-14, который образуется как побочный продукт в ядерных реакторах.
Их исследования и разработки стали основой для создания первых рабочих прототипов, а также для дальнейших проектов в этой области, как, например, у китайской компании Betavolt.
Принцип работы основан на явлении бета-вольтаики. Он использует радиоактивный распад углерода-14, который испускает электроны (бета-частицы).
Эти электроны, попадая в полупроводниковый материал, создают в нём электрический ток.
Ключевой элемент такой батареи — это искусственно выращенный алмаз.
Он выполняет две основные функции:
Преобразователь энергии: Алмазный слой выступает в качестве полупроводника, который захватывает бета-частицы и преобразует их кинетическую энергию в электрическую.
Защитный экран: Плотная структура алмаза надёжно удерживает радиоактивное излучение внутри устройства, делая его безопасным для использования.
Долговечность: Период полураспада углерода-14 составляет около 5730 лет.
Это означает, что батарея может обеспечивать питание в течение тысяч лет без подзарядки, постепенно теряя половину своей мощности за этот период.
Низкая мощность: Такие батареи вырабатывают очень небольшую мощность (микроватты), которой недостаточно для питания смартфонов или электромобилей.
Безопасность: Радиация от углерода-14 полностью поглощается алмазной оболочкой.
Экологичность: Углерод-14 для производства батарей можно получать из радиоактивных отходов, образующихся в графитовых стержнях ядерных реакторов, что способствует утилизации опасных материалов.
Из-за своей долговечности и низкой мощности ядерные батареи на углероде идеально подходят для устройств, требующих надежного и долгосрочного источника питания без обслуживания:
Медицинские имплантаты (кардиостимуляторы, глазные импланты).
Космические аппараты и зонды, работающие в дальнем космосе.
Удалённые датчики, маяки и сенсоры в труднодоступных местах.
Это направление является перспективным для решения задач, где невозможна регулярная замена или подзарядка традиционных батарей.
Срок службы такой батареи определяется периодом полураспада используемого изотопа.
Например, батареи на основе углерода-14 (14C), период полураспада которого составляет около 5730 лет, могут работать тысячи лет.
В случае с «алмазными» батареями, сам искусственный алмазный слой служит защитой.
Это делает батареи безопасными для использования в закрытых пространствах и даже в теле человека (например, в кардиостимуляторах).
Это устройство, которое преобразует энергию радиоактивного распада (например, бета-частиц) в электричество.