Британські дослідники з Агентства з атомної енергії Великої Британії (UKAEA) та Університету Брістоля знову привернули увагу до ідеї так званої “алмазної батареї”. За їхніми словами, ця розробка може функціонувати понад 5000 років без необхідності підзарядки. Пристрій, що містить ізотоп вуглецю-14, нібито має забезпечувати енергією обладнання, обслуговування якого є вкрай складним або недоцільним.
Принцип роботи такої батареї ґрунтується на так званому бета-вольтаїчному ефекті, що дозволяє енергії радіоактивного розпаду ізотопу вуглецю-14 безпосередньо перетворюватися на електричний струм. Ця концепція, яка, як стверджується, забезпечує батареям безперервну генерацію електрики, була вперше представлена широкій публіці у прес-відео Університету Брістоля ще у далекому 2016 році, що робить її не такою вже й новою.
Вуглець-14, відомий здебільшого як інструмент радіовуглецевого датування для визначення віку органічних знахідок, тепер, за задумом вчених, отримує нове призначення. Вони стверджують, що якщо ізотоп перетворити на алмазну форму, а потім помістити його всередину додаткового алмазного шару, він перетворюється на довговічну батарею. Цей процес, на їхню думку, відкриває шлях до застосування в екстремальних середовищах.
Таким чином, ці батареї, за задумом розробників, можуть бути використані як у глибокому космосі, так і в особливо несприятливих умовах на нашій планеті. Особливо наголошується на потенціалі заміни традиційних літієвих джерел живлення там, де вони можуть бути небезпечними або неефективними. Як приклад наводяться космічні апарати з ядерними силовими установками, хоча деталі практичного впровадження залишаються за кадром.
Механізм функціонування бета-вольтаїчних батарей базується на досить простому принципі: вони перетворюють енергію радіоактивного розпаду ізотопів на електричний струм. Цей процес стає можливим завдяки тому, що ізотопи, розпадаючись, випромінюють бета-частинки. Ці частки потім стикаються з напівпровідниковим матеріалом, який є частиною батареї.
У конкретному випадку алмазних батарей роль такого напівпровідника виконує алмазний шар, що оточує радіоактивне ядро. Внаслідок зіткнення бета-частинок з цим шаром, з нього вибиваються електрони, які стають вільними. Саме ці звільнені електрони, рухаючись у певному напрямку, і формують електричний струм, забезпечуючи роботу пристрою, хоча й з дуже низькою потужністю.
Питання утилізації ядерних відходів є надзвичайно актуальним, адже вони зберігають радіоактивність протягом дуже тривалого часу, що робить їхнє довгострокове зберігання вкрай дорогим. Хоча людство й розробляє способи прискорення ядерного розпаду, знаходження нових, практичних застосувань для цих відходів виглядає привабливим шляхом для зниження витрат на утримання та стимулювання розвитку нових технологій.
У даному випадку, дослідники з Університету Брістоля та UKAEA взяли відпрацьовані графітові блоки, отримані з ядерних об’єктів Великої Британії. Методом нагрівання вони змогли зібрати вуглець-14, що накопичувався на поверхні блоків, у газоподібній формі, повністю видаляючи його. Цей процес не тільки знизив рівень радіоактивності самих блоків, але й дозволив вченим та інженерам переробити отриманий вуглець-14, перетворивши його на алмази.
Важливо розуміти, що попри весь процес перетворення, отримані алмази залишаються радіоактивними, оскільки вони повністю складаються з вуглецю-14. Це є критичним аспектом безпеки, що вимагає додаткових заходів для їхнього контрольованого використання. Тому такі радіоактивні алмази необхідно герметично поміщати всередину ще одного захисного шару, також виконаного з алмазу.
Цей зовнішній алмазний шар виконує подвійну функцію. По-перше, він слугує надійним бар’єром для поглинання та утримання будь-якого випромінювання, що забезпечує безпеку. По-друге, він, як стверджується, підвищує ефективність процесу генерації електричного струму майже до 100%. Однак варто пам’ятати, що така висока ефективність стосується лише самого перетворення енергії, а не загальної потужності батареї.
Вчений доктор Ніл Фокс зі Школи хімії, пояснюючи вибір вуглецю-14, зазначив, що він випромінює короткодіючу радіацію. Ця радіація швидко поглинається будь-якими твердими матеріалами. Зазвичай, це могло б становити небезпеку при прямому контакті. Проте, як запевняють розробники, коли вуглець-14 поміщений всередину алмазу, жодне випромінювання не виходить назовні. За їхніми словами, радіація зовні батареї менша, ніж від банана.
Завдяки періоду напіврозпаду вуглецю-14, що становить 5730 років, ці батареї дійсно можуть живити підключені до них пристрої без необхідності підзарядки протягом неймовірно довгого часу. Однак, варто пам’ятати про значно меншу вихідну потужність порівняно зі звичайними батареями. Ця особливість робить їх, на перший погляд, ідеальним варіантом для живлення обладнання, що не потребує великої кількості енергії, але є надзвичайно складним для заміни або перезарядки без масштабного втручання чи обслуговування.
