Китайский стартап Betavolt из Пекина представил первую в мире миниатюрную аккумуляторную батарею с условно ядерной начинкой модели BV-100. Модуль размером 15×15×5 мм³ содержит 63 разновидностей атомов (и ядер) химических элементов (изотопов). Отсюда и название батареи – «ядерная». Миниатюризация – основной отличительный признак инновации. Батареи можно подключать параллельно и последовательно, создавая модули в электрической цепи для увеличения мощности источника питания и суммарного напряжения. Заявленная мощность одной батареи с изотопом Никель-63 и алмазными полупроводниками – как источника автономного питания 100 мкВт с напряжением 3 В постоянного тока. Размеры батареи меньше средней монеты.
Принцип работы батареи основан на преобразовании энергии, выделяемой при распаде изотопов, в электрический ток. Соответственно, речь идёт об источнике энергии, у которого понятие саморазряда отсутствует вообще. А рабочий процесс начинается только после подключения в электрическую цепь (при подключении к контактам батареи устройств нагрузки).
Изотопы никеля – разновидности химического элемента никеля, имеющие разное количество нейтронов в ядре. Известны изотопы никеля с массовыми числами от 48 до 80 (количество протонов 28, нейтронов от 20 до 52) и 8 ядерных изомеров. Природный никель получил распространение как источник для ионизации захватом электрона (ион-мобильная спектрометрия, детекторы электронного захвата в газовой хроматографии) и представляет собой смесь пяти стабильных изотопов: 58Ni (изотопная распространенность 68,27%), 60Ni (ИР 26,10%), 61Ni (ИР 1,13%), 62Ni (ИР 3,59%), 64Ni (ИР 0,91%). Среди искусственных изотопов самые долгоживущие 59Ni (период полураспада 76 тыс. лет) и 63Ni (период полураспада 100 лет). Период полураспада остальных не превышает нескольких суток. А дочерний изотоп стабильный 63Cu получают облучением нейтронами в ядерном реакторе стабильного изотопа 62Ni.
Иллюстрация синтеза полураспада изотопов, применяемых в батарее BV-100
Используемый в новой атомной батарее Ni63 наиболее перспективный радионуклид в бета-вольтаике: средняя энергия бета-частиц 63Ni 17,5 кэВ (и максимальной энергией 67 кэВ), период полураспада 100,1 лет; к нему можно создать физическую защиту от мягкого бета-излучения источника в миниатюрном элементе питания.
Модуль BV-100 рекомендован к применению в широком спектре современных электронных устройств: в сотовых телефонах и радиостанциях, робототехнике (миниатюрных роботах), БПЛА, устройствах с ИИ, медицинских электронных приборах и датчиках разного назначения, в том числе работающих удалённо от основного блока управления или сервера. Особую перспективу пророчат изобретению в аэрокосмической промышленности, в частности в микропроцессорной технике. Батарея имеет многослойную конструкцию, устойчива к огню и даже сильному воздействию детонации, приравниваемому к взрывной среде. Сохраняет функциональность в температурном диапазоне от −60 до +120 °C. При модуль безопасен и не имеет излучения, ибо в процессе отдачи электроэнергии изотопы распадаются, превращаясь в стабильные и нерадиоактивные изотопы меди. «Атомная батарея» не имеет внешнего радиоактивного излучения, пригодна для использования даже в условиях высоких требований к стерильности: в медицинских устройствах, таких как кардиостимуляторы, мониторы, элементы «искусственного сердца» соприкасающиеся с телом человека.
Модуль позиционируют не только «ядерным», но и «вечным», ведь его не надо заряжать. Но это не означает, что электронные устройства с питанием от «волшебной таблетки» могут работать почти вечно. Заявлено, что батарея может храниться 50 лет без подзарядки и иного обслуживания. Пока не ясно, какими испытаниям этот срок установлен, но он заявлен производителем в анонсе [1]. Поскольку полувековой рабочий цикл может быть избыточным для смартфонов, ибо нередко пользователи меняют модели на более новые и функциональные каждые 1–2 года. Остается загадкой и то, насколько потребители готовы использовать «карманный ядерный реактор», несмотря на гарантии безопасности.
Предпосылки к заданию миниатюрного, пусть пока и маломощного, ядерного энергетического модуля известны еще в ХХ веке, когда учёные СССР и США, разработали электронную технологию для использования в космических кораблях, подводных системах и удалённых научных модулях-станциях, однако термоядерные батареи позиционировались, как дорогостоящие и громоздкие. Стремление к миниатюризации и коммерциализации ядерных батарей предпринято в рамках 14-го пятилетнего плана Китая, призванного укрепить экономику страны в период с 2021–2025 гг. Но надо отметить, что научные коллективы в США и Европе также работают над разработкой подобных батарей. В пресс-релизе сообщается, что «Новая энергетическая инновация поможет Китаю получить преимущество в новом раунде технологической революции искусственного интеллекта».
А пока новейшая разработка находится на стадии пилотных испытаний, создатели первой портативной ядерной батареи утверждают, что будут работать сверхурочно с тем, чтобы к началу 2025 года представить аккумуляторную батарею мощностью 1 Вт.
Автор: Андрей Кашкаров
Использованы источники:
1. Пресс-релиз фирмы Betavolt (КНР). Nuclear battery produces power for 50 years without needing to charge. URL: https://www.independent.co.uk/tech/nuclear-battery-betavolt-atomic-china-b2476979.html
2. Прототип радиоизотопной батареи средней мощности на основе никеля-63. URL: https://www.atomic-energy.ru/news/2023/02/01/132411 (рис. 2)
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
