Ядерна батарея зможе працювати 50 років без перерви: вчені потроїли її ефективність

Китайські дослідники розробили нову ядерну батарею, яка здатна витримувати щонайменше півстоліття радіації та забезпечує втричі більшу енергоефективність, порівняно з традиційними аналогами.

Група вчених із Сяменьського університету і Китайського інституту атомної енергії поставила перед собою завдання поліпшити роботу батареї в екстремальних умовах. За їхніми словами, традиційні енергосистеми, особливо ті, які використовуються в космічних або глибоководних інфраструктурах, зазнають труднощів із довгостроковою надійністю, пише interestingengineering.com.

Обмежена щільність енергії, чутливість до чинників довкілля і необхідність періодичного обслуговування роблять їх непрактичними для місій, що вимагають безперервного автономного живлення протягом багатьох років. Прагнучи вирішити ці проблеми, дослідники розробили радіофотоелектричні елементи (РФЕ) на основі стронцію-90, побудовані на основі структури хвилевідної концентрації світла (WLC).

Передова технологія ядерних батарей

Інноваційна конструкція об'єднує багатошарові сцинтиляційні хвилеводи GAGG:Ce (гадоліній-алюмо-галієвий гранат, легований церієм) з радіоізотопами стронцію-90. GAGG: Ce — це монокристалічний сцинтилятор, що має можливість реєстрації фотонів. Він є одним з найяскравіших з існуючих, з піком випромінювання на довжині хвилі 520 нанометрів (нм).

Установка перетворює радіоактивну енергію на світло, яке потім спрямовується на фотоелектричні елементи, що генерують електроенергію.

Під час випробувань продуктивності одиночний блок ядерної батареї досяг ефективності перетворення енергії 2,96%, що значно вище, ніж у наявних конструкцій. Крім того, команда повідомила про вихідну потужність 48,9 мікроват від одного блоку, а багатомодульна версія досягла 3,17 мілліватт.

Прототип також продемонстрував струм короткого замикання 2,23 міліампер і напругу холостого ходу 2,14 вольт. "Ми спроектували та виготовили акумулятор, який забезпечує баланс між ефективністю та стабільністю", — заявили вчені.

Довгострокове рішення для забезпечення енергії

Піддаючи батарею опроміненню електронним пучком, еквівалентному 50 рокам радіаційного впливу, дослідники виявили лише скромне зниження оптичних характеристик — лише на 13,8%.

Підбиваючи підсумок, вчені зазначили, що акумулятори на основі WLC можуть забезпечувати як високу вихідну потужність, так і виняткову довготривалу стабільність, що являє собою істотний крок вперед у розвитку ядерних батарей.

"Структура WLC забезпечує триразове підвищення ефективності перетворення енергії порівняно з традиційними структурами", — пояснили дослідники. — "Опромінення, еквівалентне 50 рокам експлуатації, підтверджує високу довготривалу стабільність пристрою на основі WLC".

Система мінімізує втрати енергії, фокусуючи світло від сцинтилятора безпосередньо на фотоелектричні елементи, не вимагаючи водночас рухомих частин або зовнішнього джерела енергії.