Исследователи из Университета штата Огайо разработали инновационную батарею, способную превращать ядерные отходы в источник электроэнергии. Технология использует гамма-излучение, исходящее от отработанного ядерного топлива, и предлагает более чистый и эффективный метод энергогенерации.
«Мы берём то, что считается отходами, и превращаем это в ценный ресурс», — отметил ведущий автор исследования Рэймонд Цао.
Как работает батарея?
Атомная энергетика остаётся одним из надёжных источников энергии, однако она сопровождается образованием радиоактивных отходов, излучающих гамма-лучи. Эти лучи сложно безопасно использовать в традиционных энергетических установках.
Разработанный прототип батареи решает эту проблему за счёт использования сцинтилляционных кристаллов. Под воздействием радиации они начинают испускать свет, который затем улавливается солнечными элементами и преобразуется в электричество по тому же принципу, что и в солнечных панелях.
«Концепция ядерной батареи обладает огромным потенциалом. Хотя предстоит ещё много работы, в будущем этот подход может найти широкое применение как в энергетике, так и в сфере сенсорных технологий», — подчеркнул Цао.
Эксперимент и перспективы
Прототип батареи представляет собой куб размером 4 кубических сантиметра. В ходе тестирования учёные использовали два распространённых радиоактивных изотопа, содержащихся в отработанном ядерном топливе: цезий-137 и кобальт-60.
Испытания показали, что батарея вырабатывает 288 нановатт при использовании цезия-137 и 1,5 микроватта с кобальтом-60. Этого достаточно для работы небольшого сенсора.
«Хотя для питания бытовых приборов требуется гораздо больше энергии, эти результаты доказывают, что технология может быть масштабирована для получения мощности на уровне ватт», — пояснил Цао.
Решение проблемы радиоактивных отходов
Предложенная технология открывает новые возможности для обращения с ядерными отходами — одним из главных вызовов атомной энергетики. Сегодня атомные электростанции обеспечивают около 20% электроэнергии в США, производя минимальные выбросы парниковых газов. Однако возникающие при этом радиоактивные отходы остаются серьёзной проблемой.
Конвертация отходов в электричество позволяет превратить потенциально опасный материал в полезный ресурс. Кроме того, батарея может найти применение в средах с высоким уровнем радиации, таких как хранилища ядерных отходов, глубоководные экспедиции и космические миссии.
«Хотя гамма-излучение, используемое в работе батареи, примерно в сто раз мощнее, чем рентгеновские или КТ-лучи, сама батарея не содержит радиоактивных материалов, а значит, остаётся безопасной», — подчеркнули исследователи.
Будущее технологии
Исследование также показало, что дизайн сцинтилляционного кристалла влияет на выходную мощность батареи: увеличение его объёма и площади поверхности повышает эффективность поглощения излучения и генерации света.
Хотя технология обладает огромным потенциалом, её масштабирование потребует дальнейших исследований и оптимизации затрат на производство. Тем не менее, этот проект представляет собой важный шаг к более устойчивому использованию ядерной энергии.
«Мы добились значительных успехов в повышении выходной мощности. Следующая задача — достичь более высокой мощности путём масштабирования технологии», — отметил соавтор исследования Ибрагим Оксуз.
