Ядерна енергія має майже нульові викиди парникових газів, але має свої проблеми у вигляді радіоактивних відходів.

Нове дослідження пропонує один зі способів переробки цих відходів: живлення батарей для мікроелектроніки.

Дослідники в США використали навколишнє гамма-випромінювання, що виходить від ядерних відходів, щоб отримати достатньо енергії для живлення мікрочіпів. Наразі така енергія використовується тільки для маленьких сенсорів, але команда вірить, що цю технологію можна масштабувати.

“Ми збираємо те, що вважається відходами, і за своєю суттю намагаємось перетворити це на скарб”, – каже ядерний інженер Реймонд Као з Огайо-Стейтського університету.

Зараз близько 10% світових енергетичних потреб забезпечуються ядерною енергією, що є альтернативою до традиційних викопних видів палива. Якщо вчені зможуть використати її відходи, це може зробити ядерну енергію більш привабливим варіантом.

Ядерні батареї – пристрої, які перетворюють радіоактивний розпад на електрику, розробляються вже десятиліттями, але ця технологія ще не стала практично життєздатною.

В даному випадку енергія генерувалася в два етапи: спочатку кристали сцинтилятора перетворювали радіацію в світло, а потім сонячні елементи перетворювали це світло в електрику. Прототип батареї мав розміри близько 4 кубічних сантиметрів (0,24 кубічних дюйма).

При тестуванні з двома джерелами радіації – цезієм-137 та кобальтом-60 (обидва є звичайними відходами ядерного поділу) – батарея генерувала 288 нановат та 1,5 мікроват відповідно.

“Це проривні результати щодо виходу потужності”, – каже Ібрагім Оксуз, аерокосмічний інженер з Огайо-Стейтського університету.

“Цей двоступеневий процес все ще на початковій стадії, але наступний крок полягає у збільшенні виходу потужності з масштабуванням конструкцій.”

Ці батареї будуть використовуватися поблизу підприємств, де виробляються ядерні відходи, а не для загального використання, але існує потенціал для сенсорів і моніторів, які потребують дуже мало обслуговування.

Саму батарею можна буде торкатися безпечно, і вона не забруднюватиме навколишнє середовище, кажуть дослідники, хоча ще залишаються питання щодо того, як довго джерело енергії працюватиме після встановлення.

“Вимоги до радіаційної стійкості як для сцинтилятора, так і для фотогальванічної клітини є значними і повинні бути ключовим фокусом досліджень вчених, які працюють над цією темою”, – зазначає команда.

Технологія може також бути використана в інших місцях, де є гамма-випромінювання, наприклад, в космосі. Для цього знадобляться значні вдосконалення прототипу, але дослідники впевнені, що основна ідея працює.

Під час дослідження команда також зробила важливі відкриття щодо того, як конфігурація кристалів і сонячних елементів може впливати на коефіцієнт перетворення та вихід потужності, що можна використовувати в майбутніх дослідженнях.

“Концепція ядерної батареї дуже перспективна”, – каже Оксуз.

“Є ще багато простору для поліпшень, але я вірю, що в майбутньому цей підхід займе важливу позицію в галузі енергетики та сенсорних технологій.”