Ядерна енергетика майже не створює викидів парникових газів, але має власні проблеми у вигляді радіоактивних відходів. Нове дослідження пропонує спосіб повторного використання цих відходів: живлення батарей для мікроелектроніки. Дослідники зі США використали гамма-випромінювання ядерних відходів для генерації достатньої кількості енергії для роботи мікросхем. Наразі така енергія обмежена використанням у малих сенсорах, але команда вважає, що її можна масштабувати.
“Ми використовуємо те, що вважається відходами, і намагаємося перетворити це на цінний ресурс”, — каже інженер-ядерник Реймонд Цао з Університету штату Огайо.
Близько 10% світових енергетичних потреб нині забезпечується ядерною енергією — альтернативою викопному паливу, на якому ми традиційно покладалися. Якщо вченим вдасться знайти застосування ядерним відходам, ця технологія може стати ще привабливішою.
Ядерні батареї — пристрої, що перетворюють радіоактивний розпад на електроенергію — розробляються вже десятиліттями, але поки що не стали широко практичними.
У цьому дослідженні енергія вироблялася у два етапи: спочатку сцинтиляційні кристали перетворювали випромінювання на світло, а потім сонячні елементи генерували електроенергію з цього світла. Прототип батареї мав розміри приблизно 4 кубічні сантиметри. Під час тестування з двома радіоактивними джерелами — цезієм-137 та кобальтом-60, які є типовими продуктами ядерного поділу — батарея генерувала відповідно 288 нановат та 1,5 мікровата.
Ядерна батарея
Експериментальна батарея поєднувала сцинтиляційні кристали та сонячні елементи. (Oksuz et al., Optical Materials: X, 2025) “Це проривні результати у плані вихідної потужності”, — зазначає Ібрагім Оксуз, аерокосмічний інженер з Університету штату Огайо.
“Цей дворівневий процес ще перебуває на початковій стадії, але наступний крок передбачає генерацію більшої потужності за допомогою масштабованих конструкцій”.
Такі батареї будуть використовуватися поблизу об’єктів, де утворюються ядерні відходи, а не у повсякденному житті, але вони мають потенціал для живлення сенсорів і моніторингових систем, які потребують мінімального обслуговування.
Дослідники запевняють, що батарея безпечна для дотику і не забруднює навколишнє середовище, хоча ще необхідно визначити, як довго джерело живлення зможе працювати після встановлення.
“Вимоги до радіаційної стійкості як сцинтиляційних кристалів, так і сонячного елемента є значними і мають бути головним предметом досліджень для науковців у цій галузі”, — зазначає команда.
Цілком можливо, що цю технологію можна буде використовувати й в інших місцях, де присутнє гамма-випромінювання, наприклад у космосі. Хоча прототип потребує суттєвих удосконалень, дослідники впевнені, що базова концепція працює. У ході дослідження команда також зробила важливі відкриття щодо того, як конфігурація кристалів і сонячних елементів впливає на коефіцієнт перетворення та вихідну потужність — ці знання будуть використані в майбутніх розробках.
“Концепція ядерної батареї дуже перспективна”, — говорить Оксуз.
“Є ще багато можливостей для вдосконалення, але я вірю, що в майбутньому цей підхід займе важливе місце як у виробництві енергії, так і в індустрії сенсорів”. Дослідження опубліковано в журналі Optical Materials: X.