Ученые разработали инновационную батарею, которая преобразует энергию радиоактивных отходов в электричество, превращая опасный побочный продукт ядерной энергетики в потенциальный источник энергии для специализированных применений. Результаты исследования опубликованы в журнале "Оптические материалы: X". По данным Всемирной ядерной ассоциации, атомные электростанции вырабатывают 18% электроэнергии в Соединённых Штатах. Хотя этот источник энергии не производит выбросов углекислого газа, он создаёт радиоактивные отходы, которые могут быть опасны для окружающей среды и остаются активными в течение тысяч лет. Стремясь найти применение этим отходам, исследовательская группа из Университета штата Огайо использовала материалы высокой плотности, которые излучают свет при поглощении радиации, — сцинтилляционные кристаллы — в сочетании с солнечными батареями для преобразования гамма-излучения в электричество.
Ядерные отходы испускают мощное гамма-излучение — высокоэнергетическую форму, которая может проникать сквозь большинство материало.
Раймонд Цао, ведущий автор исследования
Профессор машиностроения и аэрокосмической инженерии в Университете штата Огайо Раймонд Цао рассказал журналистам из научного издания Live Science в электронном письме о том, что в разработанном устройстве используется сцинтиллятор — специализированный материал, который поглощает эти гамма-лучи и преобразует их энергию в видимый свет — подобно тому, как работают светящиеся в темноте предметы, но за счёт излучения, а не солнечного света. Затем этот свет улавливается солнечным элементом, подобным тем, что используются в солнечных панелях, и преобразуется в электрическую энергию.
Батарея-прототип размером всего 4 кубических сантиметра — примерно с чайную ложку сахара — была протестирована в Лаборатории ядерных реакторов Университета штата Огайо с использованием двух радиоактивных источников: цезия-137 и кобальта-60. Батарея вырабатывала 288 нановатт энергии при использовании цезия-137 и 1500 нановатт при использовании более радиоактивного изотопа кобальта-60 — этого достаточно для работы микроэлектронных систем, таких как микросхемы или аварийное оборудование. Хотя эта мощность намного ниже киловатт, необходимых для работы вашего чайника, исследователи считают, что эту технологию можно масштабировать для применения на уровне ватт или выше при наличии подходящего источника питания.
Как бы то ни было, новая технология не будет использоваться в домах — для работы системы требуется высокий уровень радиации окружающей среды, поэтому она должна находиться на месте захоронения отходов. Например, исследователи предполагают, что аккумулятор будет использоваться в ядерных системах для космических и глубоководных исследований, где экстремальные уровни радиации делают обычные источники энергии непригодными.
Мы не производим и не переносим источники излучения; вместо этого это устройство предназначено для мест, где уже присутствует интенсивное гамма-излучение. Прелесть этого подхода в том, что экранирующие материалы можно заменить сцинтиллятором, а излучаемый им свет можно собирать и преобразовывать в электричество.
Раймонд Цао, ведущий автор исследования
Однако прежде чем его внедрят, предстоит преодолеть несколько препятствий. По словам Цао, высокий уровень радиации постепенно повреждает как сцинтиллятор, так и солнечную батарею. Если недостатки будут устранены, то эти долговечные аккумуляторы можно будет использовать в труднодоступных зонах с высоким уровнем радиации, практически не требуя обслуживания, что делает их привлекательным энергетическим решением.
Необходимы дальнейшие разработки более прочных и устойчивых к радиации материалов, чтобы обеспечить долговечность системы.
Раймонд Цао, ведущий автор исследования
Следующий ледниковый период обрушится на Землю через 11 000 лет, если не произойдёт изменение климата.
Фото: "Оптические материалы: X"
Обсуждение ( 0 ) Посмотреть все