В последние времена все чаще мелкает в новостях эта тема - "атомные батарейки"... Часто их именуют еще ядерные или радиоизотопные источники питания. Это устройства, которые вырабатывают электричество за счёт энергии радиоактивного распада, а не за счёт цепной ядерной реакции, как в АЭС. И потому это принципиально разные вещи, и путаница здесь хоть и распространена, но безобидна - от незнания.
Постараемся восполнить этот пробел.
Что такое атомная батарейка?
В основе её лежит радиоизотоп, который при распаде испускает бета-частицы (электроны), альфа-частицы, реже — гамма-кванты. Эта энергия напрямую или косвенно преобразуется в электричество. Как? вот основные типы:
- Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ, RTG). Они используют тепло от распада и имеют термоэлектрические элементы. У них низкий КПД, всего 5–7%, но зато это 100% надежный источник энергии. Работает десятилетиями!
- Бета-вольтаические элементы, по сути - аналог солнечной батареи, но световой поток здесь — это бета-частицы. Прямое преобразование в электричество.Очень долгий срок службы, но... малые токи.
- Алмазные ядерные батареи используют синтетический алмаз как полупроводник и защиту. Часто применяют изотопы никеля-63 или углерода-14. Работы в этой области ведутся сейчас и очень активно.
Особенности - плюсы и минусы
Срок службы - это важнейшее преимущество таких элементов питания. А он впечатляет - от 10–20 лет до 50–100 лет, тут ограничение периодом полураспада.
Работают в самых разных и экстремальных условиях - в вакууме, под водой, в космосе, при высоких температурах. Требуют минимальное обслуживание, нет подвижных частей и очень высокая надёжность.
Но есть и очевидные недостатки и главный из них - низкая мощность. Обычно это микроватты–милливатты. Затем, высокая стоимость - изотопы дороги, производство сложное.
Существуют еше и регуляторные ограничения: контроль, лицензирование, экспортные запреты...
Безопасность - что важно!
Для многих, особенно обывателей, это ключевой вопрос. Все боятся атомную энергетику, радиация и черонбыльские ужасы...
Нет, они не могут взорваться как ядерная бомба - в них нет цепной реакции. И они не фонят как атомный реактор.
Как же в них обеспечивается безопасность? Используются слабые источники, чаще бета-излучение. Многоуровневая защита: керамика, металл, алмаз, герметичные капсулы. Даже при разрушении корпуса уровень риска сравним с промышленными радиоисточниками, а не с аварией на АЭС.
Реальные риски все-таки есть, опасность возникает только при вскрытии или дроблении источника. Поэтому бытовое применение жёстко ограничено.
Где они реально применяются?
Уже сегодня их широко применяют в космических аппаратах. Маяки и автономные станции - Арктика, океанология, труднодоступные регионы. В медицине - питание имплантов (кардиостимуляторы). Военные и спецсистемы - датчики, навигация, резервное питание.
Не применяют по причине слабюой мощности в смартфонах и ноутбуках, в электромобилях.
Исследования и перспективы
Сегодня этим источникам энергии уделяют большое внимание, так как учпешное решение ряда задач сулит колоссальные выгоды.
Новые изотопы - никель-63 у углерод-14, америций-241 как альтернатива плутонию. Новые материалы - алмазные полупроводники, наноструктуры, тонкоплёночные преобразователи. Гибридные системы, например, атомная батарейка + суперконденсатор, или постоянная подзарядка накопителя.
Вероятно очень скоро появятся датчики IoT с ресурсом 20–50 лет. Медицинские импланты без замены питания. Получат дальнейшее развитие космические и арктические автономные системы и промышленные датчики в недоступных местах
Подводя итоги
Атомные батарейки имеют хорошие перспективы для развития, но они по-прежнему будут занимать свою узкоспециальную нишу. Вероятно они никогда не смиогут заменить литиевые батареи ни по мощности, ни по плотности энергии в краткосрочном режиме.
prom.radius.kz