Науковці Північно-Західного педагогічного університету спільно з колегами з Технологічного інституту Ганьсу Чжулун розробили ядерну батарею нового покоління. В основі пристрою — ізотоп вуглецю-14 та перетворювач із карбіду кремнію (SiC). Від попередньої версії новинка відрізняється не лише вищою ємністю, а й тим, що створена повністю власними силами китайських розробників.
Що таке ядерна батарея і де вона застосовується
Ядерна батарея — інакше її називають радіоізотопною або атомною — генерує електроенергію за рахунок енергії розпаду радіоактивного ізотопу. Завдяки тому що період напіврозпаду таких ізотопів може сягати десятків і навіть тисяч років, подібні джерела живлення здатні функціонувати незрівнянно довше за звичайні хімічні елементи.
Як зазначає Interesting Engineering, це робить їх ідеальними для космічних апаратів і дистанційних екологічних сенсорів, а за умови підбору відповідних матеріалів — перспективними й для медичних імплантатів.
NASA вже давно використовує подібні технології: ядерні батареї живили зонди Voyager під час місії 1977 року та марсохід Curiosity у 2012 році. Китай також покладався на них у місячних місіях Chang’e-3 і Chang’e-4. Нова розробка вписується в масштабну стратегію країни зі створення компактніших і потужніших пристроїв, придатних для промислового застосування.
Від Zhulong-1 до Qianjiyuan Tianshu: еволюція технології
У 2024 році та сама команда з Північно-Західного педагогічного університету презентувала ядерну батарею на вуглеці-14 під назвою Candle Dragon-I (Zhulong-1). Нова модель отримала назву Qianjiyuan Tianshu. При вмісті радіоактивних матеріалів не більше 22% вона забезпечує у 2,6 раза більшу потужність, зберігаючи при цьому незмінну напругу та стабільність роботи.
«Попередні розробки мали низьку вихідну потужність, погану інтеграцію і надто високу вартість. Тому ми зосередилися на створенні компактного, потужного, доступного й повністю вітчизняного пристрою», — пояснив Су Маоген, керівник проєкту.
Дослідники виділяють п’ять ключових удосконалень Qianjiyuan Tianshu порівняно з Zhulong-1:
- краще узгодження радіоактивного джерела з перетворювачем;
- тривимірна багатошарова конструкція, що економить простір і підвищує інтеграцію;
- система керування мікропотужністю для автономної роботи без зовнішнього живлення;
- вбудовані датчики самодіагностики;
- перетворювач із карбіду кремнію власного китайського виробництва, що підвищує ККД.
Технічні характеристики та принцип роботи
Габарити пристрою — трохи більше одного кубічного дюйма (16,8 куб. см). Використовуючи 129 мілікюрі вуглецю-14, батарея видає струм 0,713 мікроампера, напругу 2,06 В і максимальну вихідну потужність 1,13 мікровата.
На відміну від традиційних термоелектричних ядерних батарей, які перетворюють тепло розпаду на струм і потребують громіздкого корпусу та високих температур, Qianjiyuan Tianshu працює за принципово іншою схемою. Бета-частинки (електрони), що виникають під час розпаду, безпосередньо потрапляють на напівпровідниковий перетворювач із карбіду кремнію, де й генерується електричний струм. Розробники порівнюють цей принцип із роботою сонячної панелі — лише замість світла тут використовується радіація.
Хоча об’єм пристрою вдалося скоротити лише на 17%, об’ємна щільність потужності зросла приблизно в 15 разів. А оскільки період напіврозпаду вуглецю-14 становить 5730 років, ядерна батарея нового покоління фактично розрахована на тисячоліття безперервної роботи.
