Уже в самом начале 20 века учёные начали задумываться о том, чтобы превратить излучение радиоактивных материалов в электрический ток, который бы бесперебойно питал приборы в течение десятилетий. Грубо говоря, они хотели создать атомные батарейки. Сегодня эти элементы питания больше известны как бетавольтаические, так как берут энергию от бета-распада радиоактивных материалов.
Бета-частицы — это в основном электроны высокой энергии, поэтому для получения электрического тока здесь нужно всего лишь поместить бета-излучающий материал рядом с полупроводником. Выходная мощность у таких элементов питания не очень велика (меньше, чем у пальчиковой батарейки), зато они очень долго не «садятся» — до полного распада радиоактивной составляющей. Все мы наслышаны о том, что даже полураспад этих элементов занимает века и даже тысячелетия, и это означает, что такие батарейки смогут работать как минимум многие десятилетия без заметной потери мощности.
Бетавольтаические батареи отличаются от радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РТГ), которые НАСА устанавливает на свои космические аппараты. Последние питаются от тепловой энергии радиоактивных материалов, например, плутония, а не непосредственно от бета-частиц. И бетавольтаические элементы, по идее, должны быть гораздо компактнее и безопаснее, чем РТГ. Обладая при этом практически неограниченным сроком службы.
Компания «Radio Corporation of America» разработала первую ББ в далёком 1954 году. Тогда представлялось, что это самая настоящая революция в данной сфере.
RCA считала, что их изобретение займёт место в наручных часах, слуховых аппаратах и радиоприемниках. А в февральском номере журнала «Life» того же года представители компании сравнили свой элемент питания с лампочкой Эдисона-Ильича.
Они ошиблись. Лампочки, пусть и немного видоизменившиеся, продолжают светить нам из каждого патрона, а устройств, которые работают на бетавольтаических батарейках, не сыщешь днём с огнём. Основная сфера их применения сегодня — это космос и военное оборудование, то есть на максимальном удалении от обычного потребителя.
Вызвано это многими причинами, но основная из них — безопасность. Бетавольтаики, конечно, безвреднее других систем, связанных с радиоактивными материалами, но их «топливо» всё равно может представлять угрозу. Так, например, тот прототип, на который в 1954 году возлагала столь большие надежды «Radio Corporation of America», работал на стронции-90. А это канцероген, вызывающий, в частности, лейкемию. И даже несмотря на то, что эта «батарейка» была покрыта материалом, изолирующим излучение, любой человек, наверное, побоялся бы дать её своим детям. Да и просто взять в руки.
Однако с того времени прошло немало лет. Технологии развиваются, и довольно большое количество научных коллективов пытается найти способ безопасного использования бетавольтаической энергии. Самых больших успехов в этом отношении добилась команда Бристольского университета, создавшая «DIaMonDZ». Этот прототип сделан из углерода-14 — естественного радиоизотопа, который встречается в атмосфере, да и вообще во всех живых существах нашей планеты. Кроме того, он является побочным продуктом работы атомных электростанций — одним из самых крупных по объёму.
Разработчики технологии признают, что их основной задачей была именно утилизация этого материала.
Из углерода-14 учёные синтезировали алмаз. Драгоценность получилась радиоактивной, то есть способной генерировать электрический ток.
Полученное изделие не очень велико, и его мощности будет недостаточно для использования, допустим, в мобильном телефоне. Но оно вполне способно питать разнообразные датчики и детекторы, в том числе в реактивных двигателях и глубоководных кабелях.
Надо учитывать, что всё это не будет знать перебоев в электроснабжении в течение многих десятилетий! Учёные утверждают, что алмаз абсолютно безопасен.
Радиация сдерживается самой структурой изделия. Возможно, одним из самых перспективных направлений применения алмазной батарейки являются медицинские имплантаты. Сегодня в них в основном используются литий-ионные элементы питания, но они недолговечны. Тем не менее Нобелевскую премию по физике 2019 года получили именно за них. Так, например, у кохлеарных имплантов, восстанавливающих слух у слабослышащих людей, батарейки хватает в среднем на месяц.
В общем, атомная батарейка — это на данный момент не совсем то, что представляли себе изобретатели середины прошлого века. Они наверняка посчитали бы безумцем того человека, который сказал бы им, что она будет выглядеть как крошечная драгоценность, использующаяся внутри человека, а не для питания радиоприёмника.
Читайте интересное: