University of Bristol
Фізики з Університету Брістоля запропонували концепцію «вічної» батареї на основі алмазу з радіоактивного ізотопу - вуглецю-14. Період напіврозпаду елемента становить 5700 років - це означає, що батарея втратить половину своєї потужності лише через тисячі років. Пристрій також допомагає частково утилізувати ядерні відходи - джерелом вуглецю-14 є сповільнювачі, графітові стрижні з ядерних реакторів. Концепція батареї була представлена на щорічних лекціях в інституті Кабот, про що повідомляє прес-реліз університету.
Традиційно в пристроях використовуються плутоній-238, стронцій-90, а також ізотопи кюрія, полонію і інші радіоактивні частинки. Їх основними джерелами є ядерні реактори - ці ізотопи є частиною радіоактивних відходів.
Існує й інший тип електрогенераторів, що працюють на енергії радіоактивних розпадів - бета-вольтаіческіе генератори . Вони не вимагають проміжного перетворення іонізуючого випромінювання в тепло. Замість цього в пристроях виникають пари електрон-дірка при взаємодії з електронами, викинутими ядрами при бета-розпаді. Ці пари безпосередньо і конвертуються в електричний струм. Як правило, для бета-вольтаіческіх елементів використовується тритій. Автори нової ідеї запропонували використовувати замість нього інші компоненти відходів, традиційно підлягають утилізації, - графітові стрижні.
При роботі ядерного реактора графітові стрижні опускають в активну зону для того, щоб уповільнити швидкість ядерної реакції. Вони здатні ефективно поглинати нейтрони, що викидаються ядрами урану в ході ділення. Після витримки в реакторі стрижні виявляються насичені ізотопом вуглецю-14, що розпадаються шляхом бета-розпаду: випускаючи електрон і перетворюючись в азот-14.
вчені звернули увагу на те, що як правило вуглець-14 концентрується на зовнішніх областях стрижнів. Це дозволяє ефективно збирати збагачений матеріал простим випалюванням стрижнів. Вуглець можна потім використовувати для зростання алмазів методами осадження з газової фази. Вибір алмазів пов'язаний з тим, що вони здатні ефективно перетворювати іонізуюче випромінювання в заряд. Завдяки цьому їх навіть пропонують використовувати в якості високопродуктивних детекторів радіації.
Для того щоб убезпечити бета-вольтаіческій елемент, фізики пропонують покрити алмаз, збагачений вуглецем-14, звичайним, нерадіоактивним алмазом. Це дозволить стримати більшу частину випромінювання. Період напіврозпаду вуглецю-14 складає 5730 років - хоча ізотоп не володіє високою активністю, елемент на його основі зможе пропрацювати тисячі років.
раніше аналогічні системи були запропоновані на основі в тисячу разів більше активного ізотопу: нікелю-63. Його період напіврозпаду дорівнює 100 рокам. Питома потужність елемента, розробленого в березні цього року в МИСиС, становила близько 10-100 нановатт на кубічний сантиметр. Про свої плани зі створення електрогенератора на основі вуглецю-14 заявляли фізики з Самарського університету, відзначаючи, що потужності елемента може вистачити для живлення малопотужних датчиків. Замість алмазу вчені пропонували використовувати карбід кремнію.
Крім можливих застосувань в електрогенерації, радіоактивний розпад вуглецю-14 активно використовується для датування різних об'єктів біологічного походження. Ізотоп генерується з приблизно однаковою швидкістю в верхніх шарах атмосфери Землі - при захопленні азотом «космічних» нейтронів. Поки організми живуть, вони накопичують в собі цей ізотоп, однак після смерті останній припиняє надходити в тканини. Розпад поступово зменшує його утримання в порівнянні з стабільним вуглецем-12, що і є маркером віку об'єкта.
Володимир Корольов