Обычные батарейки вырабатывают электрическую энергию в результате химических реакций. Бетавольтаические источники энергии - ядерные батарейки, получают энергию за счёт распада радиоактивных изотопов.
Одним из "генераторов", использующихся в таких батареях, является изотоп никеля. Его период полураспада достигает ста лет, что делает батарею на его основе долговечной.
При этом бета-излучение этого изотопа низкоэнергетично и не представляет опасности для здоровья человека. Самой оболочки батареи достаточно для того, чтобы гарантированно защитить организм от проникновения в него частиц радиоактивного распада.
Однако создать ядерную батарейку не так легко. Помимо высокой цены на изотоп никеля, проблемным остаётся способ его нанесения на подложку - основу батареи. Известны электрохимический и магнетронный методы покрытия.
Побочные процессы при электрохимическом осаждении никеля на поверхность полупроводниковых подложек могут вызывать значительное ухудшение их качества и снижать мощность батареи, а магнетронное напыление требует сложного и дорогостоящего оборудования.
Учёные Красноярского научного центра Сибирского отделения РАН совместно с коллегами из Сибирского государственного университета науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнёва и Сибирского федерального университета предложили использовать для создания ядерных батарей химический метод на основе реакции восстановления ионов никеля в растворе. Это позволит сделать процесс их производства намного легче, быстрее и дешевле.
Химический метод известен давно, но ещё никто не пытался применять его для создания ядерных батарей на основе изотопа никеля. Более того, в качестве подложки учёные предложили использовать вместо кремния обычную алюминиевую фольгу которая должна покрываться действующим в качестве генератора энергии изотопом никеля.
Покрытие из никеля на алюминиевой фольге имеет гораздо большую площадь, к которой, соответственно, прикрепляется большее количество ионов, за счёт этого возрастает и доля используемой энергии.
К тому же, фольга оказалась технологически удобнее: её легко обрабатывать и покрывать металлом, а изотоп при этом очень легко вернуть в исходную форму. Алюминий можно растворить в щёлочи, при этом дорогостоящий изотоп, нанесённый на его поверхность, не будет утерян. При необходимости такое свойство позволяет "переделать" некачественные образцы.
Сам процесс также оказался довольно простым. В термостойкий стакан наливается раствор с изотопом никеля. Небольшие образцы фольги помещают в раствор и кипятят при температуре около ста градусов. В результате на подложку из алюминиевой фольги выпадает слой восстановленного металла. Основной плюс этого метода в том, что его можно проводить в обычных условиях, без использования дорогостоящего оборудования.
Для начала, исследователи проверили метод на нерадиоактивных - стабильных изотопах никеля. Поскольку радиоактивные и нерадиоактивные атомы никеля имеют одинаковые химические свойства, то их поведение также будет идентичным. Это позволяет применить данный метод и для радиоактивных частиц никеля с тем же результатом, но в более безопасных для исследователей условиях.
- Этот метод ещё не применялся для таких целей. Но мы решили использовать его для отработки нанесения излучающих покрытий. Были опасения, что при таком способе покрытия из электролита вместе с никелем на подложку переходит небольшая примесь фосфора. Но мы показали, что добавка фосфора не вредит покрытию, а наоборот его упрочняет и не влияет на желаемые свойства. Этот способ покрытия перспективен для получения ядерных батареек, которые могут работать около ста лет без дополнительной подзарядки - отметила аспирант, младший научный сотрудник Института химии и химической технологии Красноярского научного центра Наталья Евсевская.
Такие батарейки можно использовать в разных сферах промышленности, в том числе для военных и космических приложений. Особо такая технология актуальна для медицины. Сейчас люди, которые носят кардиостимуляторы, в качестве источника энергии постоянно держат при себе сумку-батарею, что неудобно. Ядерная батарея способна иметь тот размер, при котором её можно вшивать в тело человека.
Екатерина БУРЧЕВСКАЯ,
специалист по связям с общественностью Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской Академии наук.
Красноярск.
Подписывайтесь на канал "Красноярский рабочий", ставьте лайки, если материал понравился, комментируйте публикации! Ещё больше новостей - на сибирском портале www.krasrab.ru . Оформляйте подписку на "КР" в отделениях связи по всей стране или через онлайн-сервис "Почты России".