Далеко на западе Англии, в городе Бристоль, где туманы по утрам стелятся по крышам университетских лабораторий, впервые зажглась мягкая синяя лампа, сигнализируя о рождении новой эпохи. В центре небольшой комнаты — аккуратная пластинка, чуть больше монеты, сияет гранёной поверхностью. Так выглядит ядерная алмазная батарея: миниатюрное чудо из радиоактивного изотопа углерода-14, зажатое между слоями искусственного алмаза.
Обычные батарейки служат годами, рекордные — десятилетиями. Но эта батарея не знает равных: её жизнь длится, по оценкам разработчиков, свыше 28 тысяч лет. Не просто ресурс, а почти вечный источник энергии для устройств, которым предстоит работать там, где зарядить аккумулятор невозможно. Сама идея кажется из научной фантастики, но тестовые образцы сегодня уже светятся на рабочих столах физиков и инженеров.
Как работает «вечная батарейка»: сердце из алмаза
Технология ядерных алмазных батарей основана на использовании небольших доз радиоактивного углерода, который возникает в графитовых стержнях старых ядерных реакторов. В университете Бристоля для технологии берут углерод-14 — это изотоп, испускающий слабый поток частиц, которые медленно «прожигают» вещество и создают поток электронов.
Важный момент — извлечённый изотоп помещают внутрь алмаза, кристалла, созданного в установках высокого давления. Алмаз не только служит защитой, останавливающей радиацию для внешнего мира, но и помогает преобразовать энергию распада в стабильный электрический ток. Слой алмаза работает как полупроводник: на одной грани электроны вылетают и создают небольшое, но устойчивое напряжение, которое можно использовать десятки тысяч лет подряд.
Вся конструкция напоминает слоёный пирог, внутри крошечный кусочек углерода-14, снаружи, несколько защитных алмазных оболочек. Дополнительным плюсом такой батареи становится практически полная безопасность для окружающих: наружный слой прочно удерживает всё «лишнее» внутри.
Плюсы и ограничения: маленькая сила на долгое время
К достоинствам такой батареи относят фантастический срок службы. Сам углерод-14 распадается медленно: период его полураспада около 5730 лет. Новая батарея не требует зарядки, может прослужить на практике свыше двадцати восьми тысяч лет, медленно отдавая электричество.
Сила у этого источника очень скромная. Одна батарея выделяет всего несколько микроватт — чтобы запитать лампочку, понадобится не десяток, а тысячи таких элементов. Но для современных малопотребляющих датчиков — это не проблема. К примеру, устройства контроля у мостов, спутниковых трекеров, медицинских имплантов и глубоководных маяков могут работать годами без единой замены или обслуживания.
Именно германский инженер Нил Фокс и учёный Том Скотт первым объявили о прототипе батареи в 2016 году на страницах журнала Interface. Они подчёркивали: задача не в замене обычных источников питания, а в создании ультраннадёжных миниатюрных энергосистем для уникальных условий.
Где такие батареи пригодятся
Изобретение ядерной алмазной батареи не означает революцию во всех электронных устройствах на свете. Их главная ниша — там, где замена питания физически невозможна или чрезвычайно опасна. Вот лишь несколько необычных проектов:
Космос и спутники — там, где разряд батарейки означает гибель целой миссии, надёжная и компактная энергия идёт на вес золота. В российской практике подобные технологии обсуждаются для марсохода и зондов, отправляющихся к удалённым планетам.
Глубоководные датчики и маяки — на дне океанов ничто не подпитывает энергией устройства десятилетиями, а всплытие и обслуживание часто невозможны технически. Такие батареи могут обеспечить работу самописцев до следующей смены эпох.
Кардиостимуляторы, нейроимпланты — идея, что медицинскому устройству не потребуется даже вскрытие пациента для замены питания, вдохновила многих инженеров в Японии, Северной Европе и России.
Мониторы в зонах с радиацией — урановые могильники, закрытые шахты, остаточные зоны вокруг Фукусимы смогут оснащаться датчиками, которые будут успешно функционировать веками, своевременно передавая сведения о состоянии окружающей среды.
Чем отвечают на вызовы: безопасность и экология
Использование радиоактивных материалов всегда вызывает тревогу. Но в случае ядерных алмазных батарей уровень внешней радиации будет даже ниже фоновых значений на улицах крупных городов России. В пресс-релизах Бристольского университета подчеркивается: алмазные оболочки прочно «запирают» весь радиоактивный углерод, исключая даже теоретическую утечку. Для испытаний участвовали независимые аналитики, публиковали итоги лабораторий Великобритании, Китая и России.
Не менее важной стала идея рециклинга отходов ядерной промышленности. При утилизации старых реакторов в России и за рубежом тысячи тонн отработанного графита считаются опасным мусором. Ядерная батарея способна сделать этот материал полезным: углерод-14 из отходов — не проблема, а ресурс для нового поколения носимых источников энергии.
Экологический резонанс технологии отметил профессор Валерий Минаев, «Российская Газета». По его словам, управление подобными отходами — одна из самых сложных задач атомной индустрии. Прототипы отечественных систем, подобно британским, используют алмазные оболочки и показывают уверенно низкий уровень радиации даже после многолетних нагрузок. Сама же технология выглядит надёжной платформой для будущих «вечных» трекеров, маяков, датчиков.
От лаборатории — в реальный мир
Сейчас ядерные алмазные батареи проходят испытания в десятках университетских лабораторий, и не только в Великобритании. Проекты ведут и в России: специалисты Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» и МИФИ создают собственные элементы, делая ставку на безопасность и автономность. Весна 2021 года стала временем первых испытаний компактных образцов для спутников и экологических датчиков.
Пока массовое распространение ограничивает стоимость — выращивание искусственного алмаза на фабриках обходится в десятки раз дороже литиевых аналогов. Но в лабораторной тишине уже делаются детали, которые ещё недавно казались невозможными.
Задумываясь о возможностях человечества, хочется спросить не только про следующие модели смартфонов — а что изменится, если устройства вокруг действительно станут вечными? Возможно, не такие громкие, но струящиеся по нитям истории изобретения меняют нашу жизнь сильнее, чем крикливые революции.
А как считаете вы?
---------------------------------------------------------
ИНТЕРЕСНОЕ НА СЕГОДНЯ: