Алмазные батареи могут использовать ядерные отходы для производства электроэнергии в течение тысячелетий
Ядерные отходы забирают тысячи лет. Но эта долгоживущая радиоактивность может быть именно тем, что заставляет эти ядерные батареи для ядерных отходов длиться тысячелетия.
Исследователи из Бристольского университета использовали графит, отработанный продукт ядерных реакторов, для разработки искусственного алмаза, который вырабатывает электроэнергию при размещении в непосредственной близости от радиоактивного источника. Хотя эти батареи производят только небольшое количество тока, они обеспечивают невероятно долгое время автономной работы в течение тысяч лет.
Использование ядерных отходов
Ядерным реакторам нужны графитовые блоки для управления потоком тепла и ядерными реакциями. При воздействии радиоактивных урановых стержней графитовые блоки постепенно становятся радиоактивными. Когда атомная станция выведена из эксплуатации, графитовые блоки являются одним из основных радиоактивных отходов, которые необходимо обрабатывать.
Углерод-14 представляет собой радиоактивный вариант углерода, который находится на поверхности графитовых блоков. Излучение этого изотопа углерода не может проникнуть даже на несколько сантиметров воздуха, но не безопасно вносить в окружающую среду. В настоящее время в Великобритании имеется почти 95 000 тонн блоков радиоактивного графита. Исследователи полагают, что, извлекая углерод-14, большинство радиоактивного материала графита можно удалить. В результате стоимость и опасность хранения графита будут значительно уменьшены.
Исследователи нашли способ повторного использования этих графитовых блоков для выработки электроэнергии из радиоактивных отходов. Во-первых, они нагревают графитовые блоки и превращают их в газ. Затем радиоактивный газ сжимается для выращивания алмаза.
Бета-частицы, излучаемые радиоактивным материалом, взаимодействуют с кристаллической решеткой и выбрасывают электроны.
Результат "// www.bris.ac.uk/chemistry/people/neil-a-fox/index.html" target = "_ blank"> Dr. Нил Фокс из Школы химии Бристоля объясняет, что эти ядерные батареи не имеют радиоактивных угроз для пользователя. Он отмечает, что углерод-14 обладает короткодействующим излучением, которое может быть полностью ограничено самым сложным в мире материалом: алмазом. Это нерадиационное алмазное покрытие означает, что кто-то, находящийся в непосредственной близости от ядерной батареи, получит столько же радиации, сколько они будут сидеть рядом с бананом!
По словам профессора Том Скотта из Центра анализа интерфейса университета, ядерные батареи не только имеют незначительные выбросы, но также не требуют какого-либо технического обслуживания. Этот факт сам по себе означает, что ядерные алмазы могут использоваться в районах, которые опасны или совершенно невозможны - для тех, кто обслуживает рабочих.
Потенциальные применения алмазной батареи
Плохая новость заключается в том, что произведенный ток недостаточно высок для питания смартфона. Тем не менее, длительное время автономной работы делает технологию привлекательной особенно для приложений, где нелегко или даже возможно перезарядить аккумулятор или заменить его новым. Долговечность этих батарей, связанная с периодом полураспада радиации ядерных отходов, может иметь решающее значение в таких приложениях, как проектирование кардиостимуляторов, спутников, космических аппаратов и высотных беспилотных летательных аппаратов.
Исследователи считают, что ядерные батареи, основанные на углероде-14, будут генерировать более 50% от их максимальной мощности в течение 5 730 лет, что равносильно тому, что человеческая цивилизация существовала. Следовательно, с помощью этой технологии было бы возможно задействовать межзвездные зонды задолго до того, как они потеряют солнечную энергию.
Литий-ионная, ядерная батарея или другая альтернатива?
К сожалению, в последние годы индустрия аккумуляторов была жестокой для многих перспективных решений. Исследователям в этой области необходимо не только решить многие технические проблемы, но и перевести технологию в коммерческую сферу. Это совсем не легко, потому что даже небольшой производитель аккумуляторов должен инвестировать почти 500 миллионов долларов. Фактически, согласно обзору технологий MIT, одной из основных причин, по которым новые технологии аккумуляторов не становятся коммерциализированными, является отсутствие финансирования и внимания.
Многие производители предпочитают полагаться на постепенное улучшение литий-ионных батарей, что было чрезвычайно медленным, несмотря на некоторые недавние перспективные исследования по увеличению мощности Li-ion, вместо того, чтобы принять первоначальные огромные инвестиции в новую батарею, которая предложила бы драматическую улучшение по сравнению с обычными батареями. В октябре 2015 года Lux Research опубликовала отчет, в котором прогнозируется литий-ионная батарея как основной выбор хранилища энергии на предстоящие годы.
Ядерные батареи могут одновременно решить несколько серьезных проблем сегодняшнего дня, таких как удаление ядерных отходов, чистая генерация электроэнергии и срок службы батареи. Однако есть ли ясный путь к тому, чтобы эти технологии были коммерциализированы? Мы сталкиваемся с некоторыми серьезными вопросами: экономично ли конвертировать ядерные отходы в алмазные батареи? Или есть только некоторые конкретные приложения, на которые эти батареи действительно поддаются?
Детали этой технологии обсуждались на ежегодной лекции Института Кабота - «Идеи изменить мир» - в ноябре.
Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с дружественным, анимированным видео из Университета Бристоля, объясняющим технологию ниже: