Есть ли будущее у алмазных батарей из ядерных отходов?

В 2016 году команда ученых из Бристольского университета, которую возглавил профессор материаловедения Том Скотт, объявила о создании прототипа батареи, полученной путем превращения ядерных отходов в алмаз.

Теоретически эта технология могла бы решить часть проблем с хранением и переработкой ядерных отходов, а также подарить миру альтернативный источник энергии, лучше подходящий для определенных потребностей, чем все, что доступно в настоящее время.

Так появилась компания Arkenlight, а после и ее конкурент в лице компании Nano Diamond Battery (NDB) с куда более впечатляющими амбициями.

Польза от ядерных отходов

Атомные электростанции производят множество различных радиоактивных изотопов. Одним из самых сложных изотопов в этой смеси является углерод-14, период полураспада которого составляет более 5 700 лет. Данный изотоп производится из графитовых стержней, используемых для контроля скорости реакций. Спустя время, после того, как наиболее опасные стронций-90 и цезий-137, встречающиеся в ядерных отходах(их период полураспада около 30 лет), распадутся и станут ненужными, нам все еще придется решать, что делать с углеродом-14. Однако, если Arkenlight и NDB добьются своего, то ядерные отходы станут сокровищем, а не проблемой.

Семь лет назад команда ученых под руководством профессора Тома Скотта доказала, что радиоактивный углерод можно нагреть, превратить его в газ и позволить ему конденсироваться в искусственные алмазы. Смысл этой процедуры не в том, чтобы получить симпатичные алмазы, а в том, что при распаде углерода-14 до азота-14 происходит высвобождение электронов в виде бета-излучения. Если алмазы легированы соответствующим образом, а не состоят из чистого углерода, то они могут превратиться в ток, направляемый в провода, подключенные к алмазу. Другими словами, алмазы, полученные из ядерных отходов, могут стать источником электричества, которого хватит на тысячи лет.

Сила тока, заявленная командой, ничтожно мала, поэтому свою инновацию они рассматривают только для тех ситуаций, когда продолжительность работы является главным приоритетом. Наиболее очевидный пример — космические аппараты для исследования внешних областей Солнечной системы. Если бы зонды NASA «Вояджер-1» и «Вояджер-2» были оснащены алмазными батареями, то диспетчерам не пришлось бы решать, какие инструменты отключать для экономии энергии с целью продления срока эксплуатации аппаратов.

Впоследствии компания Arkenlight рассмотрела еще несколько сценариев, в которых замена классических батарей настолько сложна, что долговечность становится жизненно необходимой. Например, датчики в жерлах вулканов для отслеживания активности или датчики на дне Мирового океана для изучения землетрясений. Ученые даже вернулись к истокам, предложив использовать алмазную батарею для питания датчиков, размещаемых в хранилищах ядерных отходов.

В первых версиях в качестве источника радиоактивности используется никель-63 (период полураспада 100 лет), но в Arkenlight надеются со временем перейти на углерод-14, который способен работать еще дольше. Как бы безумно это ни звучало, компания Arkenlight изучает возможность помещения алмазных батарей в мозг человека для питания искусственных нейронов.

Амбиции NDB

Компания NDB утверждает, что она продвинулась существенно дальше, используя микроалмазы вокруг источника излучения для отвода тепла. Компания также заявила, что использует несколько различных радиоизотопов, а не только медленно высвобождающийся углерод-14. Кроме того, инженеры NDB, согласно заявлению пресс-службы компании, активно работают над изобретением дополнительных средств безопасности.

Однако возникают серьезные вопросы о том, не преувеличивает ли компания NDB возможности своего продукта. Генеральный директор компании говорит о том, что уже скоро их продукт можно будет использовать в смартфонах, а на сайте компании размещено стилизованное изображение автомобиля, что подразумевает возможность замены литий-ионных аккумуляторов в транспорте. Кроме того, NDB предлагает использовать их продукцию в качестве аварийного источника энергии для центров обработки данных, который будет запускаться немедленно.

Однако все это как-то странно. Если используемый изотоп имеет большой период полураспада, как, например, углерод-14, то мощность батареи будет настолько мала, что питание смартфона едва ли возможно, а электромобиля — фантазия, даже если объединить тысячи таких источников. Источники с более коротким периодом полураспада потенциально обладают большей мощностью, но эта мощность быстро падает, и, в отличие от батареи любого смартфона, «радиоактивную батарею» крайне проблематично зарядить.

Все, что нам остается, так это следить за деятельностью компаний Arkenlight и NDB. Даже если желания последней не станут реальностью, то ее вклад в создание альтернативного источника энергии, который в будущем приведет к новым открытиям и достижениям, все же будет значительным.