Ядерная батарея сможет работать 50 лет без перерыва: ученые утроили ее эффективность

Группа ученых из Сямэньского университета и Китайского института атомной энергии поставила перед собой задачу улучшить работу батареи в экстремальных условиях. По их словам, традиционные энергосистемы, особенно те, которые используются в космических или глубоководных инфраструктурах, испытывают трудности с долгосрочной надежностью, пишет interestingengineering.com.

Ограниченная плотность энергии, чувствительность к факторам окружающей среды и необходимость периодического обслуживания делают их непрактичными для миссий, требующих непрерывного автономного питания в течение многих лет. Стремясь решить эти проблемы, исследователи разработали радиофотоэлектрические элементы (РФЭ) на основе стронция-90, построенные на основе структуры волноводной концентрации света (WLC).

Передовая технология ядерных батарей

Инновационная конструкция объединяет многослойные сцинтилляционные волноводы GAGG: Ce (гадолиний-алюмо-галлиевый гранат, легированный церием) с радиоизотопами стронция-90. GAGG: Ce — это монокристаллический сцинтиллятор, обладающий возможностью регистрации фотонов. Он является одним из самых ярких из существующих, с пиком излучения на длине волны 520 нанометров (нм).

Установка преобразует радиоактивную энергию в свет, который затем направляется на фотоэлектрические элементы, генерирующие электроэнергию.

В ходе испытаний производительности одиночный блок ядерной батареи достиг эффективности преобразования энергии 2,96%, что значительно выше, чем у существующих конструкций. Кроме того, команда сообщила о выходной мощности 48,9 микроватт от одного блока, а многомодульная версия достигла 3,17 милливатт.

Прототип также продемонстрировал ток короткого замыкания 2,23 миллиампер и напряжение холостого хода 2,14 вольт. "Мы спроектировали и изготовили аккумулятор, который обеспечивает баланс между эффективностью и стабильностью", — заявили ученые.

Долгосрочное решение для обеспечения энергии

Подвергая батарею облучению электронным пучком, эквивалентному 50 годам радиационного воздействия, исследователи обнаружили лишь скромное снижение оптических характеристик — всего на 13,8%.

Подводя итог, ученые отметили, что аккумуляторы на основе WLC могут обеспечивать как высокую выходную мощность, так и исключительную долговременную стабильность, что представляет собой существенный шаг вперед в развитии ядерных батарей.

"Структура WLC обеспечивает трехкратное повышение эффективности преобразования энергии по сравнению с традиционными структурами", — пояснили исследователи. — "Облучение, эквивалентное 50 годам эксплуатации, подтверждает высокую долговременную стабильность устройства на основе WLC".

Система минимизирует потери энергии, фокусируя свет от сцинтиллятора непосредственно на фотоэлектрические элементы, не требуя при этом подвижных частей или внешнего источника энергии.