Вчені створили батарею, що виробляє енергію з ядерних відходів

Нове дослідження вчених з Університету штату Огайо демонструє можливість використання радіоактивних відходів для створення мікробатарей на основі сцинтиляторних кристалів, що перетворюють гамма-випромінювання у світло.

Ядерні відходи як потенційний ресурс

Ядерна енергетика забезпечує близько 10 відсотків світового виробництва енергії. За прогнозами МАГАТЕ, до 2050 року обсяги ядерної енергетики можуть зрости у 2,5 рази. Хоча ядерне розщеплення не виробляє парникових газів, воно створює радіоактивні відходи. Ці відходи зазвичай зберігаються у спеціальних басейнах з відпрацьованим ядерним паливом.

Науковці активно шукають шляхи використання прихованої енергії, що міститься у ядерних відходах. Перетворення “відходів на скарб” стає новим напрямком досліджень у ядерній галузі. Упродовж останніх років з’явилося кілька інноваційних підходів до цієї проблеми.

“Ми збираємо те, що за природою вважається відходами, і намагаємося перетворити це на скарб”, – зазначив Раймонд Цао, співавтор дослідження з Університету Огайо. Команда вчених запропонувала використовувати сцинтиляторні кристали, які випромінюють світло при поглинанні гамма-випромінювання. Це високощільні матеріали, що вже застосовуються для медичної візуалізації та виявлення радіації.

Принцип роботи мікробатарей

У розробленій системі сцинтиляторні кристали працюють у парі з сонячними елементами. Радіоактивні матеріали випромінюють гамма-промені. Кристали перетворюють це випромінювання на видиме світло. Сонячні елементи вловлюють це світло і генерують електричну енергію.

Дослідники протестували батарею з двома типами радіоактивних матеріалів: цезієм-137 та кобальтом-60. Цезій-137 є одним із найпоширеніших продуктів поділу в ядерних відходах. Кобальт-60 використовується в променевій терапії і також є побічним продуктом поділу.

Результати експериментів показали різні рівні ефективності. З ізотопом цезію батарея зареєструвала 288 нановат потужності. Значно кращі результати показав кобальт-60 – 1,5 мікровата, що достатньо для живлення мікросенсорів.

Перспективи розвитку технології

Форма і розмір кристала сцинтилятора суттєво впливають на кількість виробленої енергії. Більший об’єм кристала поглинає більше випромінювання. Більша площа поверхні дозволяє сонячним елементам генерувати більше енергії.

“Це проривні результати з точки зору вихідної потужності”, – підкреслив Ібрагім Оксуз, співавтор дослідження. “Цей двоетапний процес все ще перебуває на попередніх стадіях, але наступний крок передбачає генерування більшої кількості ват за допомогою збільшених конструкцій”.

У короткостроковій перспективі такі батареї можуть застосовуватися у місцях із підвищеним рівнем радіації. Це можуть бути паливні басейни або ядерні системи для дослідження морських глибин чи космосу. Ключовою перевагою цих батарей є мінімальні потреби в обслуговуванні.

Глобальний контекст досліджень

Це не перша спроба перетворити ядерні відходи на джерело енергії. У 2020 році фізики з Брістольського університету працювали над переробкою ізотопів вуглецю-14. Вони використовували відпрацьовані графітові блоки для створення довговічних алмазних батарей.

Такі дослідження набувають особливого значення в контексті глобальних кліматичних змін. Людство шукає шляхи відмови від викопного палива. Ядерна енергетика може стати важливою альтернативою.

Однак зростання ядерної енергетики призведе до збільшення кількості відходів. Тому розробка технологій переробки ядерних відходів стає критично важливим завданням для науковців. Перетворення проблеми відходів на додаткове джерело енергії – це подвійна перемога для енергетичного сектору та екології.