От смартфона до ракеты. Учёные создали "вечную" атомную батарейку

Российские учёные из НИТУ "МИСиС" создали атомную батарейку, способную прослужить до 50 лет. Удельная мощность и КПД нового устройства в десять раз выше, чем у любых зарубежных аналогов. Источником энергии в устройстве служит изотоп никель-63 с периодом полураспада около 100 лет, но вопросы к конструкции атомной батарейки всё равно остаются.

Изобретение атомной батарейки неслучайно сравнивают с созданием вечного двигателя. Применение такой технологии безгранично: небольшая батарейка может питать практически любой — как бытовой, так и военный прибор. От "вечных" спутников и небольших беспилотников до суперкомпьютеров и небольших полярных станций — одного элемента с радиоактивным изотопом будет достаточно, чтобы подогреть еду, дать свет и даже набрать горячую ванну.

Особенно прорывной эта технология может стать в космосе, с учётом того что человечество уже стоит на пороге освоения ближайших к Земле миров. Аспирант факультета прикладной физики Массачусетского технологического института Егор Касаткин отметил, что рынок для атомных батареек даже в существующих условиях безграничен.

Промышленный выпуск радиоактивных изотопов для российских атомных батареек хотят наладить до конца 2020 года. Если коронавирус и спровоцированные им изменения не преподнесут дополнительных сюрпризов, то "бензин" для маленьких реакторов со слабым бета-излучением начнут делать в достаточных для экспорта количествах. К созданию батареек, в которых радиоактивный изотоп и алмазный преобразователь для электрической энергии могут спокойно работать 50 и даже 100 лет, в разных странах подошли практически одновременно. Первые разработки российских учёных в этом направлении датируются 2018 годом, их британские коллеги создали такую же технологию в 2019-м, однако ни те ни другие батарейки в продаже ещё не появились.

Зато у американских учёных есть вполне жизнеспособный образец. Разумеется, атомная батарейка в современном её виде — это почти всегда прототип, который нужно дорабатывать. Но американская технология существенно отличается от российской. Два прототипа бета-гальванических батарей значительно мощнее российских, хоть и работают по схожему принципу — преобразовывают радиоактивное бета-излучение в электрический ток.

В компании NDB (разработчик батарейки) утверждают, что продукт позволит "вечно" снабжать энергией абсолютно любое устройство: от смартфона до небольшой баллистической ракеты, которая может автономно и скрытно храниться где-нибудь недалеко от противника. Прототипы атомной батарейки NDB уже прошли испытания в Ливерморской национальной лаборатории и "атомной" лаборатории Кембриджского университета.

Американцам, кстати, принадлежит и пальма первенства по внедрению такой технологии на военные и гражданские спутники и космические аппараты. Первые образцы атомных батареек устанавливали на спутники Transit 4A и 4B.

В обоих случаях учёные подтвердили, что эффективность энерговыделения у прототипов NDB оказалась на уровне 40 процентов. Для сравнения: КПД конкурирующих батарей колеблется в районе 15 процентов. С американской атомной батарейкой всё почти идеально — она не превышает в размерах обычный микрочип, не требует обслуживания и позволяет обеспечить значительным количеством электроэнергии целую серверную крупного предприятия. Единственный недостаток американского устройства — быстрый выход из строя.

Научный сотрудник факультета физики Сямэньского университета в Китае Константин Ян отметил, что этот ресурс может вырабатываться за несколько лет.

С точки зрения перспектив эксперты ожидают первого технологического "взрыва" на рынке мобильной электроники. Ноутбуки, смартфоны, смарт-часы, фитнес-трекеры и вообще любое устройство "интернета вещей" может быть оснащено как упрощённой версией атомной батарейки, так и "топовой" конфигурацией с повышенной выработкой электроэнергии. Средняя цена "простой" версии на будущее — примерно 100 долларов. Цена за атомную батарейку верхнего уровня — около одной тысячи долларов США.

Кроме электроники такие источники питания могут служить отличным средством для зарядки аккумуляторов в электрических автомобилях. Пока не известно, купит ли себе патент на производство атомных батареек Илон Маск, но перспектива использования в транспорте сумасшедшая. По сути, владелец электрической машины больше не будет "привязан" к зарядной станции, а литийионный аккумулятор с атомной батарейкой внутри и генератором будет заряжаться практически сразу, как возникнет такая необходимость. В результате может получиться электромобиль с неограниченным запасом хода.

Эксперты в области энергетики отмечают, что после начала производства таких батареек мир может вступить в новую энергетическую гонку, по сравнению с которой гонка вооружений может оказаться детской шалостью. Её суть будет заключаться в том, что атомная энергия в привычных объёмах понадобится только для гражданских объектов, в то время как вся промышленность может быть переведена на автономное энергоснабжение. Однако директор завода по производству автомобильных комплектующих Евгений Чистяков отметил, что экономика такого энергоснабжения ещё не посчитана.

К тому моменту, как атомная батарейка поступит в обычную продажу для всех желающих, разработчикам придётся ответить на серьёзные вопросы. Например, до сих пор ничего не говорится о возможном применении батарейки как дешёвого и легального оружия массового поражения. Особенно острым этот вопрос станет в тот момент, когда вместо изотопа никеля в качестве топлива начнут использовать изотопы плутония-238.

Кроме того, до сих пор непонятно, сколько времени и финансовых ресурсов придётся потратить на переоборудование всей современной инфраструктуры под новый источник питания и насколько он (источник), в конце концов, долговечен, надёжен и выгоден в использовании. Ответы на эти вопросы дадут не раньше чем через пять-семь лет — именно за этот срок учёные обещают представить первые коммерческие варианты новой технологии.