Китай розробив мініатюрну ядерну батарею з терміном служби понад 5000 років

Дослідники Північно-Західного педагогічного університету Китаю спільно зі спеціалістами компанії Gansu Zhulong Technology розробили ядерну батарею нового покоління під назвою Qianjiyuan Tianshu. Пристрій працює на радіоактивному ізотопі вуглецю-14 і використовує напівпровідниковий перетворювач із карбіду кремнію власного китайського виробництва. За словами розробників, нова батарея суттєво перевершує попередню модель за ефективністю, потужністю та рівнем локалізації виробництва.

Радіоізотопні батареї виробляють електрику за рахунок енергії, що вивільняється під час природного радіоактивного розпаду ізотопів. На відміну від звичайних хімічних акумуляторів із терміном служби кілька років, такі джерела живлення можуть функціонувати десятиліттями, століттями й навіть тисячоліттями залежно від використаного радіоактивного матеріалу. Саме тому їх давно застосовують у космічній техніці: NASA використовувало подібні батареї на апаратах Voyager ще з 1977 року, а також на марсоході Curiosity, що працює на Марсі з 2012 року. Китай теж встановлював радіоізотопні батареї на своїх місячних апаратах «Чане‑3» і «Чане‑4».

Попередня розробка тієї самої дослідницької групи — батарея Candle Dragon‑I (Zhulong‑1) — з’явилася у 2024 році. Керівник проєкту Су Маоґень пояснює: попередні покоління таких батарей мали низьку потужність, погано інтегрувалися в різні пристрої та коштували дорого у виробництві. Нова версія отримала п’ять ключових вдосконалень: ефективнішу пару «джерело випромінювання — перетворювач», тривимірну багатошарову конструкцію для економії простору, вбудовану систему керування наднизьким енергоспоживанням та інтегровані датчики, що забезпечують повністю автономну роботу без зовнішнього живлення.

За розмірами пристрій займає лише близько 16,8 кубічного сантиметра — трохи більше за один кубічний дюйм. При активності вуглецю-14 у 129 мілікюрі батарея виробляє струм 0,713 мікроампера, напругу 2,06 вольта та максимальну потужність 1,13 мікровата. Принцип роботи принципово відрізняється від термоелектричних систем, де тепло від розпаду перетворюється на струм: тут бета-частинки, тобто електрони від розпаду вуглецю-14, безпосередньо потрапляють на напівпровідник із карбіду кремнію та генерують електричний струм. За аналогією це нагадує сонячну панель, але замість світла використовується радіоактивне випромінювання.

Незважаючи на те що фізичні розміри вдалося зменшити лише приблизно на 17%, об’ємна щільність потужності зросла майже у 15 разів порівняно з Zhulong‑1. Кількість радіоактивного матеріалу скоротилася приблизно до 22% від попереднього рівня, тоді як вихідна потужність збільшилася у 2,6 раза без погіршення стабільності роботи та вихідної напруги.

Головна перевага пристрою пов’язана з фізичними властивостями вуглецю-14: його період напіврозпаду становить 5730 років, тому батарея здатна зберігати працездатність протягом кількох тисячоліть, поступово й украй повільно втрачаючи потужність. Такі характеристики роблять технологію ідеальною для автономних датчиків, медичних імплантатів, промислової електроніки та космічних апаратів, де заміна джерела живлення практично неможлива.

Розробники переконані, що подальше вдосконалення технології дозволить створювати потужніші радіоізотопні джерела живлення для космічних місій, систем моніторингу довкілля, медичної техніки та промислової автоматики. Нова батарея є частиною масштабної китайської програми зі створення компактних і потужних радіоізотопних джерел живлення для застосування не лише в космосі, а й у різних галузях промисловості.

Источник: noworries.news