Физика в картинках

В Великобритании создали батарейку со сроком службы в 6000 лет, но есть нюансы

Бристольский университет и Управление по атомной энергии Великобритании заявили о создании "алмазной батарейки", способной обеспечивать электропитание подключённых к ней устройств на протяжении 6000 лет.

"Алмазные батарейки" - подвид атомных, а точнее, бета-вольтаических батареек, утилизирующих энергию бета-распада радиоактивных элементов, в данном случае - углерода-14. По сути это тот же процесс, в рамках которого энергия фотонов света преобразуется в электрическую энергию в солнечных батареях, но только вместо фотонов используются высвобождающиеся в процессе бета-распада электроны. Ну а в данном случае разница ещё и в том, что в качестве полупроводникового фотоэлемента используются не обычные полупроводники на основе кремния, а углеродные полупроводники, что позволяет объединить бета-вольтаический элемент и делящееся вещество в единую кристаллическую структуру.

И это всё звучит очень здорово, но есть один маленький противный нюанс: углерод-14 является радиоактивным изотопом с очень низким удельным энерговыделением. В ходе одного акта бета-распада углерода-14 выделяется примерно 156 килоэлектронвольт энергии. В одном килограмме чистого углерода-14 происходит примерно 1,7 на 10 в 14 распадов в секунду, то есть, выделяемая мощность составляет что-то около 4 ватт.

Подчеркну: это мощность распадов, реальная мощность бета-вольтаического элемента на углероде-14 будет ещё ниже. Во-первых, от 1/3 до 2/3 энергии распада уносят с собой рождающиеся в его процессе электронные антинейтрино, то есть, на кинетическую энергию электронов (а в бета-вольтаическом эффекте преобразуется в электроэнергию именно она) будет приходится лишь в среднем около половины выделяющейся энергии, что уменьшает мощность примерно до 2 ватт. Далее, бета-вольтаическое преобразование тоже обладает своим КПД - обычно он находится в районе 20 %, то есть, из этих вот 2 ватт в электричество мы преобразуем что-то около 0,4 ватта, что примерно в 3-4 раза меньше мощности обычной пальчиковой батарейки. Повторюсь: такую мощность мы получаем из 1 килограмма чистого углерода-14 (который сам по себе будет стоить около 100 миллионов долларов). Плюс - сами бета-вольтаические элементы, корпус, электроды и всё такое - короче, в итоге "алмазная батарейка" той же мощности, что обычная пальчиковая, будет весить килограммов 5, не меньше, уж не говоря о том, сколько она будет стоить.

И наоборот: элемент питания размером с обычную батарейку, будет выдавать в лучшем случае микроватты электроэнергии. Какой-нибудь маленький датчик это запитать может и позволит, но и то далеко не всякий.

Так что всё это, конечно, прекрасно, но зачем оно такое нужно - пока неясно. Хотя сама по себе тема бета-вольтаических элементов имеет место быть, и вполне пристойные мощности с помощью данного эффекта получить можно - если использовать изотопы с большим энерговыделением, вроде никеля-63, стронция-90, цезия-137 или прометия-147. Правда, срок жизни у них будет поменьше - десятилетия.

Подробнее о бета-вольтаических элементах рассказывается в видео на нашем Youtube-канале.

Помочь проекту донатом можно тут.

Разблокировать комментарии можно, оформив подписку здесь.

www.group-telegram.com/it/physiovisio.com/1813

37.6K viewsDec 7, 2024 at 16:06

В Великобритании создали батарейку со сроком службы в 6000 лет, но есть нюансы

Бристольский университет и Управление по атомной энергии Великобритании заявили о создании "алмазной батарейки", способной обеспечивать электропитание подключённых к ней устройств на протяжении 6000 лет.

"Алмазные батарейки" - подвид атомных, а точнее, бета-вольтаических батареек, утилизирующих энергию бета-распада радиоактивных элементов, в данном случае - углерода-14. По сути это тот же процесс, в рамках которого энергия фотонов света преобразуется в электрическую энергию в солнечных батареях, но только вместо фотонов используются высвобождающиеся в процессе бета-распада электроны. Ну а в данном случае разница ещё и в том, что в качестве полупроводникового фотоэлемента используются не обычные полупроводники на основе кремния, а углеродные полупроводники, что позволяет объединить бета-вольтаический элемент и делящееся вещество в единую кристаллическую структуру.

И это всё звучит очень здорово, но есть один маленький противный нюанс: углерод-14 является радиоактивным изотопом с очень низким удельным энерговыделением. В ходе одного акта бета-распада углерода-14 выделяется примерно 156 килоэлектронвольт энергии. В одном килограмме чистого углерода-14 происходит примерно 1,7 на 10 в 14 распадов в секунду, то есть, выделяемая мощность составляет что-то около 4 ватт.

Подчеркну: это мощность распадов, реальная мощность бета-вольтаического элемента на углероде-14 будет ещё ниже. Во-первых, от 1/3 до 2/3 энергии распада уносят с собой рождающиеся в его процессе электронные антинейтрино, то есть, на кинетическую энергию электронов (а в бета-вольтаическом эффекте преобразуется в электроэнергию именно она) будет приходится лишь в среднем около половины выделяющейся энергии, что уменьшает мощность примерно до 2 ватт. Далее, бета-вольтаическое преобразование тоже обладает своим КПД - обычно он находится в районе 20 %, то есть, из этих вот 2 ватт в электричество мы преобразуем что-то около 0,4 ватта, что примерно в 3-4 раза меньше мощности обычной пальчиковой батарейки. Повторюсь: такую мощность мы получаем из 1 килограмма чистого углерода-14 (который сам по себе будет стоить около 100 миллионов долларов). Плюс - сами бета-вольтаические элементы, корпус, электроды и всё такое - короче, в итоге "алмазная батарейка" той же мощности, что обычная пальчиковая, будет весить килограммов 5, не меньше, уж не говоря о том, сколько она будет стоить.

И наоборот: элемент питания размером с обычную батарейку, будет выдавать в лучшем случае микроватты электроэнергии. Какой-нибудь маленький датчик это запитать может и позволит, но и то далеко не всякий.

Так что всё это, конечно, прекрасно, но зачем оно такое нужно - пока неясно. Хотя сама по себе тема бета-вольтаических элементов имеет место быть, и вполне пристойные мощности с помощью данного эффекта получить можно - если использовать изотопы с большим энерговыделением, вроде никеля-63, стронция-90, цезия-137 или прометия-147. Правда, срок жизни у них будет поменьше - десятилетия.

Подробнее о бета-вольтаических элементах рассказывается в видео на нашем Youtube-канале.

Помочь проекту донатом можно тут.

Разблокировать комментарии можно, оформив подписку здесь.

BY Физика в картинках