Аккумулятор, который не нуждается в зарядке более 30 лет: США хотят добиться этого с помощью материала, который никто не захотел бы иметь рядом.

27/09/2026 12:30

Обновлено до

27/09/2026 12:30

Поддержание работоспособности определенных устройств в течение многих лет без замены их батарей по-прежнему представляет собой сложную задачу для аэрокосмической промышленности и систем наблюдения, установленных в отдаленных районах. Солнечные панели не всегда являются приемлемым решением, а химические батареи имеют ограниченную емкость, особенно в устройствах, которые должны функционировать непрерывно. Для решения этой проблемы Соединенные Штаты исследуют технологию, способную генерировать электроэнергию в течение десятилетий с использования материала, который обычно требует контролируемого хранения.

Эта инициатива финансируется DARPA — исследовательским агентством Министерства обороны США — на сумму 3,37 миллиона долларов и реализуется при участии Государственного университета Морган. Под названием SYMPHONEE проект направлен на создание ядерной батареи, которая будет использовать излучение стронция-90 для долгосрочного питания электронных устройств. Основная особенность такой батареи заключается в том, что ей не требуется перезарядка для продолжения выработки электроэнергии, хотя её разработке всё ещё предстоит преодолеть значительные технические и безопасностные проблемы.

Стронций-90 позволяет генерировать электроэнергию без использования внешних источников питания

Технология, над которой работает американский консорциум, называется бетавольтаикой и использует полупроводники для преобразования энергии определённых радиоактивных излучений в электрический ток. Когда бета-частицы проходят через эти материалы, они передают часть своей энергии и создают электрические заряды, которые можно использовать с помощью электрической цепи. Принцип её работы схож с принципом фотовольтаической ячейки, за исключением того, что ей не нужен солнечный свет, поскольку энергия поступает от самого процесса распада радиоактивного материала.

Стронций-90 представляет особый интерес для этого применения, поскольку период его полураспада составляет примерно 29 лет — за это время его радиоактивность сокращается вдвое. Кроме того, его превращение в итрий-90 приводит к образованию ещё одного радиоактивного элемента, который также излучает бета-частицы перед тем, как превратиться в стабильный цирконий. Такая цепь распада позволяет использовать источник энергии в течение длительного времени, хотя выработка электроэнергии постепенно снижается со временем и не гарантирует постоянной мощности на протяжении всего срока службы устройства.

Возможные области применения этой технологии связаны с устройствами, которым требуется низкое электрическое питание, но оно должно быть стабильным в течение особенно длительных периодов времени. К ним относятся научные приборы, установленные в труднодоступных местах, датчики наблюдения, определенные подводные системы и устройства, используемые в космических миссиях. Однако увеличение количества доступной энергии по-прежнему остается одним из основных ограничений бетавольтных аккумуляторов, мощность которых в коммерческих приложениях обычно находится в диапазоне нановатт или микроватт.

Соединенные Штаты хотят увеличить мощность этих аккумуляторов, но все еще существуют значительные препятствия.

Программа DARPA «Rads to Watts» ставит себе в качестве одной из целей достижение плотности мощности свыше 10 ватт на килограмм — этот показатель позволит расширить сферы применения таких устройств. Ранее проведённые исследования уже показали, что возможно увеличить производство электроэнергии путём сочетания радиоактивных материалов и полупроводников. Более того, в статье, опубликованной в Scientific Reports, была предложена батарея мощностью один ватт, состоящая из 35 модулей, в которых слои стронция-90 толщиной 45 микрометров чередуются с кремниевыми диодами для использования энергии испускаемых частиц.

Результаты исследования показали коэффициенты преобразования от 16% до 19%, хотя в экспериментах для имитации радиоактивных излучений использовался ускоритель электронов. Следовательно, эти данные не доказывают наличие батарей на основе стронция-90, способных сохранять такую эффективность в течение десятилетий.

Безопасность также будет определяющим фактором для любого коммерческого или военного применения этой технологии, поскольку стронций-90 представляет угрозу для здоровья при попадании в организм и может накапливаться в костях из-за своей химической структуры, схожей с кальцием. Для извлечения его из ядерных отходов требуются процессы разделения и очистки, а также соответствующие системы упаковки и защиты для предотвращения контакта с материалом и его случайного высвобождения.