Акумулятор, який не потребує підзарядки протягом понад 30 років: США хочуть досягти цього за допомогою матеріалу, який ніхто не хотів би мати поблизу

27/09/2026 12:30

Оновлено на

27/09/2026 12:30

Підтримання робочого стану певних пристроїв протягом багатьох років без заміни їхніх акумуляторів залишається складною проблемою для аерокосмічної промисловості та систем спостереження, встановлених у віддалених районах. Сонячні панелі не завжди є життєздатним рішенням, а хімічні акумулятори мають обмежену ємність, особливо у пристроях, які мають працювати безперервно. Щоб вирішити цю проблему, Сполучені Штати досліджують технологію, здатну генерувати електроенергію протягом десятиліть за допомогою матеріалу, який зазвичай потребує контрольованого зберігання.

Ця ініціатива отримала фінансування у розмірі 3,37 мільйона доларів від DARPA – дослідницького агентства Міністерства оборони США – та реалізується під керівництвом Державного університету Моргана. Під назвою SYMPHONEE проект має на меті створити ядерну батарею, яка буде використовувати випромінювання стронцію-90 для тривалого живлення електронних пристроїв. Його основною особливістю є те, що він не потребує підзарядки для продовження виробництва електроенергії, хоча його розробка все ще має подолати значні технічні та безпекові виклики.

Стронцій-90 дозволяє генерувати електроенергію без залежності від зовнішнього джерела енергії

Технологія, яку досліджує американський консорціум, називається бетавольтаїкою та використовує напівпровідники для перетворення енергії певних радіоактивних випромінювань у електричний струм. Коли бета-частинки проходять крізь ці матеріали, вони передають частину своєї енергії та створюють електричні заряди, які можна використати за допомогою електричного кола. Її принцип роботи схожий на принцип фотовольтаїчного елемента, за відмінністю у тому, що їй не потрібне сонячне світло, оскільки енергія походить від самої дезінтеграції радіоактивного матеріалу.

Стронцій-90 є особливо цікавим для цього застосування, оскільки його період напіврозпаду становить близько 29 років — проміжок часу, протягом якого його радіоактивна активність зменшується вдвічі. Крім того, його перетворення на ітрій-90 створює другий радіоактивний елемент, який також випромінює бета-частинки перед тим, як перетворитися на стабільний цирконій. Цей ланцюг розпаду дозволяє отримувати тривале джерело енергії, хоча виробництво електроенергії поступово зменшується з часом та не гарантує постійної потужності протягом усього терміну служби пристрою.

Можливі сфери застосування цієї технології стосуються пристроїв, яким потрібне мінімальне електроживлення, але постійне протягом особливо довгих періодів часу. До них належать наукові інструменти, розташовані в недоступних місцях, датчики спостереження, певні підводні системи та пристрої, що використовуються у космічних місіях. Однак збільшення кількості доступної електроенергії залишається однією з основних обмежень бетавольтаїчних акумуляторів, потужність яких у комерційних застосуваннях зазвичай становить від кількох нановатів до мікроватів.

Сполучені Штати хочуть збільшити потужність цих акумуляторів, але все ще існують значні перешкоди.

Програма DARPA Rads to Watts ставить собі за мету досягти щільності потужності понад 10 ват на кілограм – цей показник дозволить розширити сфери застосування таких пристроїв. Попередні дослідження вже показали, що можливо збільшити виробництво електроенергії шляхом поєднання радіоактивних матеріалів та напівпровідників. Дійсно, дослідження, опубліковане в Scientific Reports, пропонує батарею потужністю один ват, складену з 35 модулів, у яких шари стронцію-90 товщиною 45 мікрометрів чергуються з кремнієвими діодами для використання енергії випромінюваних частинок.

У дослідженні було зафіксовано ефективність перетворення в межах від 16% до 19%, хоча для тестів використовувався прискорювач електронів для імітації радіоактивних випромінювань. Тому ці результати не доводять наявності акумулятора зі стронцієм-90, здатного підтримувати таку продуктивність протягом десятиліть.

Безпека також буде визначальною фактором для будь-якого комерційного чи військового застосування цієї технології, адже стронцій-90 становить ризик для здоров’я, якщо потрапляє в організм, і може накопичуватися в кістках через свою хімічну схожість із кальцієм. Його вилучення з ядерних відходів вимагає процесів розділення та очищення, а також належних систем упакування та захисту для запобігання впливу на людей та випадковому вивільненню матеріалу.