Ядерные батареи, что это такое, когда появятся и стоит ли их ждать в ближайшем будущем в широком бытовом применении?
Не так давно мир всколыхнуло известие о том, что китайские ученые разработали и запустили в тестовое использование ядерную батарейку, работающую на основе изотопа никеля, способную отдавать ток на протяжении более чем 50 лет без всякой подзарядки. Давайте же разберем это «явление» поподробнее и попытаемся предсказать то, как это изменит наш мир в ближайшем будущем.
Вокруг чего случился весь шум и гам?
Ажиотаж случился вокруг китайской компании Betavolt Technology, которая из суровых недр своих высокотехнологичных лабораторий и сборочных цехов вывалила на свет божий ядерную батарейку под названием «BV100», изготовленную в виде сплющенного параллелепипеда, размеры которого – ширина и длина по 1.5 см, а высота всего 0.5 см., то есть это чудо техники может уместиться на ногте большого пальца руки взрослого человека.
Смотрится это чудо со стороны отлично. Но заявленные параметры энергоотдачи у него оставляют желать лучшего. При всем том, что батарейка эта совершенно не требует подзарядки, она способна выдавать напряжение 3 вольта при всего лишь 100-микроватной мощности.
Мы еще ниже вернемся к этим «мощностным достоинствам», но пока разберем другой вопрос, является ли это устройство «батареей» в принципе?
Отличие батареи от генератора
Говоря простыми словами, батарея – это устройство, которое может накапливать в себе энергию, чтобы в последствии ее отдавать. Но накапливает она эту энергию не из пустого места. Для того, чтобы вновь заполнить ее емкость энергией, необходимо ее подключение к другому, более мощному энергонакопителю или, как чаще всего бывает, к сети постоянного или переменного тока. То есть, это как в том же термосе с кофе: выпили кофе – термос опустел и больше не дает этого кофе. Залили в него со стороны нового кофе, и снова из него можно цедить помаленьку. Но как бы назывался термос, который сам бы мог восстанавливать в себе, пусть и не быстро, запасы кофе?
Правильно, такой термос бы уже назывался «генератором кофе». Способность что-то создавать за счет вспомогательных средств и оборудования называется «генерацией». Так же как и батарейка, которую не нужно заряжать, и которая сама воспроизводит заряд энергии, уже не является батарейкой, а становится генератором электрического тока. Нужно понимать, что на момент начала использования устройства «BV100», в нем нет такой энергетической емкости, которая была бы распределена на заявленные 50 лет работы. Но устройство вырабатывает ее со временем само, постепенно, постоянно восполняя объем посредством себя самого, то есть комплектующих расходников и деталей, включенных во внутреннее его устройство.
В случае ядерной батареи такое «восполнение энергетического запаса» создается за счет полураспада изотопа никеля-63. То есть в этом миниатюрном электрогенераторе содержится такое количество изотопа, которое обеспечивает полное восстановление емкости устройства при постоянной отдаче мощности в 100 микроватт. Именно это дает такому генератору право называться «трехвольтовым генератором 100-микроваттной мощности».
А если кому-то более комфортно называть это устройство «трехвольтовой батарейкой» - всегда пожалуйста.
Мощность генерируемой энергии ядерного генератора
Что такое микроватт? Приставка «микро» сама по себе намекает на то, что это миллионная для чего-то. В настоящем случае это миллионная доля одного ватта. Заявленная мощность батарейки «BV100» - 100 микроватт. Сократим нули и получается, что одна такая батарейка может обеспечить постоянную токоотдачу в заявленном потенциале в размере одной десятитысячной Ватта.
А теперь давайте сравнивать. Самым распространенным устройством на аккумуляторных батареях в нашей повседневной жизни сегодня является смартфон. Чтобы он работал без перебоев, ему требуется постоянная подпитка в размере от 2 до 6 ватт, в зависимости от того, какими операциями на данный момент заняты его процессоры и прочая технологическая «начинка». Давайте возьмем за среднее количество потребляемой энергии 4 Ватта.
Сколько же таких батареек будет нужно, чтобы обеспечить бесперебойную работу устройства с постоянным потреблением тока мощности 4 Ватта? Все верно, сорок тысяч. Тут уже о «размерах» речь не идет. Это окажется полноценный стационарный ядерный реактор.
Ну а о тех, кто тут же потирая руки собрался запитать от таких батареек свой электросамокат, движок которого потребляет в пиках до 1500 ватт, вообще молчим. Пока что отдыхайте, товарищи!
Не все так печально с ядерными батареями
Между тем, находятся в наше время технические устройства, которые способны полноценно функционировать и при таком небольшом энергопотреблении. Мы не будем их перечислять, но мест, где такой мощности вполне хватает – огромное количество.
Но мы сейчас поговорим не об этом. Мы поговорим о том, что спецы из Betavolt Technology не останавливаются на достигнутом. Они поставили перед собой задачу уже к концу текущего 2024 года состряпать новую батарейку, такую, в которой мощность будет уже 1 Ватт. А вот это уже устройство посерьезнее. Скомпоновав штук шесть таковых «батареек», вы можете обеспечить свой смартфон таким генератором, который будет служить вам всю жизнь. Причем, вы будете менять смартфоны по мере их технического устаревания, а вот батарейка ваша будет служить вам «вечно».
Остается только надеяться, что в такой батарейке будут использованы изотопы не вреднее никеля, а размеры устройства тоже останутся в рамках таких величин, которые не вызывали бы ухмылку на лице.
Российские разработки в этой области
Да, наши ученые из НИЯУ «МИФИ» тоже без дела не сидят. Понятно, что с течением времени с развитием технологий и нужд человечества все более начинает чувствоваться потребность в источниках бесперебойного питания, которые бы со временем либо не хотелось бы менять вовсе, либо, если и менять их, то только по истечении огромного количества времени (и зачастую – вместе с устаревшей аппаратурой). А все потому, что устройства, в которых будут использованы такие батареи, могут либо находиться в глубоком космосе, либо на подводных глубинах, то есть в труднодоступных местах, до которых добраться, чтобы «сменить батарейку» бывает очень трудно. По-большому счету такая «процедура» может оказаться либо сильно трудозатратной, либо потребует настолько больших финансовых вливаний, что легче от такого устройства отказаться вовсе. Пусть себе летает (или плавает) пока не сдохнет окончательно. Легче новое изготовить и запустить.
Но проблема в том, что и изготовление нового устройства (того же высокотехнологичного спутника или станции) может быть очень дорогостоящим. И это не говоря о доставке его в нужную локацию. Так что все равно лучше бы иметь «долгоиграющие батареи», чем каждый раз изготавливать новые устройства.
И в этой связи нашими учеными и инженерами были разработаны свои «ядерные батареи». Да, тут за «мини-размерами» никто не гонится, все ориентировано на долгую продолжительность работы в суровом климате (или вообще вне его). Привести в пример можно Северный морской путь, который желательно бы осветить спецмаяками для более безопасного по нему передвижения. Каждый такой «автоматический маяк», оснащенный разработанным в НИЯУ «МИФИ» автономным блоком питания, может работать огромное количество времени в зависимости от того, изотопы каких элементов там будут использоваться. В конечном итоге, все зависит от периода полураспада используемого элемента. У одних, таких как, например, торий, он может составлять два года, а у других, таких как америций, до четырехсот лет. Все в этом случае будет зависеть от доступности объекта и степени его надобности /необходимости.
И от того, какой мощности нужен будет источник питания. Ведь чем короче срок полураспада элемента, тем мощнее (и при надобности компактнее) будет автономный генератор электрического тока, и наоборот.
Такими автономными блоками питания уже планируется оснащать автоматические метеостанции, работающие в труднодоступных местах, автоматические датчики сейсмической и прочей активности, датчики различной телеметрии нефте- и газопроводов. Можно будет их использовать и в космосе. Да, такие устройства будут погабаритнее чем заявленная батарейка от Betavolt Technology, но в таких случаях на первом месте стоят надежность и дешевизна производства.
Опять же, в свой самокат такую батарею не впихнёшь, и не факт, что устройство будет стопроцентно безопасным для организма. Но там, где это нужно, оно будет работать на славу и как надо.
Заключение
И опять, как говорится, «вернемся к своим смартфонам». Не факт, что даже при возникновения возможности замены литий-ионных аккумуляторных блоков на вечные ядерные, компании тут же с радостью на это решатся. Такому может найтись множество причин. Корпорации неплохо навариваются на производстве таковых батарей. А так придется все это дело либо закрывать, либо переоборудовать.
Ко всему хоть батареи сами и будут безвредными, где гарантия того, что само производство будет безвредным? Да и простым обывателям будет некомфортно выкидывать устаревший смартфон, если батарея в нем может прослужить еще лет сорок.
Конечно, хорошо бы компаниям в этом плане сделать продажу смартфонов отдельно, а вечных аккумуляторов – отдельно, чтобы аккумулятор у тебя, к примеру, приобретался один и на всю жизнь, а к нему потом можно было бы покупать всего лишь техническую часть, то есть сам смартфон без батареи.
Но сколько это все займет времени? Вот в чем вопрос. Хотя наши детки до светлого будущего, освещенного ядерными батареями, может быть и доживут.
Всего вам самого наилучшего, и до новых встреч!