Учёные из Университета Огайо представили прототип батареи, которая преобразует гамма-излучение продуктов деления в электричество. Устройство, объединяющее сцинтилляторные кристаллы и солнечные элементы, может стать решением для утилизации отработанного ядерного топлива и питания микроэлектроники в удалённых условиях.

В основе технологии — способность сцинтилляторов излучать при поглощении радиации. Исследователи использовали кристаллы из высокоплотных материалов, которые под воздействием гамма-лучей генерируют фотоны. Солнечные элементы затем преобразуют этот свет в электроэнергию. Прототип размером около 4 см3 протестировали в лаборатории ядерного реактора университета с двумя радиоактивными изотопами — цезием-137 (Cs-137) и кобальтом-60 (Co-60).

При облучении Cs-137 батарея вырабатывала 288 нановатт мощности. С Co-60 показатель достиг 1,5 микроватт — этого достаточно для работы миниатюрных датчиков. Хотя выходная мощность пока что невелика, авторы исследования уверены, что масштабирование технологии позволит достичь уровня ватт.

«Такие системы можно развернуть вблизи источников отработанного топлива — например, в хранилищах отходов или в космических аппаратах», — отметил руководитель проекта Раймонд Цао, профессор машиностроения и аэрокосмической техники. Устройство не содержит радиоактивных материалов, что делает его безопасным для прямого контакта, несмотря на высокую проникающую способность гамма-излучения (в 100 раз выше, чем у рентгеновских лучей).

Перспективы применения включают автономные датчики для мониторинга состояния контейнеров с отходами, энергоснабжение подводных аппаратов или лунных баз. Однако перед внедрением предстоит решить вопросы долговечности и стоимости массового производства. «Сейчас важно понять, как оптимизировать материалы и архитектуру устройства для разных сценариев использования», — добавил Цао.

Технология не предназначена для потребительского рынка, но открывает новые пути вторичного использования ядерных материалов. Учёные планируют продолжить эксперименты с другими изотопами и конструкциями, чтобы повысить эффективность и надёжность системы.