В Красноярске предложили дешёвый метод создания ядерных батареек

Российские учёные разработали технологию, делающую создание источников энергии на радиоактивном никеле-63 проще и дешевле.

Результаты работы опубликованы в издании Journal of Physics: Conference Series.

Радиоизотопные источники энергии (РИТЭГи) получают энергию за счёт распада радиоактивных изотопов. Такая "батарейка" может работать десятилетиями без какого-либо участия человека. Поэтому ими оснащают, например, зонды, отправляющиеся в дальний космос.

Один из изотопов, использующихся в РИТЭГах – никель-63. Его период полураспада составляет примерно сто лет, что делает источник питания долговечным. При этом бета-излучение этого изотопа задерживается оболочкой устройства и потому не представляет опасности для здоровья человека.

"Такие батарейки можно использовать в разных сферах промышленности, в том числе для военных и космических приложений. Особенно такая технология актуальна для медицины. Сейчас люди, которые носят кардиостимуляторы, в качестве источника энергии постоянно держат при себе сумку-батарею, что неудобно. Ядерная батарея способна иметь тот размер, при котором её можно вшивать в тело человека", - отмечает Наталья Евсевская из Института химии и химической технологии Красноярского научного центра (КНЦ) СО РАН.

Однако создать ядерную батарейку не так легко. Помимо высокой цены на изотоп никеля, проблемой остаётся способ его нанесения на подложку - основу батареи.

Известны электрохимический и магнетронный методы покрытия. Первый чреват побочными процессами, которые могут значительно снижать мощность батареи, а второй требует сложного и дорогостоящего оборудования.

Учёные КНЦ СО РАН совместно с коллегами из Сибирского государственного университета науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнёва и Сибирского федерального университета предложили использовать для нанесения никеля на подложку новый метод. Он позволит сделать процесс производства РИТЭГов намного легче, быстрее и дешевле.

Технология основана на химическом восстановлении ионов металла из раствора. Подобные реакции известны давно, но ещё никто не пытался применять их для создания ядерных батарей на основе изотопа никеля.

«Этот метод ещё не применялся для таких целей. Но мы решили использовать его для отработки нанесения излучающих покрытий», – рассказывает Евсевская.

Более того, в качестве подложки учёные предложили использовать вместо кремния обычную алюминиевую фольгу. На такой материал никель осаждается из раствора эффективнее, чем на кремний.

К тому же фольгу легко обрабатывать. А если возникнет необходимость переделать некачественные образцы, алюминий можно просто растворить в щелочи. При этом дорогостоящий изотоп, нанесённый на его поверхность, не будет утерян.

Сам процесс также оказался довольно простым. В термостойкий стакан наливается раствор с изотопом никеля. Небольшие образцы фольги помещают в раствор и кипятят при температуре около ста градусов. В результате на подложку из алюминиевой фольги выпадает слой восстановленного металла. Основной плюс этого подхода состоит в том, что его можно проводить в обычных условиях, без использования дорогостоящего оборудования.

«Были опасения, что при таком способе покрытия из электролита вместе с никелем на подложку будет переходить небольшая примесь фосфора. Но мы показали, что добавка фосфора не вредит покрытию, а наоборот, его упрочняет и не влияет на желаемые свойства», – говорит Евсевская.

Поясним, что исследователи опробовали данный метод на нерадиоактивных изотопах никеля. Дело в том, что радиоактивные и нерадиоактивные атомы одного элемента имеют одинаковые химические свойства. По этой причине стабильные изотопы можно использовать в качестве безопасной модели никеля-63.

"Этот способ покрытия перспективен для получения ядерных батареек, которые могут работать около ста лет без дополнительной подзарядки" - резюмирует Евсевская.