Ученые из университета в Рочестере (Великобритания) достигли определенного успеха в разработке нового элемента питания для электронных устройств. В основе его работы лежит преобразование энергии ядерного распада в электрический ток. Срок службы «атомной батарейки» уже на данном этапе оценивается десятилетиями. В перспективе, такой источник питания сможет работать в двести раз дольше существующих сегодня образцов.
Потребность в источниках питания для электронных устройств сегодня высока, как никогда ранее — так считает Филипп Фуше (Philippe Fauchet), профессор электротехники и вычислительной техники, один из авторов проекта. На протяжении пяти десятков лет люди решают задачу преобразования энергии простого ядерного распада в электрический ток, но до недавнего времени результаты представляли чисто академический интерес. Наконец, исследователям удалось найти способ повысить эффективность преобразования, что может привести к появлению нового типа батарей, способных производить энергию годами.
В первую очередь, проект рассчитан на те области применения, в которых источник энергии недоступен для замены и ремонта или же доступ к нему сильно затруднен. Поскольку новые батареи могут работать надежно более десятка лет без подзарядки или замены, они были бы идеальным выбором для использования в таких медицинских приборах, как стимуляторы сердца, имплантированные дефибрилляторы и другие аналогичные устройства. В настоящее время, для замены и починки батарей в таких приборах необходимо хирургическое вмешательство. Другими примерами применения «долгоиграющих» источников энергии являются космические зонды и глубоководные исследовательские аппараты.
Принцип работы, используемый в новой батарее, известен уже полсотни лет, однако, практического применения не имел, поскольку выход энергии был чрезвычайно мал. Развитие технологий позволило довести его до приемлемых величин, значительно увеличив площадь поверхности, на которой вырабатывается ток. Вместо попыток изобретения новых, более активных материалов, ученые сфокусировались на том, чтобы увеличить площадь, заменив плоскую поверхность объемной. Ток возникает, когда электроны, излучаемые радиоактивным газом, например, тритием, попадают на пластину из кремния, на поверхности которой сформирован p-n переход. Ток очень мал, скажем, заметно ниже, чем у обычной солнечной батареи, и это мешало практическому использованию батарей. Проблема состоит в том, что электроны, образующиеся в результате распада частиц газа, разлетаются во всех направлениях и только часть из них попадает на пластину. Чтобы перехватить как можно больше электронов, выделяемых в результате распада, ученые решили покрыть плоскую поверхность кремния своеобразными колодцами, каждый из которых будет заполнен радиоактивным газом. В этом случае, практически все излучение попадает на кремний и преобразуется в ток.
Колодцы имеют диаметр около одного микрона и глубину около 40 микронов. После того, как колодцы сформированы при помощи травления, на их внутренней поверхности создается p-n переход толщиной в десятую долю микрона. Результат — десятикратное увеличение тока по сравнению с плоской поверхностью. Исследователи уже работает над улучшением этого результата, полагая, что применение регулярной сетчатой структуры колодцев способно дать 160-кратное увеличение выхода энергии по сравнению с текущим результатом.
Есть все шансы, что достижение ученых дойдет до технической реализации. Во всяком случае, созданная специально американская компания BetaBatt Inc. недавно получила грант на коммерциализацию технологии от Национального научного фонда (National Science Foundation, NSF), финансировавшего также первоначальные исследования.
Источник: PhysOrg