Батарея на тысячи лет: китайские учёные создали ядерный источник питания размером меньше спичечного коробка

Устройство объёмом 16,8 см³ вырабатывает энергию за счёт радиоактивного распада и способно работать без обслуживания тысячи лет — полупериод распада углерода-14 составляет 5 730 лет, пишет New-Science. По сравнению с предыдущей моделью объёмная плотность мощности выросла почти в 15 раз. Для Казахстана — крупнейшего в мире производителя урана и страны, планирующей собственную АЭС, — технология открывает интересный вопрос: можно ли использовать радиоактивные изотопы из отечественного ядерного цикла для подобных устройств?

Суть коротко

• Батарея Qianjiyuan Tianshu — второе поколение разработки команды Су Маогэня. Первая версия (Zhulong-1) вышла в 2024 году. Устройство полностью изготовлено с применением китайских технологий.
• Размер — около 16,8 см³, что лишь немного превышает объём одного кубического дюйма. При этом объёмная плотность мощности выросла почти в 15 раз по сравнению с предыдущей моделью.
• Выходные параметры: ток 0,713 мкА, напряжение 2,06 В, максимальная мощность 1,13 мкВт — при активности углерода-14 129 мКи.
• Принцип работы аналогичен солнечной панели: бета-частицы от распада C-14 попадают на полупроводник из карбида кремния и напрямую создают электрический ток — без тепловой конверсии.
• Срок службы — тысячи лет благодаря периоду полураспада C-14 в 5 730 лет. Целевые применения: автономные датчики, медицинские имплантаты, космическая техника, промышленная электроника.

Ядерная батарея — не то, что вы думаете

Словосочетание «ядерная батарея» вызывает ассоциации с реактором или оружием. На деле это принципиально другое: компактное устройство, в котором энергия естественного радиоактивного распада изотопа напрямую превращается в электричество — без горения, без цепной реакции, без деления тяжёлых ядер.

Такие источники питания давно используются в космосе: NASA применяло их на аппаратах Voyager, запущенных ещё в 1977 году, и они работают до сих пор. Китай использовал аналогичные батареи на лунных миссиях «Чанъэ». Новизна разработки — не в самом принципе, а в радикальном улучшении параметров при резком уменьшении размеров.

Как работает и почему это не опасно

В отличие от большинства существующих радиоизотопных батарей, где тепло распада преобразуется в электричество через термоэлемент, новая разработка использует прямое преобразование. Бета-частицы — электроны, испускаемые при распаде углерода-14, — попадают непосредственно на полупроводник из карбида кремния и создают электрический ток. Это как солнечная панель, только источник излучения — не солнце, а изотоп.

Углерод-14 выбран не случайно. Он испускает бета-излучение низкой энергии — оно задерживается тонким слоем материала и не представляет радиационной опасности за пределами корпуса. При этом период полураспада в 5 730 лет обеспечивает практически неизменную мощность на протяжении сотен человеческих жизней.

Рост на порядок при том же объёме

Ключевые цифры прогресса: при уменьшении размеров всего на 17% новое устройство обеспечивает плотность мощности в 15 раз выше предыдущей версии. Количество радиоактивного материала сокращено до 22% от прежнего уровня, а выходная мощность при этом выросла в 2,6 раза.

Достигнуто это за счёт нескольких решений: трёхмерная многослойная конструкция экономит пространство, новый полупроводник из SiC собственного китайского производства повышает КПД конверсии, а встроенная система управления с ультранизким потреблением позволяет устройству работать полностью автономно.

Для чего это нужно — и для чего не нужно

Батарея Qianjiyuan Tianshu не заменит смартфонный аккумулятор или тяговую батарею электромобиля: её мощность — 1,13 микроватта — это в миллион раз меньше, чем нужно для зарядки телефона. Но именно такая мощность идеальна для устройств, которым нужны микроватты на протяжении десятилетий без единого обслуживания.

Имплантируемые кардиостимуляторы — сегодня их меняют каждые 5–10 лет из-за разряда батареи, что требует повторных операций. Датчики в труднодоступных местах — под землёй, под водой, в арктических условиях — где замена батареи физически невозможна. Космические зонды, уходящие за пределы Солнечной системы. Системы мониторинга критической инфраструктуры, которые должны работать без вмешательства человека.

Казахстанский контекст

Для Казахстана эта новость пересекается сразу с несколькими стратегическими направлениями. Страна добывает около 43% мирового урана, а в рамках планируемой АЭС и программы Pax Silica заявила амбицию выйти за пределы экспорта сырья в технологические переделы ядерного цикла.

Углерод-14 производится в ядерных реакторах при облучении азота нейтронами — то есть наличие реактора открывает возможность производства изотопа внутри страны. Это не завтрашний день, но и не научная фантастика: при наличии АЭС и соответствующей изотопной инфраструктуры производство радиоизотопных батарей могло бы стать одним из высокотехнологичных продуктов казахстанского ядерного цикла.

Авторский вывод

Батарея размером с кубик сахара, работающая тысячи лет без обслуживания, — это не фантастика и не отдалённое будущее. Это рецензируемая разработка, прошедшая лабораторные испытания и получившая конкретные числовые характеристики. Рынок применений невелик в штуках, но огромен по ценности — медицина, космос, критическая инфраструктура. Казахстан с его ядерными амбициями и урановой базой имеет все основания отслеживать это направление не как постороннее, а как потенциально своё.