Искусственные алмазы могут преобразовывать ядерные отходы в источник энергии
Ученые Бристольского университета нашли способ преобразования ядерных отходов определенного вида в алмазные ядерные батареи, которые способны вырабатывать небольшой электрический ток и делать это на протяжении срока, превышающего существование человеческой цивилизации.
"Мы предполагаем, что такие батареи могут быть использованы в ситуациях, когда невозможно произвести подзарядку аккумуляторов из любых внешних источников энергии... Алмазные ядерные батареи смогут стать источником энергии для малопотребляющих электронных устройств, они смогут снабжать энергией в течение очень длительного времени высотные беспилотные летательные аппараты, космические корабли и многое другое", - рассказывает профессор Том Скотт.
Бристольская группа работала над проблемой переработки отходов одного из основных источников этих отходов в Великобритании - устаревших ядерных реакторов типа Magnox. Эти реакторы первого поколения используют графитовые блоки в качестве регуляторов скорости реакции ядерного расщепления, поглощая и замедляя нейтроны. Десятилетия пребывания в условиях высокой радиации привели к тому, что часть обычного нейтрального углерода в графите превратилась в радиоактивный изотоп углерод-14. И таких графитовых блоков скопилось сейчас в Британии в количестве более 100 тонн.
При распаде углерода-14 вырабатывается низкоэнергетическое бета-излучение, состоящее из электронов, которые не способны "пробить" уже несколько сантиметров воздуха. Тем не менее, большое количество радиоактивных графитовых блоков представляет собой опасность для окружающей среды, и вместо того, чтобы захоронить отходы, бристольские ученые нашли способ выделения из него практически всего углерода-14 и превращения этого углерода в искусственный алмаз.
Бристольские исследователи обнаружили, что большая часть углерода-14 сосредоточена внутри графитовых блоков неравномерно, естественно, большая часть радиоактивного изотопа находится в тех частях блоков, которые находились ближе всего к урановым топливным стержням. Поэтому ученые нагрели графитовые блоки с более радиоактивной стороны до температуры, когда радиоактивный углерод покинул графит в виде газа. Это газ был собран, охлажден и под высоким давлением преобразован в искусственный алмаз. Алмаз является веществом, которое под воздействием определенных видов радиоактивного излучения производит небольшой электрический ток. А в данном случае алмаз, состоящий преимущественно из радиоактивного углерода, сам является источником этой радиации. Поэтому алмазная ядерная батарея не имеет никаких движущихся частей, она поглощает создаваемую ею же радиацию и не требует никакого обслуживания.
Искусственные алмазы, изготовленные из углерода-14 достаточно радиоактивны, поэтому они облачены в слой из обычного нерадиоактивного искусственного алмаза. Этот слой удерживает бета-излучение достаточно хорошо, снижая его интенсивность практически до нуля, а высокая прочность алмаза позволяет ему выступать в роли защиты, обеспечивающей сохранность внутреннего радиоактивного ядра батареи.
Бристольские ученые уже создали первый опытный образец алмазной ядерной батареи с ядром, в составе которого находится радиоактивный изотоп никель-63. А сейчас они приступают к изготовлению такой же батареи с ядром на основе углерода-14, которая будет более эффективна, нежели никелевая батарея. Более того, из-за очень длительного периода полураспада углерода-14, батарея на его основе сможет через 5 730 лет вырабатывать половину от ее изначальной мощности.
