Новая ядерная батарея от термоядерного стартапа сможет месяцами питать устройство уровня ноутбука
Американский термоядерный стартап Avalanche Energy получил контракт на сумму 5,2 миллиона долларов на создание ядерных батарей, способных в течение месяцев питать устройство класса ноутбук.
Данный контракт является частью программы Rads to Watts, реализуемой Управлением перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA), которая нацелена на создание нового поколения компактных, устойчивых ядерных батарей с более высокой плотностью энергии.
Сами по себе ядерные батареи не являются совершенно новой концепцией. Они существуют уже много лет и даже добрались до Марса на борту марсоходов NASA Perseverance и Curiosity. Другой тип ядерных батарей используется в медицинских имплантируемых устройствах и датчиках, однако все эти устройства сталкиваются с одной и той же проблемой — низкой плотностью энергии.
Литий-ионные аккумуляторы, которые применяются повсеместно — от носимых устройств до систем накопления энергии сетевого уровня, — обладают высокой плотностью энергии, накапливая до 300 ватт-часов на килограмм. Для сравнения, ядерные батареи генерируют всего около 2 ватт-часов на килограмм, и именно эту проблему призвана решить программа Rads to Watts.
Контракт, заключенный с Avalanche, направлен на создание ядерной батареи, которая сможет питать устройство уровня ноутбука в течение нескольких месяцев. При этом сама батарея будет весить всего несколько килограммов и обеспечивать более 10 ватт энергии на килограмм веса. Это представляет собой серьезный скачок в мощности для ядерных источников питания.
Однако, учитывая, что проекты DARPA обычно ориентированы на оборонные и космические применения, эти батареи также должны быть устойчивы к воздействию экстремальных условий, таких как сверхнизкие и высокие температуры, а также радиационное облучение в космосе, где обычная электроника быстро деградирует.
Avalanche будет работать над созданием твердотельных элементов, изготавливаемых методами микрообработки, которые преобразуют альфа-частицы, испускаемые радиоактивными изотопами, в электричество (так называемые альфа-вольтаические элементы). Этот принцип во многом схож с тем, как солнечные элементы преобразуют солнечный свет в электричество. Эти элементы будут преобразовывать кинетическую энергию альфа-частиц в полезную электроэнергию, питая устройство класса ноутбук.
Avalanche протестирует эксплуатационную надежность батареи с помощью ускорителей частиц и активных радиоизотопов. Стартап также возглавит группу исследователей из Университета Юты, Калифорнийского технологического института, Лос-Аламосской национальной лаборатории и компании McQuaide Microsystems.
Поскольку Avalanche является термоядерным стартапом, участие в проекте, использующем технологию ядерного распада (а не термоядерного синтеза), может показаться противоречащим основной миссии компании. Тем не менее, лежащая в основе физика имеет прямое отношение к долгосрочному плану Avalanche по созданию портативного термоядерного устройства. В рамках данного проекта Avalanche создаст устойчивые к деградации микросхемы, которые будут использоваться в альфа-вольтаических элементах и в конечном итоге — в термоядерных устройствах.
«Контракт DARPA представляет собой критически важную веху на нашем пути к практической термоядерной энергии», — заявил Робин Лэнгтри, сооснователь и генеральный директор Avalanche Energy.
«Технологии прямого преобразования энергии, которые мы разрабатываем в рамках программы Rads to Watts, будут иметь важнейшее значение для эффективного извлечения энергии из термоядерных реакций. Мы создаем возможности сегодня, которые позволят термоядерным системам завтра обеспечить надежную, портативную энергию для оборонных, космических и коммерческих применений».
Компания также отметила, что те же самые термоядерные установки, которые производят высокоэнергетические альфа-частицы, также производят и высокоэнергетические нейтроны, а нейтроны, в свою очередь, эффективны для создания радиоизотопов, необходимых для программы Rads to Watts, формируя тем самым усиливающий маховик спроса и предложения вокруг основной термоядерной платформы Avalanche.
Avalanche уже создала свои технологические демонстраторы, но пока не достигла положительного энергетического выхода. Таким образом, компактное портативное термоядерное устройство появится еще не скоро.