Диамантените батерии, направени от ядрени отпадъци, набират скорост

Две компании искат да произвеждат диаманти от ядрени отпадъци, които могат да се използват като батерии. Което звучи добре – но докато едната изтъква приложения, които изглежда са подходящи за тази технологията, другата говори за приложения, които изглеждат несъвместими с възможностите ѝ.

Преди 7 години учени от Бристолския университет обявиха, че са направили прототип на батерия, като са превърнали ядрени отпадъци в диамант. Теоретично технологията би могла да осигури начин за справяне с част от проблема с ядрените отпадъци, като същевременно предостави енергиен източник, по-подходящ за определени нужди от всички алтернативи. Те създадоха компания, наречена Arkenlight… но имат и конкурент – NDB, с много по-големи амбиции.

Ядрените електроцентрали произвеждат различни радиоактивни изотопи. Мечтата те да се използват като нов вид гориво за реактори, макар и технически възможна, се оказа много по-трудна и скъпа от очакваното. Същото важи и за безопасното им дългосрочно съхранение.

Един от най-сложните изотопи в тази комбинация – въглерод-14, чийто период на полуразпад е повече от 5700 години – се произвежда от графитните пръти, използвани за контрол на скоростта на реакцията, като техният въглерод-12 се трансформира в силно облъчената среда. Дълго време след като по-непосредствено притеснителните стронций-90 и цезий-137 изчезнат в отпадъците, все още ще трябва да измислим какво да правим с въглерод-14, но ако Arkenlight и NDB постигнат своето, този материал ще се превърне от боклук в съкровище.

През 2016 г. екип, ръководен от професор Том Скот, доказа, че радиоактивният въглерод може да се нагрее, за да се превърне в газ и да се кондензира в изкуствени диаманти. Смисълът им не е да изглеждат красиви, а защото при разпадането на въглерод-14 до азот-14 той освобождава електрони под формата на бета-радиация. Ако диамантите са подходящо легирани (изкуствено въвеждане на несъвършенства), а не са от чист въглерод, може да се създаде ток, който да се насочи към проводници, свързани с камъка.

С други думи, източник на електроенергия, който ще продължи хиляди години.

Екипът на Скот също поставя диаманта с въглерод-14 в диамант от стабилен въглерод-12, като по този начин ограничава риска радиоактивният материал да увреди всичко наоколо или самият той да бъде увреден.

Обявеният от екипа ток на час е нищожен, така че те го виждат като полезен само за ситуации, в които приоритет е да се доставя ток много дълго време. Най-очевидният пример се крие в сондите, изследващи външната част на Слънчевата система. С подобни батерии контролът на мисията на космическия кораб „Вояджър“ нямаше да се занимава с това кои инструменти да изключи, за да пести енергия.

Оттогава Arkenlight предлага още няколко идеи, при които подмяната на батерията е толкова трудна, че дълготрайността е жизненоважна, като например при мониторите във вулкана Стромболи или под океана. Те дори връщат продукта си към източника за създаването му, като го прилагат в монитор в хранилище за ядрени отпадъци.

Първоначалните версии използват никел-63 като източник на радиоактивност, но Arkenlight се надяват в крайна сметка да преминат към въглерод-14, който има потенциала да издържи още по-дълго. Колкото и необичайно да звучи, те проучват възможността да поставят подобна батерия и в човешкия мозък, за да захранва изкуствени неврони.

Забележителното е обаче, че всички тези приложения са с много малка нужда от енергия.

Компанията NDB (съкращение от Нанодиамантена батерия) твърди, че е постигнала напредък в сравнение с първоначалните изследвания, като е използвала микродиаманти около източника на радиация, за да отвежда топлината, и е изобретила допълнителни функции за безопасност. Те също така обявяват, че използват множество различни радиоактивни изотопи, а не само въглерод-14.

Съществуват обаче някои сериозни въпроси относно това дали NDB не надценяват потенциала на своя продукт. В горната част на уебсайта им има стилизирано изображение на автомобил, което предполага, че диамантите може да се използват за замяна на литиево-йонните батерии в транспорта. Главният изпълнителен директор на компанията говори за приложението на продукта също и в смартфоните. Уебсайтът им предлага продуктите им и като източник на резервна енергия в случай на прекъсвания на тока, който явно е наличен веднага.

Тук обаче има един проблем. Ако използваният изотоп е с дълъг период на полуразпад като въглерод-14, енергията ще бъде толкова малка, че захранването на смартфон ще бъде малко вероятно, а на автомобил – направо смешно, дори ако се натрупат хиляди диаманти заедно. Източниците с по-кратък период на полуразпад имат потенциал за първоначално по-голяма мощност, но тя ще намалее доста бързо и за разлика от сегашната батерия на телефона ви няма да е лесно да се презареди.

Ако NBD може да оправдае твърдението си, че батерията им „няма да се изтощи през целия живот на устройството“ за устройствата, които се нуждаят от повече от няколко миливата, те все още не са направили това обяснение публично. И това без да се взема предвид ценовата конкурентоспособност на такива продукти.