Учёные из Северо-Западного педагогического университета в Ланьчжоу, провинция Ганьсу, сообщили о создании атомной батарейки на изотопе углерод-14 (¹⁴C). Батарея рассчитана на 50 лет работы без снижения выходного напряжения и может использоваться для питания кардиостимуляторов, космических аппаратов и устройств, работающих в экстремальных условиях.

Источник изображений: Northwest Normal University in Gansu

Разработчики заявляют, что это первая созданная в Китае батарея на изотопе ¹⁴C, и она может существенно изменить ситуацию в сфере автономного питания в стране. До недавнего времени Китай импортировал углерод-14 из Канады, Южной Африки, Австралии и России. Однако в прошлом году китайские исследователи наладили собственное производство этого изотопа на одном из местных реакторов, что позволит отказаться от дорогостоящих закупок за рубежом.

Максимальная выходная мощность батареи достигает 433 нановатт. В процессе радиоактивного распада ¹⁴C образуются электроны и позитроны. Электроны улавливаются полупроводниковыми переходами на границе с радиоактивным материалом, благодаря чему возникает электрический ток.

Изотоп углерод-14 накапливается в мёртвой органике и широко используется для радиоуглеродного датирования. Его период полураспада составляет 5730 лет. Согласно расчётам, китайская батарея на ¹⁴C за 50 лет работы потеряет лишь 5 % мощности. Это означает, что теоретически она сможет непрерывно питать автономные устройства 100 лет и более, что особенно важно для дальних космических миссий.

В лабораторных условиях учёные протестировали работоспособность батареи при охлаждении до -100 °C и нагреве до 200 °C. Во всех случаях атомная батарея обеспечивала номинальный уровень тока и работала без сбоев. В ходе испытаний источник питания более четырёх месяцев непрерывно обеспечивал работу светодиодной лампы.

В разработке атомной батарейки учёным помогали специалисты компании Beita Pharmatech, которая использует углерод-14 для изготовления препаратов научного и медицинского назначения. На основе полученного опыта сотрудники университета планируют создать роботизированную линию для промышленного производства атомных батареек.

Изотоп углерод-14 относительно безопасен для человека. Атомные батарейки на его основе могут на протяжении всей жизни питать имплантаты и кардиостимуляторы, тогда как современные источники питания рассчитаны лишь на 15 лет работы. Китайские учёные не единственные, кто стремится использовать ¹⁴C в подобных разработках. В конце 2024 года появилась информация о схожем проекте британских исследователей.

Исследователи из Университета штата Огайо предложили перспективный способ утилизации радиоактивных отходов, который может одновременно решить две задачи: безопасное обращение с опасными материалами и создание источников питания с длительным сроком службы.

Источник изображений: Optical Materials: X 2025

Сегодня радиоактивные отходы хранят в специальных условиях, что требует значительных затрат и сложной инфраструктуры. Однако такие отходы могут служить источником энергии для автономных систем.

Известно, что при взаимодействии гамма-излучения с определёнными материалами возникает явление сцинтилляции — спонтанного свечения. Высокоэнергетические фотоны возбуждают электроны в атомах, переводя их в возбужденное состояние. Возвращаясь в исходное состояние, электроны испускают фотоны, которые можно преобразовывать в электрический ток с помощью фотоэлектрических ячеек.

Учёные предложили использовать радиоактивные отходы в качестве источника гамма-излучения. Также можно улавливать «дикое» гамма-излучение от работающих атомных реакторов, например, на АЭС. Ключевая задача — разработка эффективной батареи, объединяющей вещество-сцинтиллятор и фотоэлектрическую ячейку. Исследователи из Огайо создали такой прототип.

Опытный образец объёмом 4 см³ содержал кристаллы сцинтиллятора и фотоячейку на основе теллур-кадмиевого диода Шотки (CdTe). В качестве источника гамма-излучения использовали изотопы цезия-137 или кобальта-60 — распространённые компоненты радиоактивных отходов.

Испытания в лаборатории ядерных реакторов Университета штата Огайо показали многообещающие результаты. Батарея на основе цезия-137 вырабатывала 0,288 мкВт, а с более мощным кобальтом-60 — до 1,5 мкВт, чего достаточно для питания миниатюрных датчиков.

Эта технология открывает новые возможности для переработки ядерных отходов, превращая их из проблемы в источник энергии. «Мы собираем то, что обычно считается отходами, и превращаем это в ценность», — отмечают разработчики.

Однако учёные признают, что технология пока далека от массового внедрения. Основные сложности связаны с масштабированием производства и повышением выходной мощности батарей. Тем не менее исследования продолжаются, и в будущем такие устройства могут стать важным шагом в развитии автономных энергетических систем.

Увеличение мощностей ЦОД для расширения вычислительной базы для искусственного интеллекта упёрлось в недостаток электрической энергии. Быстро и много энергии может дать только атомная отрасль. Но есть проблема — своего атомного топлива у западных стран в необходимом объёме нет, и долго не будет. Отсутствие быстрого решения взвинтило на цены на обогащённый уран более чем в три раза за три последних года и это не предел.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

Источники сообщают, что стоимость единицы работы разделения (ЕРР, англ. Separative Work Unit, SWU) урана выросла с $56 до $190. Этот показатель отражает затраты на получение топливного изотопа радиоактивного вещества. В эту величину входят стоимость добычи и переработки, а ограничение источников сырья ведёт к дефициту и повышению цен.

По данным аналитиков Berenberg, в 2023 году из России в США поступало 27 % обогащённого урана. Введение санкций и условие полностью прекратить поставки с 2028 года стимулировало рост цен на уран. Самостоятельно западные страны могут перерабатывать уран в топливо во Франции, США и Канаде. Однако эти мощности ограничены, и обеспечить все потребности в краткосрочной перспективе они не смогут.

«У нас просто недостаточно конверсии и обогащения на западе, и именно поэтому цена так резко изменилась. Эта цена будет только расти», — пояснил Ник Лоусон (Nick Lawson), исполнительный директор инвестиционной группы Ocean Wall.

По мнению аналитиков, сокращение доступности уранового топлива может привести к росту цен на немедленную доставку. Казатомпром, государственная горнодобывающая компания Казахстана и крупнейший в мире производитель урана, недавно предупредил, что добыча ниже, чем ожидалось.

«Мы всё чаще видим, что казахстанское сырьё будет поступать в Китай и Россию, и всё меньше его будет уходить на запад, — сказал Андре Либенберг (Andre Liebenberg), исполнительный директор урановой инвестиционной компании Yellow Cake, зарегистрированной в Лондоне. — Мы легко можем увидеть сокращение предложения в среднесрочной перспективе просто из-за отсутствия новых проектов, которые могут быть быстро запущены в эксплуатацию».

Эту ситуацию разогревает спрос владельцев ЦОД на атомную электроэнергию, который не собирается угасать. Так, в прошлом году и AWS, и Microsoft подписали соглашения о получении электроэнергии от атомных электростанций. Кроме того, Meta✴ запустила «запрос предложений» по выявлению потенциальных разработчиков решений в ядерной энергетике для создания 1,4 ГВт новых ядерных генерирующих мощностей по всей территории США. Компания готова рассматривать буквально любые варианты.

Операторы центров обработки данных также поддержали идею малых модульных реакторов (SMR), поскольку они обещают быструю отдачу. В прошлом году Amazon Web Services (AWS) подписала три сделки по атомной энергетике в США, включая соглашение с Energy Northwest, консорциумом государственных коммунальных служб, которое позволит создать четыре передовых SMR.

Кроме того, Google объявила о сделке на 500 МВт с поставщиком SMR-услуг Kairos Power. Компания ожидает, что первый из шести или семи реакторов, предусмотренных соглашением, будет введён в эксплуатацию в 2030 году. Иными словами, возникшему дефициту противопоставляются планы и намерения, которые не гарантируют результат, а лишь обещают его в будущем. И всё это опирается на новые и непроверенные практикой технологии. Нетрудно представить, что цены на урановое топливо будут расти завидными темпами не менее пяти, а то и значительно более лет.

Углерод-14 является одним из природных радиоактивных изотопов и широко используется для радиоуглеродного анализа. Время его полураспада составляет 5700 лет. Примерно столько и даже дольше сможет работать атомная батарейка на его основе, которую изобрели учёные из Великобритании.

Источник изображения: University of Bristol

В процессе радиоактивного распада ¹⁴C образуются электроны и позитроны — это так называемая бетавольтаика. Это явление давно и широко используется при изготовлении радиоизотопных элементов питания. Электроны улавливаются полупроводниковыми переходами, примыкающими к границе зоны рядом с радиоактивным материалом, а дальше всё как в обычных солнечных панелях, только без фотонов — через переходы начинает течь электрический ток.

Подобные элементы питания выдают микроватты мощности, но и такое нужно во многих сферах. Условно вечные батарейки смогут питать имплантаты, что перестанет беспокоить пациентов с позиций необходимости периодической замены источников питания, а также электронику без обслуживания — маяки, радиометки, датчики и микрозонды в космосе. Одним словом, спрос на атомные батарейки есть и он растёт.

Инновацией учёных из Бристольского университета (University of Bristol) и Управления по атомной энергии Великобритании (UKAEA) стала разработка технологии искусственного создания алмазной оболочки вокруг изотопа, для чего использовалось плазменное напыление. Алмаз является нейтральным, что необходимо для установки таких батарей в тело человека для питания имплантатов.

Для человека излучение изотопа ¹⁴C будет безопасным, поскольку этот элемент является вторым в организме после калия-40 источником остаточного излучения. Собственно накопление ¹⁴C всей существующей на Земле органикой позволяет использовать его для радиоуглеродного датирования древностей. Но это уже другая история.

Крупнейшее в мире сертификационное общество — Lloyd's Register — опубликовало отчёт о перспективах перехода суперъяхт на атомные силовые установки. Этого требует климатическая повестка и здравый рассудок, считают в ассоциации, которая задаёт тон судопроизводству и судоходству во всём мире. Военно-морской флот ведущих стран свыше 70 лет используют атомные силовые установки на подводных лодках, так что это проверенная временем и безопасная технология.

Яхта Проекта 821 на водородных топливных ячейках. Следующая атомная? Источник изображений: Feadship

Очевидным эффектом от перехода на атомную энергию в сфере элитного яхтинга станет прекращение парниковых выбросов от сжигания двигателями яхт дизельного топлива. Острота проблемы подчёркивается тем, что небольшая, в общем-то, прослойка сверхбогатых граждан на суперъяхтах вносит значительный вклад в увеличение температуры Земли. Но, как отмечают в отчёте аналитики Lloyd's Register, выгод от перевода яхт на атомные силовые установки заметно больше одной.

Во-первых, атомный привод и запас топлива для него будут занимать на яхте ощутимо меньше места, чем запас дизельного топлива и соответствующая силовая установка. Даже оснащение яхт новомодными водородными ячейками и запасом сжатого водорода не избавляет от необходимости содержать дизельную установку и запас топлива для длительных переходов. Освобождение пространства на яхтах от запасов дизеля и двигателей предоставит больше места для удобств пассажирам.

Во-вторых, атомное топливо на основе урана может десятилетиями вырабатывать мощность без замены. С учётом опыта подводных лодок, перезагрузка может потребоваться раз в 30 лет. Это даёт возможность не только экономить на затратах на топливо в долгосрочной перспективе (в краткосрочной оно будет дороже заправки дизелем), но также обеспечит свободное передвижение по всем морям и океанам без необходимости куда-то заходить на дозаправку.

«Атомная энергия обладает потенциалом для таких же преобразований в судоходстве, как переход от дерева к железу или от парусов к пару, — сказал Энгель-Ян де Бур (Engel-Jan de Boer), директор мирового яхтенного сегмента Lloyd's Register, в пресс-релизе. — В отличие от альтернативных видов топлива, которые могли бы служить прямой заменой традиционным системам, работающим на мазуте, атомная энергетика представляет собой фундаментальный сдвиг, который может изменить яхтинг класса люкс».

Вопрос, на который необходимо ответить, заключается в том, когда яхты должны перейти на такую силовую установку. Согласно отчёту, владельцы яхт разделились во мнениях относительно того, следует ли вносить эти изменения до конца десятилетия или внедрять их в течение более длительного периода после того, как разрабатываемые технологии достигнут определенной зрелости. Например, когда начнётся сертификация и внедрение малых модульных реакторов. В любом случае, создаётся впечатление, что появление атомных силовых установок для яхт — лишь вопрос времени.

Westinghouse Electric выполнила операции, необходимые для начала массового производства передовых атомных микрореакторов eVinci. Она подала пакет документов в Комиссию по ядерному регулированию США (NRC), чтобы ускорить одобрение заявки на начало массового производства установок. По планам Westinghouse, уже к началу 2030 года в мире будет установлено множество микрореакторов компании, которые помогут обеспечить климатические изменения.

Источник изображений: Westinghouse Electric

Компактные атомные реакторы должны стать более предпочтительной альтернативой строительству полномасштабных атомных энергоблоков. Малые реакторы — это почти как батарейки. Они легко заменяются на новые или простым образом перезагружаются, поскольку достаточно компактные, чтобы поместиться в стандартный транспортный контейнер для отправки на завод по восстановлению и обратно. Разовой загрузки безопасным ядерным топливом хватит на более чем 8 лет работы реактора, после чего его можно будет заменить на такой же, либо загрузить в него новое топливо.

Внешний диаметр микрореактора Westinghouse eVinci — меньше 3 м. Обслуживающий реактор комплекс строится в кратчайшие сроки — за год или меньше на скромной площади около 8000 м². Всё располагается на поверхности с минимальным числом обслуживающего персонала, которому не будет требоваться особая квалификация. Большую часть работы будет делать автоматика. Задача людей — следить за общей обстановкой на площадке.

Микрореактор eVinci — это предельно простая конструкция, не имеющая движущихся частей. Тепло от распада ядерного топлива передаётся монолитной стальной станине, от которой оно пассивно отводится с помощью тепловых трубок, заполненных щелочными металлами. Почти как в случае охлаждения процессора кулером на тепловых трубках. Затем тепло утилизируется в генераторе электричества и в системе обогрева помещений. Возможность аварии и утечки радиоактивного вещества сведена к минимуму или даже вовсе исключена.

Тепловая мощность реактора eVinci достигает 15 МВт. Его электрическая мощность составляет 5 МВт. Это источник тепла и электричества для небольших городков, удалённых военных баз, ЦОД, геологических партий и удобный буфер для электростанций на возобновляемых источниках энергии. При разработке микрореактора компания Westinghouse использовала «космические» технологии и также рассчитывает, что реакторы eVinci или его последователи продолжат работу за пределами атмосферы Земли — на Луне, Марсе и в открытом космосе.

Но космос — это следующий этап. Пока Westinghouse намерена захватить значительную долю рынка микрореакторов на Земле. Есть договорённости о размещении этих установок в Канаде и в Восточной Европе. Дело за малым — получить необходимый пакет документов от национального регулятора. Поданный на днях регулятору «Предварительный отчет о проекте безопасности» (PSDR) для микрореактора eVinci стал важной вехой на пути к коммерциализации этой установки. Дальше будет разрешение и начало производства установок, которые должны быстро появиться во многих частях нашей планеты.

—

То или иное использование энергии ядерного распада для длительного получения электрической энергии — не новость. Новостью станет эффективное преобразование радиации в электричество, что особенно важно в свете ураганного распространения подключённых к интернету микродатчиков. На этот раз удивили китайские учёные. Они представили фотоэлектрическую ядерную батарейку, которая оказалась в 8000 раз эффективнее предыдущих разработок.

Источник изображения: Kai Li

Энергия радиоактивного распада может превращаться в электричество напрямую с помощью ряда полупроводников, производить нагрев и выводить электричество с помощью термоэлементов, а также способна возбуждать фотоны, с помощью которых можно вырабатывать электричество с фотоэлементов. Китайские исследователи из Университета Сучжоу воспользовались последним способом, развив идею от светящихся циферблатов часов до улавливания фотонов от подобных материалов миниатюрными фотопанелями.

Учёные создали полимерный кристалл и поместили в него немного америция. После этого рукотворный кристалл стал светиться призрачным зелёным светом. Такое свечение будет продолжаться десятилетиями, что делает источник питания на его основе условно вечным для практического использования. Учёные разместили поверх светящегося кристалла тонкоплёночный фотоэлемент и запаковали всё в кварцевое стекло для предотвращения утечек радиации вовне.

КПД такой ядерной батарейки составил скромные 0,889 %, но исследователи утверждают, что это значение в 8000 раз больше, чем у предыдущих аналогичных разработок. Сотни часов тестирования элемента показали, что он стабильно выдавал 139 мкВт на 1 кюри (единицу радиоактивности). Из таких элементов может получиться очень и очень долговечная ядерная батарейка для решения широкого спектра задач на Земле и в космосе.

Отчет о состоянии мировой атомной промышленности (WNISR) за 2024 год, составленный немецким специалистом Майклом Шнайдером (Mycle Schneider), говорит о значительном превосходстве установленных солнечных электростанций над атомными. Несмотря на всю поднятую вокруг возрождения мирного атома шумиху, новых реальных проектов АЭС совсем немного, тогда как солнечная энергетика развивается очень и очень стремительно.

Этап строительства атомного энергоблока. Источник изображения: Hullernuc, Wikimedia

В отчёте WNISR указано, что по состоянию на 2024 год в мире насчитывается 408 действующих атомных реакторов, которые в середине года выдавали суммарно 367 ГВт электроэнергии. Это более чем в пять раз меньше установленных мощностей на солнечных электростанциях, совокупная мощность которых приближается к 2 ТВт (по прогнозу — 1,9 ТВт на конец июня). При этом необходимо понимать, что солнечные электростанции работают с перерывами и с разной эффективностью в светлое время суток. Поэтому реальная выработка в солнечной энергетике будет, очевидно, меньше.

Тем не менее солнечные мощности растут впечатляющими темпами и явно продолжат опережать атомную энергетику. В отчёте показано, что атомная энергетика остаётся ниже уровней 2019 и 2021 годов. В текущем году хоть и стало на один блок АЭС больше, но количество энергоблоков всё ещё остаётся на 30 меньше, чем в 2002 году, когда был отмечен пик по одновременно действующим реакторам. За прошедший год добавилось всего 0,3 ГВт атомных мощностей, что является довольно скромным показателем.

Интересно, но в стране с одним из самых больших количеством реакторов — в США — в 2024 году не подано ни одной заявки на строительство полномасштабного реактора. Заявка подана только на малый модульный реактор Билла Гейтса Natrium, который пока даже не получил лицензию от регулятора. Также от строительства новых блоков в этом году воздержались ОАЭ и Бразилия.

В отчёте также говорится, что только в прошлом году в Беларуси, Китае, Словакии, Южной Корее и США было введено в эксплуатацию пять новых ядерных реакторов общей мощностью 5 ГВт, и добавляется, что этого небольшого роста было недостаточно для увеличения действующих ядерных мощностей в мире, поскольку еще пять электростанций общей мощностью 6 ГВт были закрыты в Германии, Бельгии и на Тайване.

«За два десятилетия, в 2004–2023 годах, было 102 запуска и 104 закрытия, — отмечается в отчёте. — Из них 49 запусков были в Китае, где не было закрыто ни одного реактора. В результате за пределами Китая за тот же период произошло резкое чистое снижение на 51 реактор, а чистая мощность сократилась на 26,4 ГВт».

Авторы отчёта также сообщают, что на конец июня в 13 странах строилось 59 атомных станций мощностью 60 ГВт, что сопоставимо с 64 проектами в 2023 году. На долю Китая приходится около 46 % от общего числа строящихся 27 проектов.

«Все строящиеся реакторы, по крайней мере, в девяти из 13 стран столкнулись с задержками, часто на год, — заявили авторы отчёта. — Из 23 реакторов, задокументированных как отстающие от графика, по меньшей мере, для 10 сообщалось об увеличении задержек, а о 2 реакторах сообщалось как о первых задержках за последний год».

По словам аналитиков, ключевым моментом является анализ доминирующей роли Китая и России. С декабря 2019 года и до середины 2024 года в мире было начато 35 строительных работ, 22 в Китае и 13 осуществлялись в различных странах Россией.

«Больше ничего, нигде и никем, — говорит автор исследования. — Но даже в единственной стране, которая ведёт массовое строительство [реакторов], Китае, развитие ядерной энергетики сравнительно незначительно. В 2023 году Китай запустил один новый ядерный реактор, то есть плюс 1 ГВт, и более 200 ГВт только солнечной энергии. Солнечная энергия вырабатывает на 40 % больше энергии, чем ядерная, а все не гидроэнергетические возобновляемые источники энергии — в основном ветер, солнце и биомасса — вырабатывают в 4 раза больше энергии, чем ядерная».

Авторы приходят к выводу, что, несмотря на распространенное мнение о том, что ядерная энергетика набирает обороты, она становится «неактуальной» на мировом рынке. «Использование солнечной энергии и накопителей может изменить правила игры для адаптации политических решений к текущим промышленным реалиям», — добавляют они.

Как доказали Эйнштейн и последующие наблюдения, время неотделимо от пространства и гравитации. Часы будут «тикать» с разной скоростью на Земле, Луне и в открытом космосе. Чем легче небесное тело, тем быстрее идут на нём атомные часы — инструмент не только для ориентации людей во времени, но также мерило задержки сигнала и опора для ориентации в пространстве. Для космоса нужен свой подход, что стало поводом для создания особого стандарта времени.

Источник изображения: techspot.com

Проблематикой занялся Национальный институт стандартов и технологий США (NIST). Как известно, под руководством NASA разворачиваются этапы программы Artemis по возвращению человека на Луну, включая создание там баз постоянного присутствия. Атомные часы на естественном спутнике Земли каждые сутки убегают вперёд на 56 мкс. «Лунные» часы можно было бы синхронизировать с атомными часами на Земле — технически это легко достижимо. Однако в NIST посчитали такой подход неоправданным. Будет проще ввести лунную зону времени и использовать её для определения времени и работы систем позиционирования на поверхности и орбитах Луны. При подлёте к Луне достаточно будет один раз перевести часы и забыть о проблеме.

Установление единого лунного времени необходимо, прежде всего, для создания лунного GPS. Это позволит совершать высокоточные посадки с погрешностью в несколько метров. Такая возможность будет особенно важна для освоения южного полюса Луны, где очень сложный рельеф, и благодаря ему в вечной темноте кратеров может оставаться водяной лёд.

В перспективе новый космический стандарт времени может быть использован для работ на Марсе и в открытом космосе, а также глубоко в Солнечной системе. Но пока на повестке дня стоит освоение Луны. В ближайшие два десятка лет там станет достаточно оживлённо, особенно на орбите. Единая система отсчёта времени будет нужна там как воздух, чтобы все станции и спутники были на «одной волне» и не рисковали столкнуться.

Учёные Объединённого института лабораторной астрофизики (JILA, США) построили самые точные на сегодняшний день атомные часы — если запустить их на время, вдвое превышающее текущий возраст Вселенной, они собьются лишь на одну секунду. Это поможет улучшить навигационные сервисы и помочь в исследовании вызванных гравитацией искажений в течении времени на малых расстояниях.

Источник изображения: nist.gov

Принцип работы атомных часов основан на подсчёте колебаний атомов — это крайне предсказуемые события. Например, атомы цезия-133 совершают 9 192 631 770 колебаний в секунду, и с 1967 года это используется для официального определения секунды. Атомные часы на основе этого элемента сбиваются на одну секунду за 300 млн лет.

Учёные JILA построили атомные часы, которые намного точнее. Проект основан на нескольких разработках, которые исследователи создали за последние годы. В приборе используются атомы не цезия, а стронция, которые колеблются 429 трлн раз в секунду; а измерения производятся при помощи не микроволн, а видимого света, волна которого имеет более высокую частоту.

Десятки тысяч атомов стронция заключаются в мягкую «световую решётку», которая помогает значительно повысить точность атомных часов, потому что отсутствуют два источника ошибок: влияние лазерного излучения и столкновения атомов друг с другом. В результате точность прибора составляет 8,1 единицы к 10 квинтиллионам. Другими словами, такие часы дадут сбой на одну секунду, проработав 30 миллиардов лет — это более чем вдвое превосходит текущий возраст Вселенной.

Такая высокая точность поможет, например, улучшить работу систем связи и спутниковой навигации. Она окажется полезной и в физических исследованиях: гравитация способна искажать скорость течения времени, и данный прибор способен отметить эту разницу на расстоянии толщиной с один волос.

Калифорнийская компания Infinity Power сообщила, что успешно разработала очень мощную и долговечную атомную батарейку, использующую электрохимическое преобразование радиоизотопной энергии. Общая эффективность атомного источника питания превысила 60 %, тогда как КПД всех созданных ранее атомных батареек составлял единицы процентов. Это откроет новую главу в атомных системах питания, уверен разработчик и рассказал о поддержке властей США.

Источник изображения: Infinity Power

«По сравнению с другими радиоизотопными методами преобразования энергии с низким КПД (<10 %), это самый высокий уровень общей эффективности, когда-либо достигнутый, — сказано в пресс-релизе компании. — Это показывает, что предстоящий коммерческий выпуск радиоизотопных источников питания следующего поколения вселяет огромные надежды».

Новый изотопный источник питания разработан при поддержке Министерства энергетики США. Устройство можно масштабировать от нановаттной до киловаттной мощности, обеспечивая питанием широчайший спектр электроники от имплантируемых в тело человека медицинских приборов до снабжения энергией отдалённых баз, включая космические.

Высокая эффективность преобразования распада изотопов в электрическую энергию означает, что радиоактивного материала нужно будет меньше и его выбор не так ограничен, как в случае современных полупроводниковых радиоизотопных источников питания. «Крошечное устройство в виде ячейки «монетка» может обеспечивать десятки милливатт энергии более 100 лет», — утверждает разработчик. Это на два порядка больше энергии, чем в случае представленной в начале 2024 года китайской атомной батарейки такого же масштаба.

«Наши цели — способствовать успешному запуску этого открытия и начать новую главу в истории революционных решений для атомных накопителей энергии», — заявил генеральный директор Infinity Power Чжэ Квон (Jae Kwon).

Американская некоммерческая организация «Союз заинтересованных ученых» (UCS) провела анализ топлива HALEU или металлического высокопробного низкообогащённого уранового топлива, которое рассматривается в США в качестве основного для реакторов АЭС нового поколения. Как выяснилось, топливо HALEU легко превращается в оружие — атомные бомбы, эквивалентные по мощности боеприпасам, сброшенным на Хиросиму и Нагасаки. Это должно заставить ещё раз всё взвесить.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Перспективные реакторы в США должны быть значительно меньше современных вплоть до внедрения компактных решений. Это означает, что в качестве топлива должны использоваться радиоактивные материалы с большим процентом обогащения. Сегодня топливо для АЭС обогащается до 5 %. Перспективное топливо HALEU обогащается до 20 % и более. Анализ UCS показал, что для создания атомной бомбы «уровня Хиросимы» достаточно топлива HALEU с обогащением 12 %. Вся необходимая для создания бомбы литература есть в свободном доступе (откуда её также брали аналитики UCS). На изготовление уйдёт от 7 до 10 дней.

Топливо HALEU как-то само собой попало в перечень исключений в руководства и правила по ограничению ядерных вооружений. Сегодня оно не подлежит такому же строгому контролю, как оружейный плутоний или высокообогащённый уран. Между тем, всего-то надо взять в 10–15 раз больше HALEU, чтобы получить ядерный оружейный компонент не хуже, чем в случае использования оружейного. Если будет достаточно линий по переработке HALEU в оружейный компонент, то за неделю вполне можно управиться.

Организация рекомендует пересмотреть правила контроля и информирования надзорных органов в случае краж или иных потерь топлива HALEU. Также рекомендуется пересмотреть проекты перспективных атомных реакторов, чтобы снизить требования к уровню обогащения топлива HALEU ниже 12 %. Сегодня топливо HALEU в США поставляет в основном Россия (по разным оценкам не менее 95 %). В США пытаются за счёт субсидий развернуть производство собственного топлива такого типа. Оно достаточно скоро потребуется, например, для реактора Terra Power, субсидируемого Биллом Гейтсом. Его постройка начнётся в этом месяце и продлится до конца 2030 года. Регулировать обращение опасного топлива необходимо начинать уже сейчас.

Молодая китайская компания из Пекина сообщила, что вскоре будет готова выпустить атомный источник питания для электроники. С его помощью дроны будут летать сколь угодно долго, смартфоны никогда не разрядятся, а роботы с ИИ заживут собственной жизнью. И всё бы хорошо, только мы уже не раз слышали о таких батареях, но всё ещё не видим их в живой природе.

Источник изображения: Betavolt

Компания Betavolt утверждает, что созданный ею 3-вольтовый прототип атомной батарейки меньше монеты будет работать 50 лет. Размеры элемента составляют 15 × 15 × 5 мм, а выдаваемая им мощность равна 100 мкВт (0,0001 Вт). Батарея якобы уже передана клиентам для изучения, а по-настоящему мощный 1-Вт элемент будет представлен в 2025 году. Сообщается, что аккумулятор будет полностью безопасным, так как на него не будут влиять температура воздуха и другие факторы. Также отмечается, что проблем с утилизацией быть не должно — к концу эксплуатации почти все радиоактивные элементы попросту распадутся.

Эта разработка, как и множество других подобных в США, России и в других странах, использует источник изотопов, который выделяет энергию при радиоактивном бета-распаде. У таких батарей низкий КПД на уровне единиц процентов, но работать они могут десятилетиями, поэтому, например, нашли применение в качестве бортовых систем питания межпланетных станций, которые направляются вглубь Солнечной системы.

Пригодные для использования в массовой электронике портативные прототипы атомных бета-гальванических батарей безуспешно пытаются создать в США, России и не только. Они безопасны, но достаточной для работы тех же смартфонов мощности ещё никто из разработчиков не выжал. Китайская Betavolt тоже этого не сделала и обещает революцию завтра, а не сегодня. Хотелось бы в это верить.

В основе атомной батарейки Betavolt используется изотоп никель-63 и алмазные полупроводники. В процессе радиоактивного распада он превращается в изотоп медь-64. В природе изотопа никель-63 не существует. Он получается в специальных ядерных реакторах, поэтому цена 1 г изотопа запредельная. Явно не для батареек смартфонов.

ЦОД Microsoft используют огромное количество электроэнергии, поэтому для достижения климатической нейтральности компании требуются чистые источники энергии. Развитие крайне энергоёмкого ИИ значительно усугубляет проблему. Microsoft считает, что ядерные реакторы следующего поколения могут обеспечить энергией её ЦОД и помочь в реализации амбиций в области ИИ. Сейчас компания ищет человека, который «возглавит проектные инициативы по всем аспектам инфраструктуры ядерной энергетики для глобального роста».

Источник изображения: unsplash.com

Ядерная энергетика не создаёт выбросов парниковых газов. Тем не менее, это может открыть ящик Пандоры в случае аварий, не говоря уже об утилизации радиоактивных отходов и сложности логистических цепочек поставок урана. Роль ядерной энергетики в борьбе с изменением климата до сих пор горячо обсуждается, хотя соучредитель Microsoft Билл Гейтс (Bill Gates) давно является большим поклонником этой технологии.

Microsoft планирует развивать направление малых модульных реакторов (SMR). В отличие от своих гораздо более крупных предшественников, SMR значительно проще и дешевле строить. Гейтс является основателем и председателем TerraPower, разрабатывающей проекты SMR, но у компании «в настоящее время нет никаких соглашений о продаже реакторов Microsoft».

Для справки, последний на сегодняшний день крупный ядерный реактор, который будет введён в эксплуатацию в США после семи лет задержек, обошёлся бюджету в более чем $17 млрд. SMR должны обходиться как минимум на порядок дешевле.

Комиссия по ядерному регулированию США недавно впервые сертифицировала проект SMR, что может открыть совершенно новую главу в ядерной энергетике. Основным препятствием к быстрому внедрению SMR является потребность в большем количестве высокообогащённого уранового топлива (HALEU), чем для традиционных реакторов, основным мировым поставщиком которого до сих пор была Россия.

США предпринимают усилия по созданию внутренней цепочки поставок урана, но этому препятствуют активисты с территорий, расположенных вблизи урановых рудников и заводов. Кроме того, до сих окончательно не решён вопрос утилизации ядерных отходов.

Microsoft стремится диверсифицировать свои источники электроэнергии, в частности уже заключена сделка по покупке кредитов на чистую энергию у канадской коммунальной компании Ontario Power Generation, которая собирается развернуть сеть SMR в Северной Америке. Microsoft также планирует в будущем приобретать электроэнергию у компании Helion, которая разрабатывает проект термоядерной электростанции. Одним из сторонников Helion является генеральный директор OpenAI и разработчик ChatGPT Сэм Альтман (Sam Altman).

В отличие от классических ядерных реакторов, генерирующих большое количество радиоактивных отходов, термоядерный реактор может стать реальным источником чистой энергии, благодаря другому принципу работы. К сожалению большинство экспертов уверены, что до создания работающей термоядерной электростанции осталось ещё как минимум несколько десятилетий, а проблемы изменения климата актуальны уже сегодня.

NASA объявило, что генеральным подрядчиком по проектированию, созданию и испытаниям демонстрационной ракеты с атомным двигателем выбрана компания Lockheed Martin. Кроме неё в проекте участвует целый ряд компаний, включая BWX Technologies, которая проектирует атомный тепловой двигатель. Задачей Lockheed Martin станет собрать всё это в виде демонстрационной ракеты и запустить в космос уже через четыре года.

Источник изображения: DARPA

Атомный тепловой двигатель подразумевает разогрев рабочего тела энергией деления ядер. Чаще всего рассматривается разогрев водорода, который может быть в жидком или газообразном состоянии. Атомные тепловые двигатели обещают оказаться от двух до пяти раз лучше по тяге, чем современные химические ракетные двигатели, и они в десятки тысяч раз мощнее, чем электрические двигатели на ионной тяге. Например, с помощью ракеты на атомном двигателе NASA рассчитывает в два раза сократить доставку астронавтов на Марс, что сохранит им здоровье во время полёта в пустоте с сильнейшей радиацией.

Компания Lockheed Martin будет отвечать за интеграцию двигателя и других компонентов в ракету, за проектирование ракеты и изготовление демонстратора, а также за запуск демонстратора в 2027 году. Проектированием атомного теплового двигателя занимается компания BWX Technologies. Ранее для этих целей NASA и DARPA заключали контракты с компаниями Blue Origin, Gryphon Technologies и General Atomics.

Добавим, все контракты и проекты ведутся в целях программы DRACO (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations), представленной DARPA в 2020 году. У военных США большие планы относительно атомных ракетных двигателей. В частности, такие «долгоиграющие» двигатели необходимы для постоянного патрулирования военными США пространства Земля-Луна. К 2030 году и позже ожидается оживлённое движение кораблей в области до и за Луной, и армия США надеется присутствовать там в полном объёме, чтобы гарантировать безопасность научных и коммерческих миссий.

«Сотрудничество с DARPA и компаниями коммерческой космической отрасли позволит нам ускорить разработку технологий, необходимых для отправки людей на Марс, — сказала заместитель администратора NASA Пэм Мелрой (Pam Melroy). — Эта демонстрация станет важнейшим шагом на пути к достижению наших целей по доставке экипажа в дальний космос с Луны на Марс».

NASA выделяет до $300 млн на реализацию проектов по программе DRACO. В эту сумму входят затраты на проектирование и разработку ядерного двигателя в размере до $250 млн, а также технический надзор и экспертиза со стороны сотрудников агентства.