Вчені планують створення дивного джерела енергії з допомогою штучних алмазів

Однією з головних проблем 21-го століття є проблема утилізації відходів ядерних електростанцій, які, як правило, відправляються на тривале зберігання в спеціально призначені для цього сховища.

Однак, до складу відходів ядерних електростанцій входить досить велика кількість радіоактивних ізотопів, які необхідні для їх використання в промисловості і медицині, крім цього деякі з ізотопів містити велику кількість укладеної в них енергії.

І вчені-фізики і хіміки з Брістольського університету знайшли спосіб перетворення тисяч тонн ядерних відходів певного виду в свого роду алмазні ядерні батареї, які здатні виробляти нехай невеликий електричний струм, але робити це протягом строку, що перевищує строк існування людської цивілізації.

Брістольський група працювала над проблемою переробки відходів одного з основних джерел цих відходів у Великобританії – застарілих ядерних реакторів типу Magnox, які, відпрацювавши вже по половині століття, починають списуватися і замінюватися більш сучасними реакторами.

Ці реактори першого покоління використовують графітові блоки в якості регуляторів швидкості реакції ядерного розщеплювання, поглинаючи і сповільнюючи нейтрони.

Десятиліття перебування в умовах високої радіації призвели до того, що частина звичайного нейтрального вуглецю в графіті перетворилася на радіоактивний ізотоп вуглець-14. І таких графітових блоків накопичилося зараз в Британії в кількості понад 100 тонн.

При розпаді вуглецю-14 виробляється низькоенергетичне бета-випромінювання, що складається з електронів, які не здатні "пробити" вже кілька сантиметрів повітря. Тим не менш, велика кількість радіоактивних графітових блоків являє собою небезпеку для навколишнього середовища, і замість того, щоб поховати все це "добро", брістольські вчені знайшли спосіб виділення з нього практично всього вуглецю-14 і перетворення цього вуглецю в штучний алмаз.

Брістольські дослідники виявили, що більша частина вуглецю-14 зосереджена всередині графітових блоків нерівномірно, природно, велика частина радіоактивного ізотопу знаходиться в тих частинах блоків, які перебували ближче всього до уранових паливних стержнів.

Тому вчені нагріли графітові блоки з більш радіоактивної боку до температури, коли радіоактивний вуглець покинув графіт у вигляді газу. Це газ був зібраний, охолоджений і під високим тиском перетворений в штучний алмаз.

Алмаз є речовиною, яка під впливом певних видів радіоактивного випромінювання робить невеликий електричний струм. А в даному випадку алмаз, що складається переважно з радіоактивного вуглецю, сам є джерелом цієї радіації. Тому алмазна ядерна батарея не має ніяких рухомих частин, вона поглинає створювану нею ж радіацію і не вимагає ніякого обслуговування.

Штучні алмази, виготовлені з вуглецю-14 достатньо радіоактивні, тому вони вдягнені в шар із звичайного нерадіоактивного штучного алмазу. Цей шар утримує бета-випромінювання досить добре, знижуючи його інтенсивність практично до нуля, а висока міцність алмазу дозволяє йому виступати в ролі захисту, що забезпечує збереження внутрішнього радіоактивного ядра батареї.

Брістольські вчені вже створили перший дослідний зразок алмазної ядерної батареї з ядром, у складі якого знаходиться радіоактивний ізотоп нікель-63. А зараз вони приступають до виготовлення такої ж батареї з ядром на основі вуглецю-14, яка буде більш ефективна, ніж нікелева батарея.

Більш того, з-за дуже тривалого періоду напіврозпаду вуглецю-14, батарея на його основі зможе через 5 730 років виробляти половину від її початкової потужності. "Ми припускаємо, що такі батареї можуть бути використані в ситуаціях, коли неможливо провести підзарядку акумуляторів з будь-яких зовнішніх джерел енергії" – розповідає професор Тому Скотт (Tom Scott), – "Діамантові ядерні батареї зможуть стати джерелом енергії для малопотребляющих електронних пристроїв, вони зможуть постачати енергією протягом дуже тривалого часу висотні безпілотні літальні апарати, космічні кораблі і багато іншого"