Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ разрабатывают модель миниатюрного радиоизотопного источника питания, который в перспективе может найти самое широкое применение — от ядерных батарей сверхмалых размеров для питания микро- и наноэлектромеханических систем до кардиостимуляторов, микро-роботов различной специализации и назначения.
Исследования свойств наноразмерных объектов вызывают в настоящее время повышенный интерес ввиду растущей тенденции к миниатюризации, особенно в области наноэлектроники. Современные достижения в сфере создания микро- и наноэлектромеханических систем, объединяющих в одном устройстве наноэлектронику и механические элементы, такие как приводы, насосы или двигатели, могут быть перспективны для использования в качестве микроскопических физических, биологических или химических датчиков. Но существуют трудности: так, одним из сдерживающих факторов массового внедрения подобных устройств является проблема создания миниатюрных источников питания.
Российские учёные исследуют возможность создания радиоизотопных, или атомных батарей. В таких источниках энергия радиоактивного распада метастабильных элементов — атомных ядер — преобразуется в электричество. Исследователи выделяют две основные сложности при разработке подобных элементов. Первой является создание собственно радиоизотопного источника микронных размеров. В настоящее время термоэлектрическое преобразование общепризнано одной из самых коротких цепочек преобразования энергии ядерного распада в электрическую, и соответственно, потенциально имеет меньшее количество источников энергетических потерь. Отсюда возникает вторая задача по проблеме исследований — создание высокоэффективного термоэлектрического материала для преобразования энергии ядерного распада в электрическую.
Модель миниатюрного радиоизотопного источника питания на основе: (I) – радиоизотопный источник микронных размеров на примере Th-228; (II) – термоэлектрический элемент на основе наноструктурированной пленки, состоящей из нанокластеров золота
Исследователи проводят работы по созданию высокоэффективного термоэлектрического материала на основе наноструктурированной плёнки, состоящей из наноразмерных кластеров металлов (~1 нм). В такой структуре отсутствует фононная передача тепла, так как фононы заперты внутри наноразмерных металлических кластеров, а в образце сохраняется близкая к металлической электронная проводимость, которая обеспечивается перколяционными эффектами. На основе наноструктурированной плёнки, содержащей наноразмерные кластеры металла, будут созданы и изучены высокоэффективные термоэлектрические преобразователи энергии альфа- и бета-распада радиоактивных ядер в электричество.
Источник:
