Ученые в США считают, что исследуемый ими способ прямой конвертации радиации в электроэнергию с помощью термоэлектрических наноматериалов откроет новую эру в космических полетах на сверхдальние расстояния и найдет свое применение при создании земных транспортных средств.
Традиционная ядерная энергетика использует энергию распада атомных ядер для нагрева теплоносителя, который, в свою очередь, нагревает воду. Вода преобразуется в пар с высокими параметрами, пар направляется в турбину, которая приводит во вращение генератор.
Естественным стремлением ученых было уменьшить число ступеней преобразования одного вида энергии в другой прежде, чем будет выработана электроэнергия. Связано это с тем, что, во-первых, на каждом этапе происходят потери энергии, во-вторых, вся технологическая цепочка занимает много места, требует габаритного и дорогого оборудования.
Начиная с первых космических полетов, США и Советский Союз начали разработки ядерных батарей для космических аппаратов. В этих устройствах применялись термоэлектрические материалы, с помощью которых тепло ядерной реакции напрямую преобразовывалось в электроэнергию. Такие установки были очень компактными, так как в них отсутствовали парогенераторы, турбины, генераторы. Но эффективность подобных устройств была крайне низка.
Журнал NewScientist сообщает, что в лаборатории Университета штата Алабама разработан термоэлектрический материал, повышающий эффективность всей технологии в 20 раз!
Материал был создан бывшим инженером национального ядерного центра Лос-Аламос - Liviu Popa-Simil, в сотрудничестве с Claudiu Muntele из университета Алабамы.
Claudiu Muntele
Новый материал представляет собой множество слоев углеродных нанотрубок, наполненных золотом и окруженных гидридом лития. Радиоактивное излучение воздействует на электроны в атомах золота и заставляет их покидать свои орбиты. Электроны проходят через нанотрубки и попадают в гидрид лития, затем они движутся к электроду, создается электрический ток.
Тесты показали, что разработанный материал способен вырабатывать в 20 раз большую электрическую мощность по сравнению с образцами известными ранее.
Нанотрубки под электронным микроскопом.
По словам одного из изобретателей, нанотрубки позволили существенно повысить удельную электрическую мощность термоэлектрика. Нанотрубки могут быть ориентированы таким образом, чтобы наиболее эффективно использовать энергию радиационного излучения.
Термоэлектрики могут стать компактными и очень удобными источниками энергии, как для космических аппаратов, так и для земных автомобилей. Но это, как признают ученые, лишь далекая перспектива. Предстоит провести еще очень много научной работы, прежде чем технология будет готова к коммерциализации.
