Скільки місій зможе зробити дрон або супутник з акумуляторною батареєю, здатною працювати десятиліттями? А що, якщо ця батарея живитиметься ядерними відходами?
Саме такого майбутнього прагнуть вчені в рамках програми DARPA «Вати з радіації », метою якої є створення легких батарей з високою щільністю енергії. Нещодавно було укладено контракт на суму 3,37 мільйона доларів для фінансування створення життєздатного експериментального пристрою, здатного виробляти понад 10 Вт на кілограм енергії з багаторічним терміном зберігання.
"Сонячні батареї безпосередньо перетворюють сонячне світло на електрику… Наші безпосередньо перетворять радіацію на електрику", — сказав Стаффорд Шихан, генеральний директор та засновник проєкту Omega, який описує свої радіоізотопні джерела енергії як мінігенератори, які замінять традиційні батареї.
"У нас вже є кілька таких невеликих пристроїв, які працюють у звичайному режимі; ті, які спеціально розроблені для відповідності критеріям DARPA, з'являться на початку наступного року."
У програмі беруть участь кілька організацій, при цьому Університет штату Морган виступає як головний підрядник і займається фундаментальними дослідженнями, а Тихоокеанська північно-західна національна лабораторія відповідає за ядерні матеріали та випробування. Northrop Grumman та ARA забезпечать комп'ютерне моделювання, щоб переконатися, що прототип відповідає стандартам продуктивності.
У рамках проєкту "Омега" буде створено ядерний генератор енергії на основі радіоізотопу з ядерних відходів, а Widetronix розробляє напівпровідниковий перетворювач енергії. Мета – створити робочий прототип до початку 2027 року у Тихоокеанській північно-західній національній лабораторії.
Ці елементи живлення можуть бути використані в "будь-якому додатку, де розрядка батареї є проблемою", — сказав Шихан. "Наприклад, на супутниках: якщо ви втрачаєте живлення на супутнику, ви втрачаєте супутник, він зникає... якщо ваші батареї розряджаються, а у вас немає резервного джерела живлення."
Ці джерела енергії використовують ізотопи, виділені з ядерних відходів, і перетворюють радіацію безпосередньо на електрику.
"Загалом, ми беремо ядерні відходи та переробляємо їх у два продукти: один - паливо для реакторів ... інший - ізотопи для живлення, тобто ізотопи, які можна використовувати для живлення різних пристроїв", - сказав Шихан.
Радіоізотопні джерела енергії використовують у всьому, від датчиків диму до космічних систем. Але проєкт «Омега» сподівається зробити це у більших масштабах.
"На 52 реакторних майданчиках по всій країні знаходиться понад 100 000 тонн ядерних відходів; так що в цей час ядерних відходів достатньо. Федеральний уряд щороку зазнає судових позовів на мільярди доларів лише тому, що він не розв'язав проблему ядерних відходів", — сказав Шихан. "Дуже важливо мати довговічну батарею."
Енергетичні елементи проєкту «Омега» складаються з твердотілого («шматка») ізотопу, який нашаровуватиметься на напівпровідник для генерації енергії. Вони також працюють за екстремальних температур — це може бути корисно для військових операцій з використанням безпілотних систем у суворих умовах.
"Ми використовуємо ці радіоізотопні енергетичні системи в космосі вже кілька десятиліть", - сказав Шихан. "Ми просто беремо системи, які використовуємо в космосі, і використовуємо інший ізотоп" - стронцій-90, який менш небезпечний, ніж ізотопи плутонію-238, що використовуються в аналогічних системах.
Цей контракт укладено в той час, коли Пентагон стикається зі зростальним попитом та використанням безпілотних систем,
які необхідно заряджати, а також із постійною потребою у збільшенні вироблення електроенергії на полі бою.
"Протягом наступних 18 місяців програма буде зосереджена на зниженні технічних ризиків, тестуванні продуктивності системи в реалістичних умовах та отриманні даних, необхідних для визначення майбутніх шляхів розвитку та переходу", - написав представник PNNL у заяві для Defense One. "Ключові завдання включають підвищення ефективності перетворення енергії, підтвердження довгострокової надійності, управління радіаційним впливом і забезпечення безпечного обігу і розгортання."
