Резидент «Сколкова», компания «ИнноПлазмаТех», разработала технологию выделения изотопа углерода для создания ядерных батареек. Учёные сообщили об успешном применении ионно-плазменной технологии для обработки облученного реакторного графита. Метод сколковских учёных позволяет удалить слой, содержащий повышенную концентрацию изотопа углерода-14. Изотоп углерода-14 можно использовать для создания «вечных» бета-вольтаических батарей. Их можно применять для питания кардиостимуляторов и нейроимплантов.
Современная наука всё ещё не нашла решения проблемы вывода из эксплуатации уран-графитовых реакторов, включая РБМК (реактор большой мощности канальный). Также важно эффективно обращаться с радиоактивными отходами, в частности, с облучённым реакторным графитом, который содержит бета-активный изотоп углерода-14 с периодом полураспада 5700 лет.
Пока физики-ядерщики ищут варианты эффективного решения, объёмы облучённого графита растут, и его количество измеряется приблизительно в 260 тыс. тонн.
Учёные из «Сколкова» полагают, что изотоп углерода-14 можно применять в производстве нового вида «вечных» бета-вольтаических батарей. Принцип работы таких батарей схож с принципом работы термоэмиссионного преобразователя. Благодаря огромному периоду полураспада батарея будет терять только половину своей выходной электрической мощности через тысячи лет.Эти батареи могут найти применение в различных высокотехнологичных устройствах, таких как кардиостимуляторы, нейростимуляторы и имплантируемая электроника.
Ионно-плазменная технология позволяет нанести на металлическую подложку атомы углерода-14, распылённые с помощью короткого плазменного разряда в среде инертного газа аргона. Лабораторные испытания доказали эффективность этого метода. Тесты показали, что можно создать слой углерода-14 нужной толщины, который будет использоваться как катод в новой бета-вольтаической батарее.
Регулируя параметры разряда, можно наносить на различные металлические подложки слой углерода-14 необходимой толщины, который будет использоваться для создания нового типа источников питания – «вечных» электрон-эмиссионных вакуумных бета-вольтаических батарей. В процессе дезактивации фактически бесплатно создаётся новый полезный продукт для рынка высокотехнологичной биоэлектронной медицины и долговременных источников энергии широкого спектра назначения. Технология ионно-плазменной дезактивации запатентована нами совместно с ГК «Росатом» и АО «Концерн Росэнергоатом», также начато международное патентование.
Анна Петровская, руководитель проекта, кандидат физико-математических наук, генеральный директор «ИнноПлазмаТех»
Результаты исследования представили широкому научному сообществу на техническом совещании МАГАТЭ Processing Technologies for Irradiated Graphite Waste (Технологии переработки отходов облученного графита) летом 2024 года.
Результаты исследования, проведённого при поддержке Российского научного фонда (РНФ), опубликовали в статье издательства IEEE. В ходе работы была экспериментально подтверждена физическая основа технологии, также российские учёные предложили концепцию новой электрон-эмиссионной вакуумной бета-вольтаической батареи.
Росатом проводит испытания ядерного топлива с выгорающим поглотителем нейтронов.