Chinesische Wissenschaftler und Ingenieure haben offiziell ein Projekt für eine radioisotopische Stromquelle der neuen Generation mit dem Namen „Qianjiyuan Tianshu“ vorgestellt. Die Entwicklung wurde von einer Gruppe von Spezialisten der Nordwest-Pädagogischen Universität in Zusammenarbeit mit der kommerziellen Struktur Gansu Zhulong Technology durchgeführt. Das neue Gerät basiert auf der Verwendung des Isotops Kohlenstoff-14 ($^{14}C$) und eines Halbleiterwandlers aus Siliziumkarbid ($SiC$). Laut den Entwicklern zeigt die Technologie einen signifikanten Anstieg der Energieeffizienz im Vergleich zum Vorgängerprototyp von 2024 („Candle Dragon-I“) und verfügt über eine berechnete Lebensdauer von mehreren tausend Jahren.

Die Physik des ewigen Stroms: Wie Betavoltaik funktioniert

Das Funktionsprinzip von „Qianjiyuan Tianshu“ unterscheidet sich grundlegend von klassischen radioisotopischen thermoelektrischen Generatoren (RTG). Während herkömmliche RTG die bei dem Zerfall radioaktiver Stoffe freigesetzte Wärmeenergie in Elektrizität umwandeln, nutzt das neue chinesische Gerät das betavoltaische Prinzip.

Der Kern der Technologie ist die direkte Erfassung von Elektronen (Beta-Teilchen), die bei dem Zerfall des Isotops freigesetzt werden, durch eine Halbleitermatrix. Dies erzeugt einen gerichteten elektrischen Strom. Der physikalische Arbeitsalgorithmus des Geräts kann mit Photovoltaikmodulen verglichen werden: Während in Solarzellen die Energie durch Lichtquanten erzeugt wird, sind bei „Qianjiyuan Tianshu“ ionisierende Teilchen die Energiequelle.

Technische Spezifikationen und Kompaktheit

Den Ingenieuren gelang es, ein Gerät mit beeindruckenden Leistungsdichtewerten bei minimalen Abmessungen zu schaffen. Dank der Anwendung einer dreidimensionalen mehrschichtigen Architektur wurde das Gesamtvolumen des Elements im Vergleich zu flachen Analoga um 17 % reduziert, während die spezifische Leistungsdichte etwa um den Faktor 15 gestiegen ist.

Die Schlüsselparameter des Prototyps sehen wie folgt aus:

  • Geometrisches Volumen: 16,8 cm³
  • Aktivität der Isotopenquelle ($^{14}C$): 129 mCi (4,773 × 10⁹ Bq)
  • Ausgangsspannung: 2,06 V
  • Stromstärke: 0,713 µA
  • Spitzenleistung: 1,13 µW
  • Anteil des radioaktiven Materials im Kern: 22 %

Die Leistungserzeugung pro Volumeneinheit hat sich um das 2,6-Fache erhöht, ohne dass die voltaische Stabilität beeinträchtigt wurde.

Sicherheit und Anwendungsperspektiven

Einer der Hauptvorteile der Verwendung von Kohlenstoff-14 ist seine physikalische Natur. Die Halbwertszeit dieses Isotops beträgt etwa 5730 Jahre, was eine langfristige Autonomie der Batterie garantiert. Darüber hinaus besitzt die Beta-Strahlung eine geringe Durchdringungsfähigkeit. Sie wird vollständig durch die Schutzschale des Elements und den Siliziumkarbid-Wandler selbst blockiert, wodurch die externe Strahlung auf natürliche Werte reduziert wird.

Experten betonen, dass die aktuellen Leistungswerte (im Mikrowatt-Bereich) den Einsatz solcher Batterien für die Stromversorgung leistungsstarker Consumer-Elektronik wie Smartphones oder Laptops unmöglich machen. Für spezifische Aufgaben wird diese Lösung jedoch revolutionär. Zu den prioritären Anwendungsbereichen gehören:

  • Systeme für die Überwachung und Telemetrie im tiefen Weltraum;
  • Autonome Sensoren für schwer zugängliche Klimazonen oder den Meeresboden;
  • Medizinische Implantate (z. B. Herzschrittmacher), die einen mehrjährigen Betrieb ohne chirurgischen Austausch der Stromversorgungselemente erfordern.

Produktion und Regulierung

Gegenwärtig konzentriert China erhebliche Produktionskapazitäten für die Synthese des Isotops $^{14}C$ und die Schaffung einer geschlossenen Produktionskette für Breitband-Halbleiter. Dies ermöglicht die Lokalisierung aller Montagephasen des Geräts innerhalb des Landes.

Der Weg zur massenhaften Einführung führt jedoch durch eine strenge Zertifizierung. Gemäß den internationalen Standards der IAEA ist die Verwendung von Radionuklidquellen im zivilen Sektor streng geregelt. Der industrielle Einsatz von Betavoltaik-Elementen des neuen Typs wird den Nachweis der Dichtheit der Schutzbarrieren unter verschiedenen mechanischen und thermischen Belastungen erfordern.