Китайские ученые и инженеры официально представили проект радиоизотопного источника питания нового поколения под названием «Цяньцзюань Тяньшу» (Qianjiyuan Tianshu). Разработку осуществила группа специалистов Северо-Западного педагогического университета совместно с коммерческой структурой Gansu Zhulong Technology. Новое устройство базируется на использовании изотопа углерод-14 ($^{14}C$) и полупроводникового преобразователя из карбида кремния ($SiC$). По заявлениям разработчиков, технология демонстрирует значительный рост энергоэффективности по сравнению с предыдущим прототипом 2024 года («Candle Dragon-I») и обладает расчетным сроком службы в несколько тысяч лет.

Физика вечного тока: как работает бета-вольтаика

Принцип действия «Цяньцзюань Тяньшу» кардинально отличается от классических радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ). Если традиционные РИТЭГ преобразуют в электричество тепловую энергию, выделяющуюся при распаде радиоактивных веществ, то новое китайское устройство использует бета-вольтаический принцип.

В основе технологии лежит прямой захват электронов (бета-частиц), высвобождаемых при распаде изотопа, полупроводниковой матрицей. Это формирует направленный электрический ток. Физический алгоритм работы устройства можно сравнить с фотоэлектрическими панелями: если в солнечных батареях энергию генерируют кванты света, то в «Цяньцзюань Тяньшу» источником энергии выступают ионизирующие частицы.

Технические характеристики и компактность

Инженерам удалось создать устройство с впечатляющими показателями плотности мощности при минимальных габаритах. Благодаря применению трехмерной многослойной архитектуры, общий объем элемента был уменьшен на 17% по сравнению с плоскими аналогами, а удельная плотность мощности выросла примерно в 15 раз.

Ключевые параметры прототипа выглядят следующим образом:

  • Геометрический объем: 16,8 см³
  • Активность изотопного источника ($^{14}C$): 129 мКи (4,773 × 10⁹ Бк)
  • Выходное напряжение: 2,06 В
  • Сила тока: 0,713 мкА
  • Пиковая мощность: 1,13 мкВт
  • Доля радиоактивного материала в ядре: 22%

Мощность генерации на единицу объема увеличилась в 2,6 раза без потери вольтаической стабильности.

Безопасность и перспективы применения

Одним из главных преимуществ использования углерода-14 является его физическая природа. Период полураспада этого изотопа составляет около 5730 лет, что гарантирует долгосрочную автономность батареи. Кроме того, бета-излучение обладает низкой проникающей способностью. Оно полностью блокируется защитной оболочкой элемента и самим карбидокремниевым преобразователем, сводя внешний радиационный фон к естественным значениям.

Эксперты подчеркивают, что текущие показатели мощности (уровень микроватт) делают невозможным использование таких батарей для питания мощной потребительской электроники, такой как смартфоны или ноутбуки. Однако для специфических задач это решение становится революционным. Приоритетные сферы применения включают:

  • Системы глубокого космического мониторинга и телеметрии;
  • Автономные датчики для труднодоступных климатических зон или подводного дна;
  • Медицинские имплантаты (например, кардиостимуляторы), требующие многолетней работы без необходимости хирургической замены элементов питания.

Производство и регуляция

На данный момент Китай концентрирует значительные производственные мощности для синтеза изотопа $^{14}C$ и создания замкнутой цепочки выпуска полупроводников широкой запрещенной зоны. Это позволяет локализовать все этапы сборки устройства внутри страны.

Однако путь к массовому внедрению лежит через строгую сертификацию. Согласно международным стандартам МАГАТЭ, использование радионуклидных источников в гражданском секторе жестко регламентировано. Промышленное использование бета-вольтаических элементов нового типа потребует подтверждения герметичности защитных барьеров при различных механических и термических нагрузках.