Китайські вчені та інженери офіційно представили проект радіоізотопного джерела живлення нового покоління під назвою «Цяньцзюань Тяньшу» (Qianjiyuan Tianshu). Розробку здійснила група фахівців Північно-Західного педагогічного університету спільно з комерційною структурою Gansu Zhulong Technology. Новий пристрій базується на використанні ізотопу вуглецю-14 ($^{14}C$) та напівпровідникового перетворювача з карбіду кремнію ($SiC$). За заявами розробників, технологія демонструє значний ріст енергоефективності порівняно з попереднім прототипом 2024 року («Candle Dragon-I») і має розрахунковий термін служби в кілька тисяч років.
Фізика вічного струму: як працює бета-вольтаїка
Принцип дії «Цяньцзюань Тяньшу» кардинально відрізняється від класичних радіоізотопних термоелектричних генераторів (РІТЕГ). Якщо традиційні РІТЕГ перетворюють у електрику теплову енергію, що виділяється при розпаді радіоактивних речовин, то новий китайський пристрій використовує бета-вольтаїчний принцип.
В основі технології лежить прямий захоплення електронів (бета-частинок), що вивільняються при розпаді ізотопу, напівпровідниковою матрицею. Це формує спрямований електричний струм. Фізичний алгоритм роботи пристрою можна порівняти з фотоелектричними панелями: якщо в сонячних батареях енергію генерують кванти світла, то в «Цяньцзюань Тяньшу» джерелом енергії виступають іонізуючі частинки.
Технічні характеристики та компактність
Інженерам вдалося створити пристрій з вражаючими показниками густини потужності при мінімальних габаритах. Завдяки застосуванню тривимірної багатошарової архітектури, загальний об'єм елемента було зменшено на 17% порівняно з плоскими аналогами, а питома густина потужності зросла приблизно в 15 разів.
Ключові параметри прототипу виглядають наступним чином:
- Геометричний об'єм: 16,8 см³
- Активність ізотопного джерела ($^{14}C$): 129 мКі (4,773 × 10⁹ Бк)
- Вихідна напруга: 2,06 В
- Сила струму: 0,713 мкА
- Пікова потужність: 1,13 мкВт
- Частка радіоактивного матеріалу в ядрі: 22%
Потужність генерації на одиницю об'єму збільшилася в 2,6 рази без втрати вольтаїчної стабільності.
Безпека та перспективи застосування
Одним із головних переваг використання вуглецю-14 є його фізична природа. Період напіврозпаду цього ізотопу становить близько 5730 років, що гарантує довгострокову автономність батареї. Крім того, бета-випромінювання має низьку проникаючу здатність. Воно повністю блокується захисною оболонкою елемента та самим карбідокремнієвим перетворювачем, зводячи зовнішній радіаційний фон до природних значень.
Експерти підкреслюють, що поточні показники потужності (рівень мікрават) роблять неможливим використання таких батарей для живлення потужної споживчої електроніки, такої як смартфони чи ноутбуки. Однак для специфічних завдань це рішення стає революційним. Пріоритетні сфери застосування включають:
- Системи глибокого космічного моніторингу та телеметрії;
- Автономні датчики для важкодоступних кліматичних зон або підводного дна;
- Медичні імплантати (наприклад, кардіостимулятори), що потребують багаторічної роботи без необхідності хірургічної заміни елементів живлення.
Виробництво та регуляція
На даний момент Китай концентрує значні виробничі потужності для синтезу ізотопу $^{14}C$ та створення замкненого ланцюжка випуску напівпровідників широкої забороненої зони. Це дозволяє локалізувати всі етапи збірки пристрою всередині країни.
Однак шлях до масового впровадження лежить через сувору сертифікацію. Згідно з міжнародними стандартами МАГАТЕ, використання радіонуклідних джерел у цивільному секторі жорстко регламентовано. Промислове використання бета-вольтаїчних елементів нового типу вимагатиме підтвердження герметичності захисних бар'єрів при різних механічних та термічних навантаженнях.
