Резидент Сколково разработал технологию выделения изотопа углерода для создания «вечных» батарей

Актуальными проблемами ядерной энергетики являются вывод из эксплуатации уран-графитовых реакторов (в том числе РБМК – реактор большой мощности канальный) и эффективное обращение с радиоактивными отходами в виде облученного реакторного графита, содержащего бета-активный изотоп углерода-14 с периодом полураспада 5700 лет. Эффективное решение проблемы мировой наукой пока не найдено, а накопленные в мире объемы облученного графита составляют порядка 260 тыс. тонн.

Изотоп углерода-14 может быть использован в производстве нового типа «вечных» бета-вольтаических батарей, в основе которых лежит принцип, аналогичный термоэмиссионному преобразователю. С учетом огромного периода полураспада такая батарея утратит половину от выходной электрической мощности спустя тысячи лет.  Такие батареи могут применяться в кардиостимуляторах, нейростимуляторах, имплантируемой электронике и других высокотехнологичных устройствах.

Ионно-плазменная технология позволяет осаждать распыленные, посредством укороченного плазменного разряда в среде инертного газа аргона, атомы углерода-14 на металлическую подложку. Лабораторные испытания подтвердили эффективность этого метода, показав возможность формирования слоя углерода-14 заданной толщины, который используется в качестве катода новой бета-вольтаической батареи.

«Ионно-плазменная технология позволяет производить дезактивацию облученного реакторного графита без образования вторичных радиоактивных отходов и одновременно получать осажденный концентрат радиоуглерода-14 на металлической подложке в результате распыления поверхности графита плазмой в атмосфере аргона. 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. Таким образом, в процессе дезактивации фактически бесплатно создается 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» — отметила руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Анна Петровская, кандидат физико-математических наук, генеральный директор «ИнноПлазмаТех».

Исследование было представлено на международном уровне в рамках технического совещания МАГАТЭ «Processing Technologies for Irradiated Graphite Waste» летом 2024 года.

Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом (РНФ), опубликованы в статье издательства IEEE и включают экспериментальную верификацию физических принципов технологии и концепцию новой электрон-эмиссионной вакуумной бета-вольтаической батареи.