Резидент Сколково разработал технологию выделения изотопа углерода для создания «вечных» батарей
Компания «ИнноПлазмаТех», резидент Сколково (Группа ВЭБ.РФ), подтвердила эффективность ионно-плазменной технологии, которая дезактивирует облучённый реакторный графит и удаляет слой, содержащий повышенную концентрацию изотопа углерода-14. Этот изотоп может быть применен для создания «вечных» бета-вольтаических батарей, подходящих для кардиостимуляторов и нейроимплантов.
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, — отмечает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Анна Петровская, кандидат физико-математических наук, генеральный директор «ИнноПлазмаТех».
— 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».
Исследование было представлено на международном техническом совещании 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.