Компания Rolls-Royce заявила,
что находится на завершающем этапе разработки ключевой технологии для
ядерного микрореактора, который сможет обеспечить энергией двигатели
космических кораблей и лунные базы.
Целью разработки микрореактора
является создание энергоемкого, надежного и чрезвычайно портативного источника
питания не только для долгосрочных исследовательских и научных миссий на Луне и
в дальнем космосе, но и в качестве востребованной системы для военных и
коммерческих заказчиков как для космических, так и для наземных применений.
Причина, по которой необходим ядерный реактор, заключается в том, что
традиционная солнечная энергия, топливные элементы, батареи и т. п. подходят
только на короткий срок или работают с перебоями. Они не производят достаточно
энергии, а в течение следующего столетия энергия будет нужна во все больших
количествах.
Микрореактор отличается от малого модульного реактора (SMR) тем, что
первый намного меньше, более обтекаемый и портативный. В то время
как SMR вырабатывает 0,5 ГВт энергии и требует площади, покрывающей
два футбольных поля, для всего своего оборудования, микрореактор вырабатывает
от одного до 10 МВт и достаточно мал, чтобы поместиться в кузове грузовика.
Полностью независимый от окружающей среды, микрореактор питается таблетками,
изготовленными из слоев обогащенного урана или плутония, углерода и керамики. Они
установлены в трубках в геометрическом графитовом сердечнике, который помогает
регулировать ядерную реакцию, проводить тепло от топлива и действовать как
пассивный контроль безопасности. Теплообменники делают реактор легким и
перемещают тепло туда, где его можно превратить в полезную энергию.
Эта энергия имеет множество применений, включая базы на Луне или
Марсе, питание космических станций и космических аппаратов, а также ядерные
двигательные установки. Это не только позволит отправлять миссии в дальний
космос с более крупными полезными нагрузками или более высокими скоростями, но
и позволит орбитальным спутникам быстро менять орбиты для обслуживания
спутников или защиты от враждебных действий.
Компания Oklo Inc., при поддержке Сэма Альтмана и
генерального директора OpenAI, одного из основателей ChatGPT,
представила новую ядерную микроэлектростанцию под
названием Aurora A-frame. Этот уникальный проект создан для эффективного
использования пространства и поддержания эстетического вида, что делает его
инновационным решением в сфере чистой энергии. Oklo Aurora — это
микрореактор, который разработан по принципу «запустил и забыл». Это не просто
электростанция: его мощность составляет 1,5 МВт, чего достаточно для снабжения
электричеством около 1000 домов. В отличие от реакторов малого модуля (SMR),
мощность которых обычно варьируется от 50 до 125 МВт,
микроэлектростанция Oklo имеет меньшие размеры и рассчитана на
обслуживание более узкого круга потребителей.
Микрореактор Oklo Aurora построен с упором на
безопасность и минимальное вмешательство человека. Конструкция реактора
предусматривает пассивные функции безопасности и герметичное ядро, а отсутствие
подвижных частей позволяет охлаждать и отключать реактор автоматически. Этот
микрореактор способен проработать до 20 лет без необходимости дозаправки, что
делает его чрезвычайно экономичным и удобным решением для труднодоступных или
отдалённых регионов. Одной из уникальных особенностей Aurora является
использование топлива с высоким содержанием низкообогащенного урана-235
(HALEU). Этот тип топлива в сочетании с конструкцией быстрого реактора
позволяет поддерживать цепную реакцию благодаря высокоэнергетическим нейтронам.
В традиционных ядерных реакторах часто используется замедлитель (вода), который
делает нейтроны менее энергичными и цепную реакцию более контролируемой. Однако
в Aurora благодаря более высокой энергии нейтронов и уникальному типу
топлива можно достичь стабильности и эффективности без использования замедлителей.
Помимо производства электроэнергии,
реактор Aurora использует тепло, вырабатываемое в процессе ядерного
деления, с КПД до 90%. Это достигается благодаря специальным теплообменникам,
которые могут передавать избыточное тепло во вторичные системы. В результате
тепло можно использовать для обогрева зданий, а также для других практических
нужд, таких как опреснение воды. Это делает микроэлектростанцию универсальным
источником энергии, способным приносить пользу различным сферам
жизнеобеспечения. Oklo Aurora привлекает внимание своим
необычным внешним видом. Постройка выполнена в форме буквы А и по размерам
напоминает небольшой дом. В отличие от типичных атомных электростанций с
громоздкими градирнями, здание Aurora выглядит современно и
минималистично. На крыше установлены солнечные панели, которые питают неатомные
системы электростанции, такие как панели управления и мониторинга, что делает
её почти полностью автономной.
Oklo планирует развертывание микрореакторов Aurora в
регионах, где традиционные ядерные реакторы нецелесообразны или невозможны: это
удалённые поселения, военные базы, исследовательские станции и другие
труднодоступные места. Компактность, долгий срок службы и экономичность
делают Oklo Aurora перспективным решением для обеспечения
надёжного и чистого источника энергии в самых разнообразных условиях.
Инженеры из Института науки и технологий Тэгу Кенбук (DGIST)
представили бета-вольтаический элемент нового поколения, который не требует
подзарядки и способен стабильно генерировать электричество на протяжении
десятилетий. Это стало возможно благодаря объединению двух передовых
технологий: радиоактивных квантовых точек на основе изотопа углерода-14 и
высокоэффективного перовскитного поглотителя. Бета-вольтаические элементы — это
особый класс источников питания, которые преобразуют энергию бета-распада радиоактивных
изотопов непосредственно в электричество. В отличие от традиционных ядерных
источников, использующих тепло (как, например, в радиоизотопных
термоэлектрических генераторах), эти устройства работают на принципе прямой
конверсии энергии бета-частиц (электронов), выбрасываемых в процессе
радиоактивного распада.
Когда бета-частицы сталкиваются с полупроводниковым материалом, они
возбуждают в нём электронно-дырочные пары. Эти заряженные частицы разделяются
встроенным электрическим полем, создавая электрический ток. Главной проблемой
ранее было обеспечение высокой эффективности преобразования энергии,
устойчивости к радиационному разрушению и длительной стабильности выходной
мощности. Южнокорейские учёные решили использовать радиоактивный изотоп
углерода-14 (C-14), встроив его в структуру квантовых точек — наночастиц с
контролируемыми электронными свойствами. Эти квантовые точки играют роль
источника бета-излучения, а неотъемлемо соединённый с ними перовскитный
полупроводник выступает в роли поглотителя энергии частиц и преобразователя в
электричество.
Перовскиты, уже широко известные по применению в солнечных батареях,
отличаются высокой подвижностью зарядов, лёгкостью производства и возможностью
настройки свойств. В этом проекте ученые использовали хлорные добавки, чтобы
повысить кристалличность перовскита, уменьшить количество дефектов и тем самым
обеспечить устойчивую и эффективную работу в течение долгого времени. Результат
оказался впечатляющим: подвижность электронов увеличилась в 56 000 раз, а
элемент продемонстрировал стабильную выходную мощность в течение девяти часов
непрерывной работы — первый шаг к демонстрации практической пригодности такой
ячейки.
Бета-вольтаические источники энергии с изотопом C-14 абсолютно
безопасны при грамотной герметизации, обладают низким уровнем излучения и могут
работать десятки лет без обслуживания. По сравнению с литиевыми и никелевыми
аккумуляторами, они не боятся перегрева, влаги или экстремального холода. Это
делает их идеальными для использования в таких сценариях, как: ---Датчики в
зонах ядерного заражения или в глубоководных станциях; Имплантируемая
медицинская техника, где замена источника питания невозможна; Космические
миссии, автономные дроны и системы мониторинга; Техника двойного назначения и
военные решения для экстремальных условий.
Испанские ученые разработали солнечный элемент с рекордной
эффективностью преобразования солнечной энергии — до 60%. Ученые из Мадридского
университета Комплутенсе в Испании завершили важный этап в развитии солнечных
технологий, работая на протяжении 15 лет над созданием первого солнечного
элемента с промежуточной полосой (IB), изготовленного из фосфида галлия (GaP) и
титана (Ti). Этот инновационный элемент потенциально способен достичь рекордной
эффективности преобразования солнечной энергии — до 60%.
На сегодняшний день большая часть солнечных панелей базируется на
использовании кремниевых элементов, которые, несмотря на свою популярность и
массовое применение, имеют ограничение по эффективности. Это связано с тем, что
кремний способен поглощать только часть солнечного спектра, тогда как
значительная часть энергии теряется в виде тепла. Максимальный теоретический
предел эффективности для кремниевых элементов — 33,7%. Это означает, что даже
при идеальных условиях более двух третей энергии солнечного света остаются
неиспользованными.
Чтобы преодолеть эти ограничения, группа ученых из Мадридского
университета Комплутенсе сконцентрировала свои усилия на альтернативных
материалах. Фосфид галлия был выбран благодаря своей широкой запрещенной зоне,
составляющей 2,26 эВ. Это делает его перспективным материалом для создания
высокоэффективных солнечных элементов, способных лучше поглощать энергию света.
Титан, в свою очередь, помог улучшить поглощение света в широком диапазоне длин
волн. После долгих исследований и экспериментов ученые смогли создать солнечный
элемент размером всего 1 кв. см, использовав в его конструкции поглощающий
слой GaP толщиной менее 50 нм, а также металлические контакты из
золота и германия. Проведенные эксперименты показали, что элемент обладает
широким спектром поглощения света, особенно в диапазоне длин волн выше 550 нм,
что значительно увеличивает его эффективность.
По результатам теоретического анализа и экспериментальных данных,
новый солнечный элемент имеет потенциал достичь эффективности до 60%, что в
разы превышает показатели традиционных кремниевых элементов. Однако это всего
лишь первый шаг на пути к созданию коммерчески жизнеспособных устройств.
Исследователи планируют разработать прототип солнечной панели и подтвердить на
практике теоретические предсказания. Кроме того, команда сосредоточится на
дальнейших улучшениях конструкции элементов и оптимизации их производительности,
исследуя различные подходы к решению оставшихся технических проблем. Таким
образом, работа испанских ученых открывает новые горизонты в области солнечной
энергетики и приближает нас к более эффективным и устойчивым источникам
энергии.
