В американской компании City Labs создана первая партия элементов питания нового поколения на основе радиоактивного изотопа водорода – трития. Они чрезвычайно долговечны, работают в широких диапазонах температур и выдерживают длительное воздействие неблагоприятных физических факторов.

Молодая компания была основана в 2005 году. Её отдел разработок возглавляет кандидат физико-математических наук Ларри Олсен (Larry Olsen), создавший первую коммерческую модель радиоизотопного источника энергии в конце 1970-х. Тогда по заказу McDonnell Douglas была изготовлена и успешно использована в кардиостимуляторах партия из нескольких сотен “ядерных батареек”.

Новые долговечные автономные источники энергии основаны на простом физическом эффекте: тритий подвергается естественному бета-распаду, испуская электрон. Электроны накапливаются на одной металлической пластинке и формируют разность потенциалов по отношению ко второй, образуя электродную пару.

Сложность практической реализации состоит в подборе оптимальной геометрии всего элемента, расчётах многослойной микроструктуры и применении материалов с высокой степенью чистоты.

Тритиевая батарейка P100 образца 2008 года

Энергия электронов, высвобождаемых в ходе радиоактивного распада трития, довольно мала (менее 18,6 кэВ). Поэтому электроны полностью задерживаются даже тонкими материалами, не говоря уже о специально спроектированной оболочке корпуса батарейки.

В отличие от традиционных элементов питания, тритиевые источники не содержат щелочных электролитов, в них не происходит заметного повышения давления и отсутствуют другие причины для нарушения целостности.

Из-за низкой энергии электронов и высокой надёжности конструкции “ядерные батарейки” могут представлять радиационную опасность только в случае умышленного вскрытия корпуса и проглатывания содержимого. При простой разгерметизации даже длительное наружное воздействие будет ничтожным.

Тритиевые источники питания оправданы в тех областях, где требуется максимально длительная автономная работа и отсутствует потребность в большой силе тока.

Модель P100, представленная в 2008 году, характеризовалась напряжением 0,75 В и максимальной мощностью 75 наноВатт. За последние четыре года компанией были достигнуты значительные успехи.

Тритиевая батарейка EOL20KY15 образца 2011 года

Последняя разработка City Labs – модель EOL20KY15 предусматривает поверхностный монтаж на плате. Она обеспечивает напряжение 3,0 В и плавное снижение мощности от 50 мкВт в начале до 16 мкВт в конце срока использования. Подобно другим элементам питания, их можно соединять в цепь параллельно или последовательно, увеличивая силу тока или напряжение.

Среди приборов, в которых целесообразно применять “ядерные батарейки”, указываются имплантаты, сенсоры, часы, прицелы с подсветкой, системы малогабаритной индикации, а также другая маломощная электроника.

Активные разработки элементов питания, использующих бета-распад, велись с 1953 года. За прошедшее время были опробованы радиоактивные изотопы различных элементов: стронция (Sr-90), иттрия (Y-90), прометия (Pm-147), никеля (Ni-63) и других. Все прототипы оказались малоэффективными и быстро деградировали из-за разрушения внутренней структуры мощным потоком электронов.

Слаботочные тритиевые батарейки гораздо долговечнее перечисленных аналогов. Компания гарантирует работоспособность в интервале температур от -40°С до +80°С в течение 20 лет. В то же время по результатам экспертной оценки специалистов компании Lockheed Martin тритиевые элементы питания способны длительное время выдерживать охлаждение до -50 и нагрев до +150°С.

Пока компания выпускает штучные экземпляры, стоимость которых превышает две тысячи долларов. По мере роста производственных мощностей цены будут падать до более приемлемого уровня.