Смертельное излучение превращается… в электричество? DARPA вложило миллионы в карманный радиоизотопный реактор

Стартап Avalanche Energy, который пытается делать компактные термоядерные установки, неожиданно получил заказ не на термоядерный реактор, а на радиоизотопную батарею. DARPA выделило компании $5,2 млн по программе Rads to Watts, цель которой звучит вполне прямо: научиться превращать мощное ядерное излучение в киловатты электричества. Если переводить с языка оборонных программ на обычный, речь идет о попытке собрать источник питания, который мог бы месяцами, а то и годами питать прожорливую технику без постоянной замены элементов.

Сами радиоизотопные батареи давно не новость. Такие источники энергии работают за счет распада радиоактивных изотопов и умеют жить десятилетиями, а иногда и куда дольше. Проблема в другом: по меркам своих размеров и массы они обычно выдают очень мало мощности. На этом фоне обычные литийионные аккумуляторы выглядят куда бодрее. Современные ячейки, в зависимости от химии и конструкции, обычно запасают около 200–300 ватт–часов на килограмм. У радиоизотопных батарей картина совсем иная: классические бета–вольтаические варианты, которые используют в имплантируемой медтехнике, датчиках и некоторых космических системах, обычно работают в диапазоне от микроватт до милливатт.

Даже более мощные примеры не слишком впечатляют, если смотреть на удельную отдачу. Радиоизотопные источники энергии на марсоходах Perseverance и Curiosity вырабатывают куда больше, чем миниатюрные батареи для датчиков, но и тут чудес нет. Каждый такой блок весит около 100 фунтов, то есть примерно 45 кг, и при этом выдает только 110 ватт. В пересчете получается около 2,5 ватта на килограмм.

DARPA хочет заметно поднять эту планку. По данным Avalanche, военные рассчитывают получить радиоизотопную батарею с удельной мощностью больше 10 ватт на килограмм. Для такого класса устройств это уже серьезный скачок. В компании объясняют задачу еще нагляднее: агентству нужен источник питания, который смог бы месяцами тянуть систему уровня ноутбука и при этом весил бы всего несколько килограммов. Поскольку проект изначально ориентирован на космос и оборонные задачи, батарею сразу проектируют с расчетом на работу в жестких условиях, где обычная электроника быстро сдается.

Avalanche должна заняться твердотельными микрофабрикованными ячейками, которые будут превращать в электричество альфа–частицы. Такой подход называют альфа–вольтаическим. В этом и состоит ключевое отличие от более привычных бета–вольтаических батарей, где используют бета–излучение, считающееся менее опасным для человека. Альфа–частицы, с одной стороны, легко экранируются, с другой – при прямом контакте для живых тканей они опаснее. Впрочем, для космических аппаратов и военной техники такой фактор не выглядит критичным.

Самое любопытное в истории то, что Avalanche пытается встроить проект для DARPA в собственную термоядерную стратегию. Компания давно выделяется на фоне остального рынка термояда тем, что говорит не о гигантских реакторах, а о переносных установках. По ее логике, работа над радиоизотопными батареями не уводит бизнес в сторону, а наоборот, помогает развивать те же технологии, которые нужны для компактной термоядерной энергетики.

Объяснение у стартапа вполне прагматичное. Будущие термоядерные машины Avalanche, если они вообще заработают так, как задумано, должны производить высокоэнергетические альфа–частицы и нейтроны. Нейтроны при этом можно использовать для наработки тех самых радиоизотопов, которые нужны для программы Rads to Watts. Получается замкнутая схема: одна технологическая платформа помогает и для термояда, и для радиоизотопных источников питания. Компания прямо говорит о своеобразном маховике, где производство изотопов и развитие нужной электроники начинают подталкивать друг друга.

В качестве примера Avalanche приводит микрочипы, которые разрабатывает для новых батарей. Эти чипы должны улавливать энергию радиоактивного распада и преобразовывать ее в электричество. DARPA, со своей стороны, хочет получить варианты, устойчивые к деградации под действием излучения. Для батареи такие микросхемы будут работать с альфа–частицами, но затем тот же технологический задел компания надеется использовать и в собственных термоядерных установках.

Дальше история становится еще амбициознее. Основной проект Avalanche называется Orbitron. Компания описывает его как компактную термоядерную машину мощностью от одного до 100 кВт электрической энергии. По замыслу разработчиков, такая установка могла бы пригодиться в удаленных районах, в оборонных системах, на транспорте, в микросетях и даже как источник энергии на поверхности Луны. Модульная конструкция, по версии стартапа, должна сделать реактор достаточно гибким для самых разных сценариев.

При этом между красивой концепцией и рабочей технологией пока сохраняется очень большая дистанция. Avalanche утверждает, что за последние два года уже собрала и испытала демонстраторы Orbitron у себя внутри компании. Но о положительном энергетическом балансе речи не идет. Проще говоря, стартап пока не показал, что его установка способна выдавать больше энергии, чем потребляет сама.

Поэтому нынешний контракт с DARPA выглядит для Avalanche не только источником денег, но и шансом закрепиться в более приземленной области, где результат можно показать раньше, чем в термояде. Компактный термоядерный реактор, который можно поставить на стол, пока звучит как идея из слишком далекого будущего. А вот радиоизотопная батарея с удельной мощностью выше 10 ватт на килограмм, если проект хотя бы частично удастся, уже сама по себе может оказаться заметной технологией для космической и военной техники.