Национальная лаборатория Ок-Ридж в США продвигает разработку радиоизотопных ядерных батарей

17 августа 2026 года Национальная лаборатория Ок-Ридж Министерства энергетики США сообщила, что её программа ядерных батарей продвигает разработку радиоизотопных источников питания для удовлетворения потребностей в стабильных и долговечных источниках энергии для глубокого космоса, долгосрочного энергоснабжения отдалённых районов и сценариев, связанных с национальной безопасностью.

Марсоход NASA «Персеверанс» сфотографирован рядом с несколькими из 10 пробирок с образцами, размещёнными в созданном им хранилище образцов в районе под названием «Тройное устье» в кратере Езеро. Радиоизотопный термоэлектрический генератор марсохода питается от ядерной батареи. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Ядерная батарея использует энергию, выделяемую при распаде радиоизотопов, для выработки электроэнергии и подходит для сред, где обслуживание затруднено и требуется непрерывное электропитание в течение многих лет или даже десятилетий, таких как морское дно, отдалённые пустыни и поверхности внеземных объектов. Ядерная батарея Национальной лаборатории Ок-Ридж

Руководитель программы Брэд Джонсон отметил, что преимущество ядерных батарей заключается в способности обеспечивать длительное электропитание, это зрелая и безопасная технология, а текущие усилия по разработке направлены на дальнейшее повышение их производительности и безопасности.

Что касается выбора радиоизотопов, исследовательская группа считает, что идеальное топливо для ядерных батарей обычно должно иметь период полураспада от 10 до 100 лет. Если период полураспада слишком короткий, изотоп может в значительной степени распасться до использования; если период полураспада слишком длинный, потребуется больше топлива для выработки достаточной энергии. Более подходящие кандидаты-изотопы также должны преимущественно испускать α-частицы или β-частицы, поскольку такие частицы имеют малый пробег, что облегчает преобразование энергии распада в полезную электроэнергию.

Плутоний-238 является одним из типичных применений в настоящее время. Национальная лаборатория Ок-Ридж производит плутоний-238 для Министерства энергетики США в соответствии с договорённостями с NASA. NASA использует его в многоцелевых радиоизотопных термоэлектрических генераторах для обеспечения долгосрочного питания аппаратов глубокого космоса. Радиоизотопный термоэлектрический генератор марсохода «Персеверанс» использует около 10,6 фунтов плутония-238, преобразуя тепло, выделяемое при его естественном распаде, в электроэнергию для подзарядки основных аккумуляторов марсохода и поддержания подходящей рабочей температуры оборудования. Ожидаемый срок службы системы составляет 14 лет, что может обеспечить долгосрочную работу миссии.

Согласно данным, будущие миссии предъявляют новые требования к ядерным батареям. Например, в миссиях длительного пребывания на Луне лунная ночь продолжительностью около двух недель ограничивает использование солнечной энергии, и поддержание тепла оборудования и непрерывное энергоснабжение становятся ключевыми проблемами. Национальная лаборатория Ок-Ридж считает, что её комплексные возможности в области ядерных материалов, производства изотопов, термоэлектрического преобразования и передового производства могут обеспечить техническую поддержку для решения соответствующих проблем.

Исследования ядерных батарей в этой лаборатории восходят к 1960-м годам. В последние годы исследователи также анализируют выведенные из эксплуатации радиоизотопные термоэлектрические генераторы, чтобы понять изменения их характеристик и деградацию материалов после длительной службы, накапливая данные для проектирования систем нового поколения.

Джонсон рассказал, что команда оценивает кандидатные изотопы, которые могут быть использованы в радиоизотопных системах, и изучает соответствующие методы производства, включая пути на основе нейтронов, генерируемых термоядерным синтезом. В настоящее время исследователи определили девять кандидатных изотопов и, основываясь на свойствах и осуществимости крупномасштабного производства, отобрали три приоритетных направления.

В отношении разработки новых ядерных батарей команда считает, что необходимо решить четыре основные задачи: во-первых, радиоизотопное топливо должно производиться с высокой эффективностью и в больших масштабах; во-вторых, необходимо повысить эффективность преобразования энергии — в настоящее время эффективность термоэлектрических технологий составляет около 5–8%, и если её удастся повысить до 10–15%, стоимость топлива может значительно снизиться; в-третьих, следует улучшить управление теплом за счёт совершенствования теплоизоляции и конструкции системы для уменьшения потерь энергии; в-четвёртых, необходимо оптимизировать систему управления и контроля питания.

Исследователи отмечают, что 3D-печать, приготовление сферических порошков, передовые термоэлектрические материалы, усовершенствованные радиоизотопные источники тепла и контейнеры, инженерные системы безопасности и новые методы моделирования могут способствовать переходу технологии ядерных батарей от исследований к практическому применению. Национальная лаборатория Ок-Ридж заявляет, что её цель — создать долгосрочную программу ядерных батарей для постоянного удовлетворения потребностей в надёжных радиоизотопных источниках питания в соответствующих областях.