ИСТИНА

Бета-вольтаические полупроводниковые батареи рассматриваются как источники питания для устройств микроваттного уровня потребления длительного срока службы [1]. 63Ni и тритий являются перспективными радионуклидами для этих целей, так как энергия их бета-излучения ниже порога радиационного повреждения полупроводниковых преобразователей и не создает проблем радиационной безопасности при эксплуатации. Свойства 63Ni позволяют рассматривать его как почти идеальный радионуклид для бета-вольтаических источников тока, однако высокая стоимость производства заставляет искать другие варианты. Использование более дешевого трития в таких устройствах требует создания твердых материалов с высоким содержанием радионуклида, которые способны длительное время удерживать его в своем составе (не подвергаться радиолизу). В данной работе предлагается использовать оксид графена (ОГ) как материал, который удовлетворяет этим требованиям. Эффективным способом введения трития в ОГ является метод термической активации [2]. Оксид графена (Cheap Tubes) обрабатывали атомарным водородом с добавкой индикаторного количества трития. Содержание трития в газе составляло 40% и поддерживалось периодическим обновлением состава газовой фазы. Атомизацию водорода проводили на вольфрамовой проволоке при 2000 К. ОГ наносили непосредственно на кремниевые пластики, покрытые титаном. Для определения максимального количества трития, которое способен связать ОГ, его наносили непосредственно на стенки реакционного сосуда лиофилизацией водной суспензии. После обработки атомами трития ОГ смывали смесью воды и этанола (1:1) и диспергировали с помощью ультразвука. Для определения прочно связанного (нелабильного) трития в составе ОГ удаляли растворитель с помощью ротационного испарителя и снова диспергировали ОГ в смеси этанола с водой. Для подтверждения правильности определения содержания трития в составе ОГ добавляли к нему 70%-ную азотную кислоту и нагревали до температуры кипения (122оС) в колбе с обратным холодильником в течение 3 ч. Радиоактивность растворов определяли на жидкостном сцинтилляционном спектрометре RackBeta 1215. Было показано, что в использованных условиях активации реакции максимальная скорость связывания трития 10 мкКи/(с⸱см2) была получена за первые 20 с, и не зависела от того, на какую подложку наносили ОГ. Увеличение продолжительности обработки приводило к снижению скорости связывания трития до 2,4 мкКи/(с⸱см2). При обработке в течение 20 мин была получена удельная радиоактивность оксида графена 1,2 Ки/мг (3,0 Ки/мг в пересчете на 100% трития в реакционном газе), что превышает удельное содержание трития в форме гидрида титана. После удаления трития из лабильных положений ОГ удельная радиоактивность снизилась до 0,2 Ки/мг (0,5 Ки/мг в пересчете на 100% трития), однако является достаточной для создания бета-вольтаической полупроводниковой батареи. Обсуждается создание композитного покрытия кремниевого полупроводника титаном с защитным слоем никеля и верхним слом ОГ, которые можно насытить тритием, используя метод термической активации. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (Грант № 19-08-00452). Литература 1. Пустовалов А.А., Цветков Л.А. Нано- и микросистемная техника. 2020. Т. 22. С. 34-38. 2. Badun G.A., Chernysheva M.G., Grigorieva A.V.. Eremina E.A., Egorov A.V. Radiochim. Acta. 2016. V. 104. P. 593–599.