Разработка ядерных источников питания на основе фото- и бета-вольтаических эффектов рассматривается уже много лет. Надежные и долговечные источники электроэнергии малой мощности весьма перспективны для применения в различных отраслях промышленности. В частности, применение таких источников энергии перспективно в экстремальных условиях, таких, как космос, агрессивные химические среды, морские глубины и т.д. Преобразование энергии радиоактивного распада некоторых долгоживущих радионуклидов в электрическую энергию обеспечит чрезвычайно длительный срок службы батарей, который может составлять сотни лет. Эта особенность источников энергии важна, когда их замена представляет техническую сложность.

В проекте предлагается разработка ядерных источников питания, основанных на преобразовании энергии, излучаемой при бета-распаде, в люминесценцию, которая затем преобразуется в электрическую энергию полупроводниковыми фотопреобразователями. В этом случае фотопреобразователи не подвергаются прямому воздействию радиации, могут иметь малые габариты и высокую надёжность. Такие источники энергии характеризуются экологической безопасностью и максимально длительным сроком службы.

Радиоактивный изотоп углерода-14 (14C) является весьма перспективным для применения в качестве бета-излучателя. Этот изотоп с периодом полураспада 5730 ± 40 лет характеризуется энергией распада (электронной эмиссии) 0,156 МэВ. Одним из наиболее перспективных материалов, который можно активировать изотопом 14С – это алмаз. Алмаз является известным прочным и радиационно-стойким материалом, который может быть легирован неограниченным количеством изотопа 14C или даже полностью состоять из 14C. Люминесценция природных и искусственных алмазов под действием ионизирующего излучения известна давно. Исследованию природы люминесцентных центров в алмазах посвящено очень много работ. Для создания источника питания на основе алмаза, обогащенного изотопом 14С, требуется найти решения для нескольких задач, которые ранее не исследовались. К этим задачам относятся определение типов точечных дефектов, характеризующихся наиболее интенсивной люминесценцией при комнатной температуре и выше (300-500 С), оценка их оптимального содержания и разработка технологии получения таких алмазов. Кроме того, важнейшей задачей является разработка полупроводникового фотопреобразователя для получения электрического сигнала в зависимости от спектра и интенсивности излучения алмаза. Принципиально важной задачей так же является оценка оптимального содержания изотопа 14С в алмазе и разработка технологии получения алмаза, обогащенного изотопом 14С.

Таким образом предлагаемый проект направлен на создание первой ядерной электрической батареи на основе самосветящегося искусственного алмаза, обогащенного углеродом-14 (14C), и фотоэлектрического преобразователя. Для достижения этой цели будет проведено исследование люминесцентных свойств искусственных алмазов, выращенных метод HPHT (High Pressure High Temperature) с различными типами точечных дефектов – центров люминесценции, определены оптимальный тип и содержание этих дефектов, оценены оптимальные размеры алмазных пластин и разработан фотоэлектрический преобразователь со спектральной характеристикой, соответствующей спектру люминесценции алмаза. В ходе выполнения проекта будет разработана технология получения алмаза, обогащенного углеродом-14C и создан прототип ядерной батарейки на основе этого алмаза.