중국 연구진이 크기가 작고 성능이 강력해 산업용에 적합한 새로운 원자력전지(원자력 배터리)를 개발했다.
인터레스팅엔지니어링(Interesting Engineering)은 지난 8일 서북사범대학(Đại học Sư phạm Tây Bắc) 연구진이 중국 간쑤(甘肃) 주룽(Chúc Long) 기술회사와 협력해 탄소-14 동위원소와 실리콘카바이드(SiC) 변환기를 사용하는 차세대 원자력전지를 제작했다고 보도했다. 이는 용량뿐 아니라 제품이 완전히 자국 내에서 개발됐다는 점에서도 이전 버전보다 크게 개선된 것이다.
앞서 이 연구진은 2024년 탄소-14 원자력전지를 제작해 ‘주룽(Zhulong)-1’로 이름 붙인 바 있다. 새 세대 전지의 이름은 ‘첸지위안 톈수(Qianjiyuan Tianshu)’로, 방사성 물질을 22% 수준으로 제한하면서도 전압이나 안정성을 바꾸지 않고 출력을 최대 2.6배로 끌어올렸다. 서북사범대학에서 이 사업을 이끈 쑤마오건(Su Maogen)은 기존 버전이 출력이 낮고 집적성이 떨어지며 비용이 높았다며, 자신의 연구진이 작고 강력하며 값이 합리적이고 완전히 국내에서 생산되는 기기를 개발하는 데 집중했다고 밝혔다.
첸지위안 톈수는 주룽-1보다 다섯 가지가 크게 개선됐다. 반도체 물질에 더 적합한 방사선원, 면적을 아끼고 집적성을 높이는 3차원 적층 설계 등이다. 또 미세 전력 관리 시스템과 통합 센서를 갖춰 전지가 스스로 에너지를 공급할 수 있다. 중국에서 생산한 실리콘카바이드 변환기도 전지 성능을 높이는 데 기여했다.
새 전지는 크기가 16.8㎤ 남짓에 불과하며, 탄소-14 129밀리퀴리를 사용해 전류 0.713마이크로암페어, 전압 2.06V, 최대 출력 1.13마이크로와트를 낸다.
일반적인 원자력전지는 열전 물질을 이용해 붕괴 과정에서 나오는 열을 에너지로 바꾸지만, 부피가 큰 시스템을 쓰고 작동에 고온이 필요하다. 반면 첸지위안 톈수는 붕괴 과정에서 나오는 전자(베타 입자)를 실리콘카바이드 반도체로 유도해 곧바로 전류를 만든다.
사우스차이나모닝포스트(SCMP)에 따르면 연구진은 전지 부피를 17% 줄이면서도 부피당 출력 밀도(기기 부피 한 단위당 발생하거나 저장되는 출력량)를 약 15배로 높이는 데 성공했다. 탄소의 반감기가 5천730년에 이르는 만큼 첸지위안 톈수의 수명은 수천 년에 달한다.
방사성동위원소전지 또는 원자전지로도 불리는 원자력전지는 내부 방사성 동위원소의 붕괴 과정에서 나오는 에너지로 전기를 만든다. 방사성 동위원소의 반감기가 수십 년, 심지어 수 세기에 이를 수 있어, 원자력전지는 화학전지보다 훨씬 오래 작동할 수 있다. 이 때문에 우주선과 원격 환경 센서, 의료용 이식 기기 등에 쓰기에 이상적이다. 1977년 보이저 탐사선과 2012년 화성 탐사 로봇 큐리오시티 등 미국 항공우주국(NASA)의 심우주 임무에도 모두 원자력전지가 쓰였다. 중국도 달 탐사선 창어(嫦娥) 3호와 4호에 원자력전지를 탑재했다.
