Технология Neutrinovoltaic: принципы работы и источники энергии

Технология Neutrinovoltaic основана на преобразовании энергии сразу нескольких природных фоновых взаимодействий — ни один из задействованных источников не является гипотетическим. Их существование и параметры регулярно измеряются в рамках:

• физики элементарных частиц;

• физики конденсированных сред;

• электротехники.

Основные источники энергии

1. Солнечные и атмосферные нейтрино

Несмотря на малую энергию отдельных частиц, нейтрино привлекают внимание благодаря повсеместной распространённости и стабильности потока. Экспериментально подтверждено явление когерентного упругого рассеяния нейтрино на ядре (2017 год) — при таком взаимодействии нейтрино передают конденсированной материи измеримый импульс. Типичные энергии отдачи лежат в диапазоне эВ-кэВ на одно взаимодействие. Конкретное значение зависит от материала мишени и энергетического спектра нейтрино.

2. Космические мюоны вносят дополнительный вклад в выделение энергии за счёт ионизации вещества. Этот механизм хорошо изучен и предсказуем.

3. Окружающие электромагнитные поля взаимодействуют с проводящими материалами через стандартные электродинамические механизмы (например, индукцию и ёмкостные эффекты).

4. Тепловые флуктуации решётки. Присутствуют во всей материи при температуре выше абсолютного нуля (T>0 К). Эти флуктуации — неизбежное следствие теплового движения атомов и электронов.

Принцип работы Neutrino Power Cube

Один из вариантов облика Neutrino Power Cube

Бестопливный генератор Neutrino Power Cube не базируется на каком-либо одном энергетическом канале. Вместо этого он консервативно интегрирует все перечисленные источники и преобразует суммарную энергию всех фоновых взаимодействий в электричество. Такой мультимодальный подход обеспечивает устойчивость работы (за счёт резервирования источников) и непрерывность генерации (поскольку ни один из факторов не исчезает полностью).

Физические основы технологии

• Комбинация многослойных наноматериалов, включающих графен и легированный кремний, обладает следующими характеристиками:

• Значительная площадь взаимодействия с нейтрино и мюонами;

• Высокая чувствительность к электромагнитным полям благодаря проводимости графена;

• Пьезоэлектрический, трибоэлектрический и флексоэлектрический эффекты, возникающие в ответ на колебания фононных мод.

• Специфические резонансные структуры в материале способствуют усилению отклика на определённые частоты электромагнитного излучения.

• Границы между слоями графена и кремния создают барьеры для разделения зарядов, которые образуются при любых видах взаимодействий.

• Система термостабилизации снижает потери, вызванные саморазогревом, обеспечивая эффективность работы при комнатной температуре.

Наноматериалы с высокоразвитой интерфейсной структурой представляют собой особый класс функциональных материалов, где ключевую роль играют не их объемные характеристики, а свойства границ раздела (интерфейсов) между ультратонкими слоями. Каждый атомный слой материала активно участвует в функциональных процессах, таких как адсорбция, перенос заряда и катализ, что значительно повышает его удельную реакционную способность. При наложении нанослоёв толщиной от 1 до 10 нм образуется огромное количество границ раздела — до 10^8−10^9 интерфейсов на 1 см^3, что недостижимо для традиционных объемных материалов.

Энергия подводится не через объем, а вдоль плоскостей интерфейсов, что обеспечивает равномерное распределение энергии по активному слою, снижает потери на объемное сопротивление и теплопроводность, а также синхронизирует процессы на множестве интерфейсов. Эти факторы приводят к тому, что эффективность захвата энергии на единицу объема в таких материалах превышает показатели объемных материалов в 10^3−10^4 раз.

Таким образом, система переходит от объемных к интерфейсным механизмам функционирования, что открывает новые возможности для достижения рекордных показателей эффективности в энергетике.

Квантово-механические эффекта в наноматериалах

Использование многослойных наноструктур (графен в комбинации с легированным кремнием) позволяет оптимизировать эффективное взаимодействие с нейтрино и перенос энергии внутри материала за счёт квантового резонанса, эффективно конвертировать энергию частиц в колебания кристаллической решётки (фононы), генерировать ЭДС через пьезоэлектрический, трибоэлектрический, флексоэлектрический или термоэлектрический эффекты.

Усиление взаимодействия с нейтрино через квантовый резонанс

Нейтрино крайне слабо взаимодействует с веществом из-за отсутствия электрического заряда и малого сечения рассеяния. Однако в наноструктурированных системах возможны механизмы, повышающие вероятность взаимодействия:

• Квантовый резонанс в периодической решётке графена может синхронизировать фазы волновых функций нейтрино и электронов/фононов, увеличивая эффективную амплитуду рассеяния.

• Размерное квантирование в двумерной структуре графена создаёт дискретные энергетические уровни, что позволяет «настраивать» систему на резонансное поглощение энергии нейтрино при совпадении энергий.

• Легированный кремний в подложке изменяет зонную структуру графена (через электрическое поле затвора), регулируя плотность состояний вблизи уровня Ферми и тем самым оптимизируя условия резонанса.

Математически резонанс можно описать через условие совпадения энергий:

Е_v ≈ Е_фонона + Е_{электрон-дырочной пары},

где Е_v = энергия нейтрино, Е_фонона — энергия кванта колебаний решётки, Е_{электрон-дырочной пары} — энергия возбуждения в графене.

Конвертация энергии в фононы

При взаимодействии нейтрино с электронами или ядрами в решётке возникает передача энергии, которая:

• возбуждает колебания кристаллической решётки (фононы) за счёт электрон-фононного взаимодействия;

• создаёт квазичастицы (например, плазмоны в графене), которые затем релаксируют, порождая фононы.

В графене высокая подвижность носителей и линейная дисперсия электронов вблизи точки Дирака (Е∝|k|) способствуют эффективной передаче энергии от нейтрино к фононам. Легированный кремний усиливает этот процесс, обеспечивая дополнительный канал рассеяния через примесные центры.

Ключевые преимущества технологии

1. Независимость от внешних условий. Работа не зависит от времени суток, погоды или географического положения — источники энергии присутствуют повсеместно.

2. Экспериментальная подтверждённость. Все задействованные физические явления: наблюдаемы, измеримы, описаны в научной литературе.

3. Масштабируемость. Технология потенциально применима как в микро-, так и в макромасштабах за счёт кумулятивного эффекта от множества слабых взаимодействий.

Таким образом, Neutrinovoltaic представляет собой перспективное направление в энергетике, основанное на консолидации нескольких фундаментальных физических процессов, её потенциал в создании автономных источников электрического тока делает её одним из самых интригующих направлений в энергетике.

Авторы: Румянцев Л.К., к.т.н., Holger Thorsten Schubart, д.э.н.

Читать оригинал статьи