Радиоизотопные или ядерные батареи работают на основе преобразования
энергии ядерного альфа- или бета-распада в электричество и предназначены для
запитки широкого круга устройств. Это, прежде всего, приборы, работающие в условиях, когда обслуживание и замена батарей крайне нежелательна (например, в кардиостимуляторах), или попросту невозможна (дальний космос, большие глубины, крайний север и т.п.). В отдельный класс следует выделить радиоизотопные батареи сверхмалых размеров для питания микро- и нано-электромеханических систем (так называемых "МЭМС" и "НЭМС").
В настоящее время МЭМС (НЭНС) – бурно развивающиеся области микро- (нано-)техники,
относящиеся к шестому технологическому укладу. И здесь ядерным батареям альтернативы нет. Такие источники питания способны длительное время обеспечивать энергией микро-роботов различной специализации и назначения. Сегодня трудно представить все глобальные последствия разработки и внедрения МЭМС и НЭМС в разные сферы современной жизни. Достаточно назвать средства активной доставки биологических и химических веществ или объектов, включая транспортировку лекарств к органам, возможность динамической диагностики различных процессов с помощью перемещающихся микро- и нано-датчиков и т.д.
Создание радиоизотопных источников энергии - задача на стыке нескольких областей физики: физики ядра, физики твердого тела, физики полупроводников, термодинамики и других. В качестве радиоактивных элементов в ядерных батареях используются альфа- и бета-активные ядра с периодом полураспада от сотни дней до сотни лет в зависимости от решаемой задачи. Радиоактивные элементы имеют высокую плотность запасенной энергии. Для радиоизотопных батарей эта величина лежит в пределах от килоэлектронвольт у ядра трития 3H (средняя выделяемая энергия 5.7 кэВ) до мегаэлектронвольт на ядро у 210Po (5.3 МэВ). По данному параметру метастабильные ядра занимают промежуточное положение между
делящимися элементами – 235U, 239Pu и им подобными, с энерговыделением около 200 МэВ на ядро, и химическими реакциями, имеющими энерговыделение порядка 10 эВ на вступающую в реакцию молекулу или атом.
Выбор ядра для атомной батареи определяется той конкретной целью, для которой создается источник питания, режимом его эксплуатации и целым рядом других условий. Помимо высокой удельной мощности, во внимание, обычно, принимаются простота и удобство наработки радионуклида (например, в атомном реакторе) и такой важный параметр, как отсутствие гамма-излучения.