Mga bateryang nuklear

Noon pa noong 1950s, ang betavoltaics — isang teknolohiya para sa pagkuha ng enerhiya ng beta radiation — ay itinuturing ng mga siyentipiko na maging batayan para sa paglikha ng mga bagong mapagkukunan ng enerhiya sa hinaharap. Ngayon, may mga tunay na batayan para sa kumpiyansa na igiit na ang paggamit ng mga kontroladong reaksyong nuklear ay likas na ligtas. Dose-dosenang mga teknolohiyang nuklear ang ginagamit na ng mga tao sa pang-araw-araw na buhay, tulad ng mga radioisotope smoke detector.

Kaya, noong Marso 2014, muling ginawa ng mga siyentipiko na sina Jae Kwon at Bek Kim mula sa University of Missouri, Columbia, USA ang unang gumaganang prototype sa mundo ng isang compact power source batay sa strontium-90 at tubig. Sa kasong ito, ang papel ng tubig ay isang buffer ng enerhiya, na ipapaliwanag sa ibaba.

Ang bateryang nuklear ay tatakbo nang maraming taon nang walang maintenance at makakapagdulot ng kuryente dahil sa pagkasira ng mga molekula ng tubig habang nakikipag-ugnayan ang mga ito sa mga beta particle at iba pang mga produkto ng pagkabulok ng radioactive strontium-90.

Ang lakas ng naturang baterya ay dapat na ganap na sapat upang mapaandar ang mga de-kuryenteng sasakyan at maging ang mga sasakyang pangkalawakan.Ang sikreto ng bagong produkto ay nasa kumbinasyon ng mga betavoltaics at isang medyo bagong takbo ng pisika — mga plasmon resonator.

Ang mga plasmon ay aktibong ginagamit sa nakalipas na ilang taon sa pagbuo ng mga partikular na optical device, kabilang ang mga ultra-efficient na solar cell, ganap na flat lens at espesyal na tinta sa pag-print na may resolution na maraming beses na mas mataas kaysa sa sensitivity ng ating mga mata. Ang mga plasmonic resonator ay mga espesyal na istruktura na may kakayahang parehong sumisipsip at naglalabas ng enerhiya sa anyo ng mga light wave at sa anyo ng iba pang mga anyo ng electromagnetic radiation.

Ngayon, mayroon nang mga mapagkukunan ng enerhiya ng radioisotope na nagpapalit ng enerhiya ng pagkabulok ng mga atomo sa kuryente, ngunit hindi ito direktang nangyayari, ngunit sa pamamagitan ng isang kadena ng mga intermediate na pisikal na pakikipag-ugnayan.

Una, ang mga tablet ng radioactive substance ay nagpapainit sa katawan ng lalagyan na kanilang kinaroroonan, pagkatapos ang init na ito ay na-convert sa kuryente sa pamamagitan ng thermocouples.

Malaking halaga ng enerhiya ang nawawala sa bawat yugto ng conversion; nito, ang kahusayan ng naturang mga radioisotope na baterya ay hindi lalampas sa 7%. Ang Betavoltica ay matagal nang hindi ginagamit sa pagsasanay dahil sa napakabilis na pagkasira ng mga bahagi ng baterya sa pamamagitan ng radiation.

Sa kalaunan, nakahanap ang mga siyentipiko ng isang paraan upang direktang baguhin ang inilabas na enerhiya kasama ang mga produkto ng pagkabulok ng hindi matatag na mga atomo. Ito ay lumabas na ang mga beta particle (mga electron na ang bilis ay sapat na mataas sa panahon ng pagkabulok ng isang atom) ay may kakayahang masira ang mga molekula ng tubig sa hydrogen, hydroxyl radical at iba pang mga ions.

Ipinakita ng pananaliksik na ang mga nabubulok na bahagi ng mga molekula ng tubig ay maaaring gamitin upang direktang kunin ang enerhiya na kanilang sinisipsip bilang resulta ng mga banggaan sa mga beta particle.

Upang gumana ang tubig nukleyar na baterya, isang espesyal na istraktura ng daan-daang mikroskopikong mga haligi ng titanium oxide na natatakpan ng isang platinum film, na katulad ng hugis sa isang suklay, ay kinakailangan. Sa mga ngipin nito at sa ibabaw ng platinum shell, maraming micro-pores kung saan ang mga ipinahiwatig na produkto ng agnas ng tubig ay maaaring tumagos sa device. Kaya, sa panahon ng pagpapatakbo ng baterya, ang isang bilang ng mga kemikal na reaksyon ay nagaganap sa "suklay" - ang agnas at pagbuo ng mga molekula ng tubig ay nangyayari, habang ang mga libreng electron ay bumangon at nakuha.

Ang enerhiya na inilabas sa lahat ng mga reaksyong ito ay hinihigop ng "mga karayom" at na-convert sa kuryente. Dahil sa mga plasmon na lumilitaw sa ibabaw ng mga haligi, na may mga espesyal na pisikal na katangian, ang naturang tubig-nuklear na baterya ay umabot sa pinakamataas na kahusayan nito, na maaaring 54%, na halos sampung beses na mas mataas kaysa sa mga kasalukuyang mapagkukunan ng kasalukuyang radioisotope.

Ang ionic na solusyon na ginamit dito ay napakahirap na i-freeze kahit na sa sapat na mababang temperatura ng kapaligiran, na ginagawang posible na gumamit ng mga baterya na ginawa gamit ang bagong teknolohiya upang mapagana ang mga de-koryenteng sasakyan at, kung maayos na nakabalot, din sa spacecraft para sa iba't ibang layunin.

Ang kalahating buhay ng radioactive strontium-90 ay humigit-kumulang 28 taon, kaya ang nuclear battery nina Kwon at Kim ay maaaring gumana nang walang makabuluhang pagkawala ng enerhiya sa loob ng ilang dekada, na may pagbabawas ng kuryente na 2% lamang bawat taon.Sinasabi ng mga siyentipiko na ang mga naturang parameter ay nagbubukas ng isang malinaw na pag-asa para sa ubiquity ng mga de-koryenteng sasakyan.