Orosz tudósok egy nukleáris akkumulátor prototípuson dolgoznak, amely akár száz évig is működhet

Képzeld el, hogy az akkumulátort egy készülékben csak egy évtized, vagy akár egy évszázad után kell kicserélni. A nukleáris elemek egy na...

Képzeld el, hogy az akkumulátort egy készülékben csak egy évtized, vagy akár egy évszázad után kell kicserélni. A nukleáris elemek egy napon talán valósággá válhatnak, de a teljesítmény sűrűségük jelenleg túl alacsony ahhoz, hogy praktikusan alkalmazhatók legyenek. Orosz kutatók mostanra kifejlesztették egy új nikkel-63 alapú nukleáris akkumulátor tervét, amely nagyobb fajlagos energiával rendelkezik, mint a hagyományos, kereskedelmi forgalomban kapható társai. (1)

Az atomenergia manapság nem túl kedvelt annak köszönhetően, hogy ha a bezárt nukleáris anyag kiszökik, az évtizedes vagy akár több évszázados veszélyt jelent a környezetre. De ugyanezen okból, ha megfelelően kezelik ezt a hosszú élettartamot, akkor egy sor jó dologra használható, ami lassan és folyamatosan szabadítja fel az energiát a hosszú évek alatt.

Egyes nukleáris elemek a bétavoltaikus folyamat révén működnek. A készülék belsejében lévő radioaktív forrás béta részecskéket bocsát ki (elektronokat és pozitronokat), és amikor egy félvezető réteggel lépnek kölcsönhatásba, akkor elektromos áramot termelnek. Miközben az ilyen típusú elemek hosszú távon folyamatosan képesek energiát biztosítani, az alacsony áramsűrűség azt jelenti, hogy az energia lassan áramlik.

Mivel viszonylag alacsony energiát biztosítanak hosszú ideig, a nukleáris erőforrások olyan területeken használhatók, ahol nehéz kicserélni az akkumulátort, például űrhajók vagy beültethető eszközök, például a szívritmus-szabályozók esetében. Az elmúlt néhány évben olyan stroncium-alapú nukleáris akkumulátort láthattunk, amely széthasítja a vízmolekulákat, hogy villamos energiát termeljen, és a NanoTrícium akkumulátor 20 éves élettartammal rendelkezik.

A Moszkvai Fizikai és Technológiai Intézet (MIPT), a Szuperkemény és Újszerű Karbon Anyagok Technológiai Intézete (TISNCM) és a Nemzeti Tudományos és Technológiai Egyetem kutatói által kidolgozott új koncepció a nikkel-63 radioaktív izotópot használja, amelynek több, mint 100 év a felezési ideje. A csapat egy olyan új kialakítást tervezett, amely javítja az akkumulátor áramsűrűségét.

A kutatók megállapították, hogy a nikkel-63 rétegek akkor a leghatékonyabbak, ha mindössze két mikron vastagok, és ha ezek a radioaktív források 10 mikron vastagságú gyémánt diódák között vannak elhelyezve. A csapat nukleáris elemének prototípusa 200 ilyen gyémánt energia átalakítót tartalmaz, és körülbelül 1 mikrowatt (μW) teljesítményre képes. Teljesítménysűrűsége 10 μW / cm³, ami azt jelenti, hogy képes energiával ellátni egy modern pacemakert.

Mivel a nikkel-63 felezési ideje száz év, a nukleáris akkumulátor körülbelül 3,300 milliwatt óra teljesítménnyel büszkélkedhet grammonként, amely a kutatócsapat szerint 10-szer nagyobb, mint a hagyományos elektrokémiai elemek esetében.

A kutatók ezzel együtt egy hatékonyabb módszert fejlesztettek ki a vékony gyémántrétegek tömeggyártására minimális veszteséggel. A nikkel-63 előállítása trükkös dolog lehet nagy léptékben, de a csapat szerint az anyag ipari méretű gyártása az elkövetkező évtizedben megvalósulhat.

A jövőben a csapat azt tervezi, hogy tovább javítja a nukleáris akkumulátor kialakítását, és már azonosítottak néhány módszert az akkumulátor töltöttségének növelésére. Ez magában foglalja a nikkel-63 dúsítását, megváltoztatva a gyémánt átalakítók szerkezetét, és nagyobb felületet biztosítva ezeknek a konvertereknek.

Az új nukleáris akkumulátor kialakítását ismertető tanulmányt a Diamond and Related Materials című folyóiratban tették közzé. (2)

(1) - https://mipt.ru/english/news/prototype_nuclear_battery
(2) - https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092