r   e   k   l   a   m   a
r   e   k   l   a   m   a

Koniec ładowania urządzeń mobilnych? Mimo nuklearnych fobii baterie betawoltaiczne mogą wrócić do łask

Strona główna AktualnościSPRZĘT

Gdybyśmy żyli w świecie o równie liberalnym podejściu do energii nuklearnej, co świat Fallouta, już dawno byśmy zapomnieli o konieczności ładowania smartfonów. Decydenci większości krajów świata są jednak uprzedzeni wobec radiacji i mutacji, wskutek czego wszystko, co w nazwie ma słowo „nuklearny” czy „atomowy” automatycznie trafia na indeks dóbr zakazanych. Ostatnie osiągnięcie fizyków z University of Missouri otwiera jednak drogę do akceptacji nuklearnych baterii na szerszą skalę. Może nie na tyle szeroką, by trafić np. do kolejnego iPhone'a – ale można sobie wyobrazić, że opracowany przez nich typ baterii mógłby zasilać np. google'owe balony projektu Loon.

Pierwsze baterie betawoltaiczne pojawiły się po raz pierwszy w Stanach Zjednoczonych i Związku Radzieckim w latach sześćdziesiątych XX wieku. Od razu wzbudziły spore zainteresowanie projektantów systemów kosmicznych – znakomicie nadawały się do zasilania urządzeń o niewielkim poborze mocy, dostarczając energię przez dziesięciolecia. Jednocześnie unikały typowych problemów dla wcześniej wykorzystywanych źródeł energii jądrowej, w których promieniowanie służyło do generowania ciepła, z którego dopiero generowano elektryczność – przede wszystkim łatwo je było izolować, bez konieczności stosowania ołowianych płaszczy.

Tu źródłem elektryczności jest bezpośrednio rozpad beta. Źródło radiacji zestawione jest z płytką półprzewodnika (typu p-n). Podczas rozpadu dochodzi do emisji promieniowania beta, tworzącego w półprzewodniku pary dziura-elektron. Wzrost liczby tych par powoduje powstanie siły elektromotorycznej, a co za tym idzie, przepływu prądu. Wielkość siły elektromotorycznej jest wprost proporcjonalna do efektywności konwersji w półprzewodniku i energii użytego izotopu, więc na początku ze względu na słabość technik półprzewodnikowych stosowano w bateriach betawoltaicznych silnie radioaktywne izotopy. Już jednak w tym stuleciu udało się stworzyć działającą baterię betawoltaiczną, wykorzystującą jako źródło promieniowania izotop wodoru tryt. Uważni Czytelnicy zauważą tu wiele analogii z działaniem ogniwa fotowoltaicznego, które zamiast promieniowania beta wykorzystuje światło.

r   e   k   l   a   m   a

Swój rynkowy debiut baterie betawoltaiczne miały jednak wcześniej. Niemiecka firma Biotronik w latach siedemdziesiątych wykorzystała takie baterie (z izotopem prometu) w swoich rozrusznikach serca, dając im gwarancję działania nawet przez 10 lat. „Nuklearne” rozruszniki serca zostały zaakceptowane przez władze medyczne w wielu krajach Europy Zachodniej, a potem i USA – i zapewne technikę tę czekałaby świetlana przyszłość, gdyby nie dwa czynniki – katastrofa w Czarnobylu i postęp w dziedzinie baterii litowo-jonowych. Pierwszy doprowadził do sytuacji, w której samo brzmienie słowa promieniowanie powodowało panikę u potencjalnych użytkowników, drugi sprawił, że baterie betawoltaiczne po prostu przestały się opłacać.

Bateria opracowana przez fizyków z University of Missouri, Baeka Hyun Kima i Jae W. Kwona, ma znów przywrócić tę technikę zasilania do łask. W jej konstrukcji wykorzystano pokrytą platyną elektrodę z dwutlenku tytanu (stosowanego np. w filtrach przeciwsłonecznych), dobrze znany w radiologii izotop stront-90, oraz... zwykłą wodę, a właściwie wodny roztwór wodorotlenku sodu. Okres połowicznego rozpadu strontu-90 to niecałe 29 lat. Izotop ten przekształca się w krótkotrwały itr-90 (połowiczny rozpad w około 60 godzin), który ostatecznie zamienia się w stabilny cyrkon. Cały ten proces zachodzi praktycznie bez emisji zabójczego promieniowania gamma.

Kluczowe jest tu właśnie zastosowanie wody. Jae Kwon wyjaśnia, że woda w baterii działa jako bufor, chroniący półprzewodnik przed uszkodzeniami od samej radiacji beta, a powstające w niej plazmony powierzchniowe (czyli kwazicząstki oscylującej plazmy, które powstają na powierzchniach granicznej między dwoma ośrodkami) mają znacząco zwiększać efektywność całego procesu, nawet o dwa rzędy wielkości.

Szczegółowy opis tego osiągnięcia techniki znajdziecie w Nature, w artykule pt. Plasmon-assisted radiolytic energy conversion in aqueous solutions. My tu jedynie zauważymy, że w przeciwieństwie do tego, co niektóre zachodnie serwisy usiłują sugerować, ta akurat konstrukcja raczej „pod strzechy”, czy nawet do garaży nie trafi – obrót strontem jest ściśle kontrolowany (choćby ze względu na możliwość wykorzystania go do budowy tzw. brudnej bomby, czyli broni, która służy do radioaktywnego skażenia środowiska). Wydajność całego procesu pozwala jednak pytać o zastosowanie mniej radioaktywnych izotopów, takich jak wspomniany wcześniej tryt. Jeśli uda się w ten sposób zbudować trytową baterię, to mimo relatywnie niskiej energii przemiany, to właśnie ona mogłaby stać się źródłem zasilania dla domowej elektroniki.

© dobreprogramy
r   e   k   l   a   m   a
r   e   k   l   a   m   a

Komentarze

r   e   k   l   a   m   a
r   e   k   l   a   m   a
Czy wiesz, że używamy cookies (ciasteczek)? Dowiedz się więcej o celu ich używania i zmianach ustawień.
Korzystając ze strony i asystenta pobierania wyrażasz zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.