Nukleáris akkumulátorok
A tudósok már az 1950-es években a béta-sugárzás energiájának kinyerésére szolgáló technológiát – a betavoltaikát – a jövőben új energiaforrások létrehozásának alapjának tekintették. Ma már valódi okunk van arra, hogy magabiztosan állítsuk, hogy az ellenőrzött nukleáris reakciók használata eleve biztonságos. Tucatnyi nukleáris technológiát használnak már az emberek a mindennapi életben, például a radioizotópos füstérzékelőket.
Így 2014 márciusában Jae Kwon és Bek Kim, a Missouri Egyetem (Columbia, USA) tudósai reprodukálták a világ első működő prototípusát egy kompakt, stroncium-90-en és vízen alapuló energiaforrásból. Ebben az esetben a víz szerepe egy energiapuffer, amit az alábbiakban ismertetünk.
Az atomelem évekig üzemel majd karbantartás nélkül, és a vízmolekulák lebomlása miatt képes lesz elektromos áramot termelni, mivel azok kölcsönhatásba lépnek a béta-részecskékkel és a radioaktív stroncium-90 egyéb bomlástermékeivel.
Egy ilyen akkumulátor teljesítményének teljes mértékben elegendőnek kell lennie az elektromos járművek, sőt az űrhajók táplálására is.Az új termék titka a bétavolták és egy meglehetősen új fizikai irányzat – a plazmonrezonátorok – kombinációjában rejlik.
A plazmonokat az elmúlt néhány évben aktívan használták speciális optikai eszközök fejlesztésében, beleértve az ultrahatékony napelemeket, a teljesen lapos lencséket és a szemünk érzékenységét sokszoros felbontású speciális nyomdafestéket. A plazmonikus rezonátorok olyan speciális szerkezetek, amelyek képesek energiát elnyelni és kibocsátani fényhullámok és egyéb elektromágneses sugárzás formájában.
Ma már léteznek olyan radioizotópos energiaforrások, amelyek az atomok bomlási energiáját alakítják át elektromossággá, de ez nem közvetlenül, hanem köztes fizikai kölcsönhatások láncolatán keresztül történik.
A radioaktív anyagok tablettái először felmelegítik a benne lévő tartály testét, majd ezt a hőt hőelemek segítségével elektromossággá alakítják.
Az átalakítás minden szakaszában hatalmas mennyiségű energia vész el; ebből az ilyen radioizotópos akkumulátorok hatásfoka nem haladja meg a 7%-ot. A Betavolticát régóta nem használják a gyakorlatban, mivel az akkumulátor alkatrészei sugárzás hatására nagyon gyorsan tönkremennek.
A kutatások kimutatták, hogy a vízmolekulák ezen elpusztult részei felhasználhatók a béta-részecskékkel való ütközés következtében elnyelt energia közvetlen kinyerésére.
A vizes nukleáris akkumulátor működéséhez több száz mikroszkopikus titán-oxid-oszlopból álló speciális szerkezetre van szükség, amelyet platina fóliával borítanak, és alakja hasonló a fésűhöz. Fogaiban és a platinahéj felületén számos mikropórus található, amelyeken keresztül a vízbomlás jelzett termékei behatolhatnak a készülékbe. Tehát az akkumulátor működése során számos kémiai reakció megy végbe a "fésűben" - a vízmolekulák bomlása és képződése történik, miközben szabad elektronok keletkeznek és befogják.
Mindezen reakciók során felszabaduló energiát a "tűk" elnyelik és elektromossággá alakítják. A pillérek felszínén megjelenő, különleges fizikai tulajdonságokkal rendelkező plazmonok miatt egy ilyen víz-atom akkumulátor eléri maximális hatásfokát, amely akár 54%-ot is elérhet, ami közel tízszerese a klasszikus radioizotópos áramforrásoknak.
Az itt alkalmazott ionos oldatot még kellően alacsony környezeti hőmérsékleten is nagyon nehéz lefagyasztani, így az új technológiával készült akkumulátorok is használhatók elektromos járművek meghajtására, illetve megfelelő csomagolás esetén űrhajókban is különböző célokra.
A radioaktív stroncium-90 felezési ideje hozzávetőlegesen 28 év, így Kwon és Kim nukleáris akkumulátora több évtizeden át jelentős energiaveszteség nélkül üzemelhet, mindössze évi 2%-os teljesítménycsökkenés mellett.A tudósok szerint az ilyen paraméterek egyértelmű kilátásokat nyitnak az elektromos járművek mindenütt elterjedésére.