Atombatterier
Så langt tilbake som på 1950-tallet ble betavoltaikk - en teknologi for å utvinne energien fra betastråling - av forskere ansett for å være grunnlaget for å skape nye energikilder i fremtiden. I dag er det reelle grunner for selvsikkert å hevde at bruken av kontrollerte kjernefysiske reaksjoner er iboende trygt. Dusinvis av kjernefysiske teknologier brukes allerede av mennesker i hverdagen, for eksempel radioisotop røykvarslere.
Så i mars 2014 reproduserte forskerne Jae Kwon og Bek Kim fra University of Missouri, Columbia, USA verdens første fungerende prototype av en kompakt strømkilde basert på strontium-90 og vann. I dette tilfellet er vannets rolle en energibuffer, som vil bli forklart nedenfor.
Atombatteriet vil fungere i årevis uten vedlikehold og vil kunne produsere elektrisitet på grunn av nedbrytning av vannmolekyler når de samhandler med beta-partikler og andre nedbrytningsprodukter av radioaktivt strontium-90.
Kraften til et slikt batteri bør være fullt tilstrekkelig til å drive elektriske kjøretøy og til og med romskip.Hemmeligheten bak det nye produktet ligger i kombinasjonen av betavoltaikk og en ganske ny fysikktrend - plasmonresonatorer.
Plasmoner har blitt brukt aktivt de siste årene i utviklingen av spesifikke optiske enheter, inkludert ultraeffektive solceller, helt flate linser og spesialtrykkblekk med en oppløsning som er mange ganger høyere enn følsomheten til øynene våre. Plasmoniske resonatorer er spesielle strukturer som er i stand til både å absorbere og sende ut energi i form av lysbølger og i form av andre former for elektromagnetisk stråling.
I dag finnes det allerede radioisotopenergikilder som omdanner energien fra atomenes forfall til elektrisitet, men dette skjer ikke direkte, men gjennom en kjede av mellomliggende fysiske interaksjoner.
Først varmer tablettene med radioaktive stoffer opp kroppen til beholderen de er i, deretter omdannes denne varmen til elektrisitet ved hjelp av termoelementer.
En enorm mengde energi går tapt på hvert trinn av konverteringen; av dette overstiger ikke effektiviteten til slike radioisotopbatterier 7 %. Betavoltica har lenge ikke vært brukt i praksis på grunn av svært rask ødeleggelse av batterideler ved stråling.
Forskning har vist at disse nedslitte delene av vannmolekyler kan brukes til direkte å trekke ut energien de absorberer som følge av kollisjoner med beta-partikler.
For at vannatombatteriet skal fungere, er det nødvendig med en spesiell struktur med hundrevis av mikroskopiske kolonner av titanoksid dekket med en platinafilm, lik form som en kam. I tennene og på overflaten av platinaskallet er det mange mikroporer som de angitte produktene av vannnedbrytning kan trenge inn i enheten gjennom. Så under driften av batteriet finner en rekke kjemiske reaksjoner sted i "kammen" - nedbrytning og dannelse av vannmolekyler skjer, mens frie elektroner oppstår og fanges.
Energien som frigjøres under alle disse reaksjonene absorberes av "nålene" og omdannes til elektrisitet. På grunn av plasmonene som vises på overflaten av søylene, og som har spesielle fysiske egenskaper, når et slikt vannkjernebatteri sin maksimale effektivitet, som kan være 54%, som er nesten ti ganger høyere enn klassiske radioisotopstrømkilder.
Den ioniske løsningen som brukes her er svært vanskelig å fryse selv ved tilstrekkelig lave omgivelsestemperaturer, noe som gjør det mulig å bruke batterier laget med den nye teknologien for å drive elektriske kjøretøy og, hvis riktig pakket, også i romfartøyer til forskjellige formål.
Halveringstiden til radioaktivt strontium-90 er omtrent 28 år, så Kwon og Kims atombatteri kan fungere uten betydelig energitap i flere tiår, med en kraftreduksjon på bare 2 % per år.Forskere sier at slike parametere åpner et klart perspektiv for utbredelsen av elektriske kjøretøy.