Baterie jądrowe
Już w latach pięćdziesiątych XX wieku betawoltaika — technologia pozyskiwania energii promieniowania beta — była uważana przez naukowców za podstawę do tworzenia nowych źródeł energii w przyszłości. Obecnie istnieją realne podstawy, by z całą pewnością twierdzić, że stosowanie kontrolowanych reakcji jądrowych jest z natury bezpieczne. Dziesiątki technologii jądrowych są już wykorzystywane przez ludzi w życiu codziennym, jak na przykład radioizotopowe czujniki dymu.
Tak więc w marcu 2014 r. naukowcy Jae Kwon i Bek Kim z University of Missouri w Kolumbii w USA odtworzyli pierwszy na świecie działający prototyp kompaktowego źródła zasilania na bazie strontu-90 i wody. W tym przypadku rolą wody jest bufor energetyczny, co zostanie wyjaśnione poniżej.
Bateria jądrowa będzie działać przez lata bez konserwacji i będzie w stanie wytwarzać energię elektryczną w wyniku rozpadu cząsteczek wody podczas interakcji z cząstkami beta i innymi produktami rozpadu radioaktywnego strontu-90.
Moc takiej baterii powinna być w pełni wystarczająca do zasilania pojazdów elektrycznych, a nawet statków kosmicznych.Sekret nowego produktu tkwi w połączeniu betawoltaiki z dość nowym trendem w fizyce — rezonatorami plazmonowymi.
Plazmony były aktywnie wykorzystywane w ostatnich latach przy opracowywaniu specyficznych urządzeń optycznych, w tym ultrawydajnych ogniw słonecznych, całkowicie płaskich soczewek i specjalnej farby drukarskiej o rozdzielczości wielokrotnie przekraczającej czułość naszych oczu. Rezonatory plazmoniczne to specjalne struktury zdolne zarówno do pochłaniania, jak i emitowania energii w postaci fal świetlnych oraz w postaci innych form promieniowania elektromagnetycznego.
Obecnie istnieją już źródła energii radioizotopowej, które zamieniają energię rozpadu atomów na energię elektryczną, ale nie dzieje się to bezpośrednio, ale poprzez łańcuch pośrednich oddziaływań fizycznych.
Tabletki substancji radioaktywnych najpierw ogrzewają korpus pojemnika, w którym się znajdują, następnie ciepło to zamieniane jest na energię elektryczną za pomocą termopar.
Ogromna ilość energii jest tracona na każdym etapie konwersji; z tego wydajność takich baterii radioizotopowych nie przekracza 7%. Betavoltica od dawna nie jest stosowana w praktyce ze względu na bardzo szybkie niszczenie części baterii przez promieniowanie.
Badania wykazały, że te rozłożone części cząsteczek wody można wykorzystać do bezpośredniego pozyskiwania energii, którą pochłaniają w wyniku zderzeń z cząstkami beta.
Aby wodna bateria jądrowa działała, potrzebna jest specjalna struktura setek mikroskopijnych kolumn tlenku tytanu pokrytych warstwą platyny, przypominającą kształtem grzebień. W jej zębach oraz na powierzchni platynowej skorupy znajduje się wiele mikroporów, przez które wskazane produkty rozkładu wody mogą przedostać się do wnętrza urządzenia. Tak więc podczas pracy baterii w „grzebieniu” zachodzi szereg reakcji chemicznych — następuje rozkład i tworzenie cząsteczek wody, podczas gdy wolne elektrony powstają i są wychwytywane.
Energia uwalniana podczas wszystkich tych reakcji jest pochłaniana przez „igły” i zamieniana na energię elektryczną. Dzięki pojawiającym się na powierzchni filarów plazmonom, posiadającym szczególne właściwości fizyczne, taka wodno-jądrowa bateria osiąga swoją maksymalną wydajność, która może sięgać 54%, czyli prawie dziesięciokrotnie więcej niż klasyczne radioizotopowe źródła prądu.
Zastosowany tu roztwór jonowy jest bardzo trudny do zamrożenia nawet w wystarczająco niskich temperaturach otoczenia, dzięki czemu akumulatory wykonane w nowej technologii mogą być wykorzystywane do zasilania pojazdów elektrycznych, a odpowiednio zapakowane także w statkach kosmicznych do różnych celów.
Okres półtrwania radioaktywnego strontu-90 wynosi około 28 lat, więc bateria jądrowa Kwona i Kima może działać bez znacznych strat energii przez kilka dziesięcioleci, przy redukcji mocy zaledwie o 2% rocznie.Naukowcy twierdzą, że takie parametry otwierają wyraźną perspektywę wszechobecności pojazdów elektrycznych.