Πρόσφατα, Κινέζοι επιστήμονες ανακοίνωσαν επίσημα τα αποτελέσματα της έρευνάς τους σχετικά με τις μπαταρίες πυρηνικής ενέργειας στο περιοδικό Nature . Συνεπώς, η ερευνητική ομάδα του καθηγητή Wang Shu Ao του Πανεπιστημίου Dong Wu (Κίνα) αξιοποίησε τις ακτίνες άλφα που απελευθερώνονται από ραδιενεργά ισότοπα για να δημιουργήσει αυτόν τον τύπο μπαταρίας.

Επί του παρόντος, τα ραδιενεργά ισότοπα άλφα είναι λαμπρά «υποψήφια» για μικροπυρηνικές μπαταρίες, λόγω της υψηλής ενέργειας διάσπασής τους, από 4 έως 6 μεγαηλεκτρονιοβολτ (MeV). Η δυναμική ενέργεια των ακτίνων άλφα υπερβαίνει κατά πολύ αυτήν των συσκευών εξόρυξης ραδιενεργών ισοτόπων βήτα. Εν τω μεταξύ, η υψηλότερη ενέργεια διάσπασης των ραδιενεργών ισοτόπων βήτα είναι περίπου αρκετές δεκάδες κιλοηλεκτρονιοβολτ (KeV).

Αν και η απόδοση είναι 8.000 φορές υψηλότερη από αυτή των συμβατικών μπαταριών, η μικροπυρηνική μπαταρία εξακολουθεί να έχει περιορισμούς, επειδή η εξαιρετικά σύντομη διείσδυση στα στερεά προκαλεί την απώλεια μεγάλης ενέργειας από τα σωματίδια άλφα μέσω του φαινομένου της αυτοαπορρόφησης. Σύμφωνα με τον καθηγητή Vuong Thu Ao - επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας: «Το φαινόμενο της αυτοαπορρόφησης μειώνει την πραγματική χωρητικότητα της μικροπυρηνικής μπαταρίας ραδιοϊσοτόπων άλφα πολύ περισσότερο από τη θεωρητική».

462545951_502359769364359_3303031661309682622_n.jpg
Εικονογράφηση μιας μικροπυρηνικής μπαταρίας που δημιουργήθηκε από Κινέζους επιστήμονες. Πηγή φωτογραφίας: SCMP

Ο σχεδιασμός της μικροπυρηνικής μπαταρίας έχει ένα ενσωματωμένο στρώμα που λειτουργεί σαν ηλιακό κύτταρο για να αξιοποιήσει στο έπακρο την ακτινοβολία άλφα. Η ομάδα ενσωμάτωσε έναν μετατροπέα ενέργειας - ένα πολυμερές στρώμα που περιβάλλει το ισότοπο και μεταφέρει την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια της ακτινοβολίας. Μετατρέποντάς την σε φως και ηλεκτρική ενέργεια, όπως ένα φωτοβολταϊκό κύτταρο.

Σύμφωνα με αυτήν την έρευνα, χρησιμοποιώντας μόνο 11 μικροκιουρι (μCi) της συνθετικής ραδιενεργού ουσίας 243Am, το σύμπλοκο παρήγαγε φωταύγεια από ακτίνες άλφα που εκπέμπονταν από τη διαδικασία διάσπασης ισοτόπων. Σε ένα άλλο πείραμα, η ισχύς φωταύγειας προσδιορίστηκε σε 11,88 νανοβάτ (nW), με απόδοση μετατροπής της ενέργειας από τη διαδικασία διάσπασης σε φως που έφτανε το 3,43%.

Η ερευνητική ομάδα ανέφερε ότι η φωτοβολταϊκή πυρηνική μπαταρία που μετατρέπει την ακτινοβολία σε ηλεκτρική ενέργεια έχει μεγάλη διάρκεια ζωής και λειτουργεί ανεξάρτητα από τις μεταβολές της θερμοκρασίας. Συγκεκριμένα, η πειραματική μικροπυρηνική μπαταρία έχει συνολική απόδοση μετατροπής ισχύος 0,889% και παράγει 139 μικροβάτ/κιουρί.

Η μικροπυρηνική μπαταρία που αναπτύχθηκε από την ερευνητική ομάδα έχει επαληθευτεί αυστηρά μέσω θεωριών και πολλών πειραμάτων, δείχνοντας ότι η απόδοση μετατροπής ενέργειας είναι 8.000 φορές υψηλότερη από αυτή των συμβατικών δομών μπαταριών.

Ομοίως, ο μετατροπέας ισχύος είναι επίσης εξαιρετικά σταθερός, με τις παραμέτρους απόδοσης να παραμένουν σχεδόν σταθερές για περισσότερες από 200 ώρες συνεχούς λειτουργίας. Με χρόνο ημιζωής 243Am συνθετικού ραδιενεργού υλικού, η μικροπυρηνική μπαταρία έχει διάρκεια ζωής έως και αρκετούς αιώνες.

Δομή μπαταρίας (φωτογραφία 1), χαρακτηριστικά μετατροπέα ενέργειας (φωτογραφία 2), θεωρητικά και πειραματικά ερευνητικά αποτελέσματα (φωτογραφία 3) και αποτελέσματα απόδοσης μπαταρίας (φωτογραφία 4). Πηγή φωτογραφίας: China Key Research Laboratory of Nuclear Medicine and Radiation Safety.

«Αυτή είναι μια από τις σημαντικότερες ανακαλύψεις στις πυρηνικές μπαταρίες τις τελευταίες δεκαετίες», σχολίασε η China Science and Technology Daily . Η έρευνα όχι μόνο καλύπτει τις στρατηγικές και ασφαλείς ανάγκες της Κίνας για πυρηνική ενέργεια, αλλά προσφέρει επίσης μια νέα προσέγγιση στη χρήση πυρηνικών αποβλήτων και ακτινιδικών νουκλιδίων εκτός του κύκλου του πυρηνικού καυσίμου.

Η εφημερίδα SCMP αξιολόγησε ως εξής: «Οι μεγάλοι χρόνοι ημιζωής και η διάσπαση άλφα υψηλής ενέργειας ορισμένων ισοτόπων εκδηλώνονται με τη μορφή ραδιενεργού τοξικότητας των πυρηνικών αποβλήτων. Ωστόσο, αυτά τα ισότοπα εξακολουθούν να έχουν το πλεονέκτημα της μεγάλης διάρκειας ζωής και της υψηλής ενέργειας».

Ο καθηγητής Wang Shu Ao είναι ένας Κινέζος επιστήμονας που έχει σημειώσει σπουδαία επιτεύγματα σε έργα επεξεργασίας πυρηνικών αποβλήτων και λυμάτων, καθώς και στην έρευνα για την αντιμετώπιση καταστάσεων έκτακτης ανάγκης σε ατυχήματα. Έχει αφιερώσει πολλά χρόνια εστιάζοντας στις στρατηγικές ανάγκες της Κίνας για βιώσιμη και ασφαλή πυρηνική ανάπτυξη.

Κορυφαίος επιστήμονας νανοτεχνολογίας στον κόσμο εγκαταλείπει τις ΗΠΑ για να επιστρέψει στην πατρίδα του για να συνεισφέρει ΚΙΝΑ - Σε ηλικία 63 ετών, ο κ. Vuong Trung Lam, κορυφαίος επιστήμονας νανοτεχνολογίας στον κόσμο, αποφάσισε να επιστρέψει στην πατρίδα του μετά από σχεδόν 30 χρόνια εργασίας στις ΗΠΑ.