Recientemente, científicos chinos anunciaron oficialmente los resultados de su investigación sobre baterías de energía nuclear en la revista Nature . El equipo de investigación del profesor Wang Shu Ao, de la Universidad de Dongwu (China), aprovechó los rayos alfa liberados por isótopos radiactivos para crear este tipo de batería.

Actualmente, los isótopos radiactivos alfa son candidatos prometedores para las baterías micronucleares debido a su alta energía de desintegración, de 4 a 6 megaelectronvoltios (MeV). La energía de la radiación alfa tiene el potencial de superar con creces la de los dispositivos de minería de isótopos radiactivos beta. Mientras tanto, la energía de desintegración más alta de un isótopo radiactivo beta es de varias decenas de kiloelectronvoltios (KeV).

Aunque su eficiencia es 8000 veces superior a la de las baterías convencionales, la batería micronuclear aún presenta limitaciones, ya que su capacidad de penetración en sólidos a una distancia extremadamente corta provoca que las partículas alfa pierdan mucha energía por autoabsorción. Según el profesor Vuong Thu Ao, jefe del equipo de investigación: «El efecto de autoabsorción reduce la capacidad real de la batería micronuclear de isótopos alfa mucho más que la teórica».

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Ilustración de una microbatería nuclear creada por científicos chinos. Fuente de la foto: SCMP

El diseño de la batería micronuclear cuenta con una capa integrada que actúa como una célula solar para aprovechar al máximo la radiación alfa. El equipo incorporó un convertidor de energía: una capa de polímero que rodea el isótopo y que transfiere la energía liberada durante la radiación, convirtiéndola en luz y electricidad, como una célula fotovoltaica.

Según esta investigación, utilizando tan solo 11 microcurios (μCi) de la sustancia radiactiva sintética 243Am, el complejo produjo luminiscencia a partir de los rayos alfa emitidos por el proceso de desintegración isotópica. En otro experimento, se determinó que la potencia de luminiscencia era de 11,88 nanovatios (nW), con una eficiencia de conversión de la energía del proceso de desintegración en luz del 3,43 %.

El equipo de investigación afirmó que la batería nuclear fotovoltaica, que convierte la radiación en energía eléctrica, tiene una larga vida útil y funciona independientemente de los cambios de temperatura. En concreto, la microbatería experimental tiene una eficiencia total de conversión de energía del 0,889 % y genera 139 microvatios/curio.

La batería micronuclear desarrollada por el equipo de investigación ha sido rigurosamente verificada a través de teorías y muchos experimentos, demostrando que su eficiencia de conversión de energía es 8.000 veces mayor que la de las estructuras de baterías convencionales.

De igual manera, el convertidor de potencia también es altamente estable, con parámetros de rendimiento prácticamente constantes durante más de 200 horas de funcionamiento continuo. Con una vida media de 243 Am de la sustancia radiactiva sintética, la batería micronuclear tiene una vida útil de hasta varios siglos.

Estructura de la batería (foto 1), características del convertidor de energía (foto 2), resultados de investigación teórica y experimental (foto 3) y resultados del rendimiento de la batería (foto 4). Fuente de la foto: Laboratorio Clave de Investigación de Medicina Nuclear y Seguridad Radiológica de China.

"Este es uno de los mayores avances en baterías nucleares de las últimas décadas", comentó el periódico China Science and Technology Daily . La investigación no solo aborda las necesidades estratégicas y de seguridad de China en materia de energía nuclear, sino que también ofrece un nuevo enfoque para el uso de residuos nucleares y nucleidos actínidos fuera del ciclo del combustible nuclear.

El periódico SCMP evaluó lo siguiente: "Las largas vidas medias y la desintegración alfa de alta energía de algunos isótopos se manifiestan como toxicidad radiactiva de los residuos nucleares. Sin embargo, estos isótopos aún ofrecen la ventaja de una larga vida y alta energía".

El profesor Wang Shu Ao es un científico chino con grandes logros en proyectos de tratamiento de residuos nucleares y aguas residuales, así como en la investigación sobre la respuesta a emergencias ante accidentes. Ha dedicado muchos años a las necesidades estratégicas de China para un desarrollo nuclear sostenible y seguro.

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