Récemment, des scientifiques chinois ont officiellement annoncé les résultats de leurs recherches sur les batteries nucléaires dans la revue Nature . L'équipe de recherche du professeur Wang Shu Ao, de l'Université de Dongwu (Chine), a ainsi exploité les rayons alpha émis par des isotopes radioactifs pour créer ce type de batterie.

Actuellement, les isotopes radioactifs alpha sont de prometteurs candidats pour les batteries micronucléaires, en raison de leur énergie de désintégration élevée, comprise entre 4 et 6 mégaélectronvolts (MeV). L'énergie du rayonnement alpha pourrait largement dépasser celle des dispositifs d'extraction d'isotopes radioactifs bêta. Par ailleurs, l'énergie de désintégration d'un isotope radioactif bêta la plus élevée est de l'ordre de plusieurs dizaines de kiloélectronvolts (KeV).

Bien que son rendement soit 8 000 fois supérieur à celui des batteries classiques, la batterie micronucléaire présente encore des limites : sa capacité à pénétrer très près des solides entraîne une perte d'énergie importante des particules alpha par auto-absorption. Selon le professeur Vuong Thu Ao, responsable de l'équipe de recherche : « L'auto-absorption réduit la capacité réelle de la batterie micronucléaire à isotopes alpha bien plus que sa capacité théorique. »

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Illustration d'une micropile nucléaire créée par des scientifiques chinois. Source : SCMP

La conception de la batterie micronucléaire intègre une couche qui agit comme une cellule solaire pour exploiter au mieux le rayonnement alpha. L'équipe a intégré un convertisseur d'énergie : une couche polymère entourant l'isotope qui transfère l'énergie libérée lors du rayonnement en la convertissant en lumière et en électricité, à la manière d'une cellule photovoltaïque.

Selon cette recherche, utilisant seulement 11 microcuries (μCi) de la substance radioactive synthétique 243Am, le complexe a produit une luminescence à partir des rayons alpha émis par la désintégration isotopique. Lors d'une autre expérience, la puissance de luminescence a été déterminée à 11,88 nanowatts (nW), avec un rendement de conversion de l'énergie issue de la désintégration en lumière atteignant 3,43 %.

L'équipe de recherche a déclaré que la batterie nucléaire photovoltaïque, qui convertit le rayonnement en énergie électrique, a une longue durée de vie et fonctionne indépendamment des variations de température. Plus précisément, la batterie micronucléaire expérimentale affiche un rendement de conversion d'énergie total de 0,889 % et génère 139 microwatts/curie.

La batterie micronucléaire développée par l'équipe de recherche a été rigoureusement vérifiée par des théories et de nombreuses expériences, montrant que son efficacité de conversion énergétique est 8 000 fois supérieure à celle des structures de batteries conventionnelles.

De même, le convertisseur de puissance est très stable : ses paramètres de performance restent quasiment constants pendant plus de 200 heures de fonctionnement continu. La demi-vie de la substance radioactive synthétique étant de 243 Am, la durée de vie de la batterie micronucléaire peut atteindre plusieurs siècles.

Structure de la batterie (photo 1), caractéristiques du convertisseur d'énergie (photo 2), résultats de recherche théorique et expérimentale (photo 3) et performances de la batterie (photo 4). Source : Laboratoire de recherche clé de médecine nucléaire et de radioprotection de Chine.

« Il s'agit de l'une des avancées majeures des dernières décennies dans le domaine des batteries nucléaires », a commenté le China Science and Technology Daily . Cette recherche répond non seulement aux besoins stratégiques et de sécurité de la Chine en matière d'énergie nucléaire, mais propose également une nouvelle approche de l'utilisation des déchets nucléaires et des nucléides actinides en dehors du cycle du combustible nucléaire.

Le journal SCMP a évalué ce qui suit : « La longue demi-vie et la désintégration alpha à haute énergie de certains isotopes se traduisent par une toxicité radioactive des déchets nucléaires. Cependant, ces isotopes présentent toujours l’avantage d’une longue durée de vie et d’une énergie élevée. »

Le professeur Wang Shu Ao est un scientifique chinois qui a réalisé d'importantes avancées dans les projets de traitement des déchets nucléaires et des eaux usées, ainsi que dans la recherche sur les interventions d'urgence en cas d'accident. Il a consacré de nombreuses années à se concentrer sur les besoins stratégiques de la Chine en matière de développement nucléaire durable et sûr.

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