Onlangs hebben Chinese wetenschappers de resultaten van hun onderzoek naar kernenergiebatterijen officieel bekendgemaakt in het tijdschrift Nature . Het onderzoeksteam van professor Wang Shu Ao van de Dongwu Universiteit (China) maakte gebruik van alfastraling afkomstig van radioactieve isotopen om dit type batterij te ontwikkelen.

Alfa-radioactieve isotopen zijn momenteel veelbelovende "kandidaten" voor micronucleaire batterijen, vanwege hun hoge vervalenergie, van 4 tot 6 mega-elektronvolt (MeV). De energie van alfa-straling kan de energie van bèta-radioactieve isotopenmijnbouwmachines ver overtreffen. De hoogste vervalenergie van bèta-radioactieve isotopen ligt echter rond de tientallen kilo-elektronvolt (KeV).

Hoewel de efficiëntie 8000 keer hoger is dan die van conventionele batterijen, heeft de micronucleaire batterij nog steeds beperkingen. Het vermogen om extreem kort in vaste stoffen door te dringen, zorgt ervoor dat alfadeeltjes veel energie verliezen door het zelfabsorptie-effect. Professor Vuong Thu Ao, hoofd van het onderzoeksteam, zegt: "Het zelfabsorptie-effect vermindert de werkelijke capaciteit van de alfa-isotoop micronucleaire batterij veel meer dan de theoretische."

462545951_502359769364359_3303031661309682622_n.jpg
Illustratie van een micro-nucleaire batterij, ontwikkeld door Chinese wetenschappers. Fotobron: SCMP

Het ontwerp van de micronucleaire batterij heeft een geïntegreerde laag die als een zonnecel werkt om alfastraling optimaal te benutten. Het team integreerde een energieomvormer – een polymeerlaag rond de isotoop die de energie die vrijkomt bij de straling omzet in licht en elektriciteit, net als een fotovoltaïsche cel.

Volgens dit onderzoek produceerde het complex, met slechts 11 microcurie (μCi) van de synthetische radioactieve stof 243Am, luminescentie uit alfastraling die wordt uitgezonden door het isotopenvervalproces. In een ander experiment werd het luminescentievermogen bepaald op 11,88 nanowatt (nW), met een efficiëntie van 3,43% voor het omzetten van energie uit het vervalproces in licht.

Het onderzoeksteam stelde dat de fotovoltaïsche kernbatterij, die straling omzet in elektrische energie, een lange levensduur heeft en onafhankelijk van temperatuurschommelingen werkt. De experimentele micronucleaire batterij heeft een totale energieomzettingsefficiëntie van 0,889% en genereert 139 microwatt/curie.

De door het onderzoeksteam ontwikkelde micronucleaire batterij is grondig geverifieerd aan de hand van theorieën en vele experimenten, waaruit blijkt dat de energieomzettingsefficiëntie 8.000 keer hoger ligt dan die van conventionele batterijstructuren.

De vermogensomvormer is eveneens zeer stabiel; de prestatieparameters blijven vrijwel constant gedurende meer dan 200 uur continu gebruik. Met een halfwaardetijd van 243 μm van de synthetische radioactieve stof heeft de micronucleaire batterij een levensduur van enkele eeuwen.

Batterijstructuur (foto 1), kenmerken van de energieomzetter (foto 2), theoretische en experimentele onderzoeksresultaten (foto 3) en batterijprestaties (foto 4). Fotobron: China Key Research Laboratory of Nuclear Medicine and Radiation Safety.

"Dit is een van de belangrijkste doorbraken in kernbatterijen van de afgelopen decennia", aldus de China Science and Technology Daily . Het onderzoek richt zich niet alleen op China's strategische en veiligheidsbehoeften op het gebied van kernenergie, maar biedt ook een nieuwe benadering voor het gebruik van kernafval en actiniden buiten de kernbrandstofcyclus.

De krant SCMP oordeelde als volgt: "De lange halfwaardetijden en het hoogenergetische alfaverval van sommige isotopen manifesteren zich als radioactieve toxiciteit van kernafval. Deze isotopen bieden echter nog steeds het voordeel van een lange levensduur en hoge energie."

Professor Wang Shu Ao is een Chinese wetenschapper die grote successen heeft geboekt op het gebied van kernafval- en afvalwaterzuiveringsprojecten, en onderzoek heeft gedaan naar noodhulp bij ongevallen. Hij heeft zich jarenlang gericht op de strategische behoeften van China aan duurzame en veilige nucleaire ontwikkeling.

's Werelds meest vooraanstaande nanotechnologiewetenschapper verlaat de VS en keert terug naar huis om een ​​bijdrage te leveren CHINA - Op 63-jarige leeftijd besloot de heer Vuong Trung Lam, 's werelds meest vooraanstaande nanotechnologiewetenschapper, om terug te keren naar huis na bijna 30 jaar in de VS te hebben gewerkt.