Nylig kunngjorde kinesiske forskere offisielt resultatene av forskningen sin på kjernekraftbatterier i tidsskriftet Nature . Følgelig utnyttet forskerteamet til professor Wang Shu Ao ved Dongwu University (Kina) alfastråler frigjort fra radioaktive isotoper for å lage denne typen batteri.

For tiden er alfa-radioaktive isotoper sterke «kandidater» for mikronukleære batterier, på grunn av deres høye henfallsenergi, fra 4 til 6 megaelektronvolt (MeV). Alfastrålingsenergi har potensial til å overgå beta-radioaktive isotopgruvedriftsenheter langt. Samtidig er den høyeste henfallsenergien for beta-radioaktive isotoper omtrent flere titalls kiloelektronvolt (KeV).

Selv om effektiviteten er 8000 ganger høyere enn for konvensjonelle batterier, har mikronukleære batterier fortsatt begrensninger fordi evnen til å trenge ekstremt kort inn i faste stoffer fører til at alfapartikler mister mye energi gjennom selvabsorberingseffekten. Ifølge professor Vuong Thu Ao – leder av forskerteamet: «Selvabsorberingseffekten reduserer den faktiske kapasiteten til alfaisotop-mikronukleære batterier mye mer enn den teoretiske.»

462545951_502359769364359_3303031661309682622_n.jpg
Illustrasjon av et mikroatombatteri laget av kinesiske forskere. Fotokilde: SCMP

Utformingen av det mikronukleære batteriet har et integrert lag som fungerer som en solcelle for å få mest mulig ut av alfastråling. Teamet har innlemmet en energiomformer – et polymerlag som omgir isotopen og som overfører energien som frigjøres under strålingen, ved å konvertere den til lys og elektrisitet, som en solcelle.

I følge denne forskningen produserte komplekset luminescens fra alfastråler sendt ut av isotopforfallsprosessen ved bruk av kun 11 mikrocurie (μCi). I et annet eksperiment ble luminescenseffekten bestemt til å være 11,88 nanowatt (nW), med en effektivitet for å konvertere energi fra forfallsprosessen til lys på 3,43 %.

Forskerteamet sa at det fotovoltaiske kjernebatteriet som konverterer stråling til elektrisk energi har lang levetid og opererer uavhengig av temperaturendringer. Mer spesifikt har det eksperimentelle mikronukleære batteriet en total effektkonverteringseffektivitet på 0,889 % og genererer 139 mikrowatt/curie.

Det mikronukleære batteriet som er utviklet av forskerteamet, har blitt grundig verifisert gjennom teorier og mange eksperimenter, noe som viser at energiomdanningseffektiviteten er 8000 ganger høyere enn for konvensjonelle batteristrukturer.

På samme måte er strømomformeren også svært stabil, ytelsesparametrene er nesten konstante i mer enn 200 timer kontinuerlig drift. Med en halveringstid på 243 Am for det syntetiske radioaktive stoffet, har det mikronukleære batteriet en levetid på opptil flere århundrer.

Batteristruktur (bilde 1), energiomformerens egenskaper (bilde 2), teoretiske og eksperimentelle forskningsresultater (bilde 3) og resultater av batteriets ytelse (bilde 4). Fotokilde: China Key Research Laboratory of Nuclear Medicine and Radiation Safety.

«Dette er et av de største gjennombruddene innen atombatterier de siste tiårene», kommenterte China Science and Technology Daily . Forskningen tar ikke bare for seg Kinas strategiske og sikkerhetsmessige behov for kjernekraft, men tilbyr også en ny tilnærming til bruk av atomavfall og aktinidnuklider utenfor kjernebrenselsyklusen.

Avisen SCMP vurderte dette slik: «Den lange halveringstiden og høyenergiske alfa-henfallet til noen isotoper manifesterer seg som radioaktiv toksisitet i atomavfall. Imidlertid har disse isotopene fortsatt fordelen med lang levetid og høy energi.»

Professor Wang Shu Ao er en kinesisk forsker som har oppnådd store resultater innen prosjekter innen atomavfall og avløpsrensing, samt forskning på beredskap ved ulykker. Han har brukt mange år på å fokusere på Kinas strategiske behov for bærekraftig og sikker atomutvikling.

Verdens ledende nanoteknologiforsker forlater USA for å reise hjem for å bidra KINA - I en alder av 63 år bestemte Vuong Trung Lam, verdens ledende nanoteknologiforsker, seg for å reise hjem etter nesten 30 år i USA.