Chińscy naukowcy oficjalnie ogłosili niedawno wyniki swoich badań nad bateriami jądrowymi w czasopiśmie „Nature” . Zespół badawczy profesora Wang Shu Ao z Uniwersytetu Dongwu (Chiny) wykorzystał promieniowanie alfa uwalniane przez izotopy promieniotwórcze do stworzenia tego typu baterii.

Obecnie izotopy promieniotwórcze alfa są obiecującymi „kandydatami” do wykorzystania w bateriach mikrojądrowych ze względu na wysoką energię rozpadu, wynoszącą od 4 do 6 megaelektronowoltów (MeV). Energia promieniowania alfa ma potencjał znacznie przewyższający energię urządzeń do wydobywania izotopów beta. Tymczasem najwyższa energia rozpadu izotopu beta wynosi około kilkudziesięciu kiloelektronowoltów (KeV).

Chociaż wydajność jest 8000 razy wyższa niż w przypadku konwencjonalnych baterii, bateria mikrojądrowa wciąż ma ograniczenia, ponieważ zdolność do penetracji ciał stałych na bardzo małą odległość powoduje, że cząstki alfa tracą dużo energii w wyniku efektu samoabsorpcji. Według profesora Vuong Thu Ao, kierownika zespołu badawczego: „Efekt samoabsorpcji zmniejsza rzeczywistą pojemność baterii mikrojądrowej z izotopami alfa znacznie bardziej niż teoretyczna”.

462545951_502359769364359_3303031661309682622_n.jpg
Ilustracja przedstawiająca mikrobaterię jądrową stworzoną przez chińskich naukowców. Źródło zdjęcia: SCMP

Konstrukcja baterii mikrojądrowej ma zintegrowaną warstwę, która działa jak ogniwo słoneczne, aby maksymalnie wykorzystać promieniowanie alfa. Zespół zastosował konwerter energii – warstwę polimerową otaczającą izotop, która przekazuje energię uwalnianą podczas promieniowania, przekształcając ją w światło i energię elektryczną, podobnie jak ogniwo fotowoltaiczne.

Zgodnie z wynikami tych badań, przy użyciu zaledwie 11 mikrokiurów (μCi) syntetycznej substancji radioaktywnej 243Am, kompleks wytwarzał luminescencję z promieni alfa emitowanych w procesie rozpadu izotopu. W innym eksperymencie moc luminescencji wyniosła 11,88 nanowatów (nW), a sprawność konwersji energii z procesu rozpadu na światło sięgnęła 3,43%.

Zespół badawczy stwierdził, że fotowoltaiczna bateria jądrowa, która przetwarza promieniowanie na energię elektryczną, ma długą żywotność i działa niezależnie od zmian temperatury. Eksperymentalna bateria mikrojądrowa ma całkowitą sprawność konwersji energii wynoszącą 0,889% i generuje 139 mikrowatów/kiur.

Opracowana przez zespół badawczy bateria mikrojądrowa została rygorystycznie zweryfikowana za pomocą teorii i licznych eksperymentów. Wykazały one, że jej wydajność konwersji energii jest 8000 razy wyższa niż w przypadku konwencjonalnych konstrukcji baterii.

Podobnie, przetwornica mocy charakteryzuje się wysoką stabilnością, a parametry pracy są niemal stałe przez ponad 200 godzin ciągłej pracy. Przy okresie półtrwania syntetycznej substancji radioaktywnej wynoszącym 243Am, bateria mikrojądrowa ma żywotność sięgającą kilkuset lat.

Struktura baterii (zdjęcie 1), charakterystyka przetwornika energii (zdjęcie 2), wyniki badań teoretycznych i eksperymentalnych (zdjęcie 3) oraz wyniki dotyczące wydajności baterii (zdjęcie 4). Źródło zdjęcia: Chińskie Kluczowe Laboratorium Badań Medycyny Nuklearnej i Bezpieczeństwa Radiacyjnego.

„To jeden z największych przełomów w dziedzinie baterii jądrowych ostatnich dekad” – skomentował dziennik „China Science and Technology Daily” . Badania te nie tylko odpowiadają na strategiczne i bezpieczeństwa potrzeby Chin w zakresie energetyki jądrowej, ale także oferują nowe podejście do wykorzystania odpadów jądrowych i nuklidów aktynowców poza cyklem paliwowym.

Gazeta SCMP oceniła to następująco: „Długie okresy półtrwania i wysokoenergetyczny rozpad alfa niektórych izotopów objawiają się radioaktywną toksycznością odpadów jądrowych. Jednak izotopy te nadal oferują zaletę długiego okresu życia i wysokiej energii”.

Profesor Wang Shu Ao to chiński naukowiec, który osiągnął znaczące sukcesy w projektach dotyczących odpadów jądrowych i oczyszczania ścieków, a także w badaniach nad reagowaniem kryzysowym na awarie. Przez wiele lat koncentrował się na strategicznych potrzebach Chin w zakresie zrównoważonego i bezpiecznego rozwoju energetyki jądrowej.

Wiodący na świecie naukowiec zajmujący się nanotechnologią opuszcza USA, aby wrócić do domu i wnieść swój wkład w CHINY - W wieku 63 lat pan Vuong Trung Lam, wiodący na świecie naukowiec zajmujący się nanotechnologią, postanowił wrócić do domu po prawie 30 latach pracy w USA.