Nyligen tillkännagav kinesiska forskare officiellt resultaten av sin forskning om kärnenergibatterier i tidskriften Nature . Följaktligen utnyttjade forskargruppen under ledning av professor Wang Shu Ao vid Dongwu University (Kina) alfastrålar som frigörs från radioaktiva isotoper för att skapa denna typ av batteri.

För närvarande är alfaradioaktiva isotoper starka "kandidater" för mikronukleära batterier, på grund av deras höga sönderfallsenergi, från 4 till 6 megaelektronvolt (MeV). Alfastrålningsenergin har potential att vida överstiga betaradioaktiva isotopbrytningsenheter. Samtidigt är den högsta sönderfallsenergin för betaradioaktiva isotoper ungefär flera tiotals kiloelektronvolt (KeV).

Även om effektiviteten är 8 000 gånger högre än för konventionella batterier, har mikrokärnbatterier fortfarande begränsningar eftersom förmågan att penetrera extremt kort in i fasta ämnen gör att alfapartiklar förlorar mycket energi genom självabsorptionseffekten. Enligt professor Vuong Thu Ao – chef för forskargruppen: ”Självabsorptionseffekten minskar den faktiska kapaciteten hos alfaisotopmikrokärnbatterier mycket mer än den teoretiska.”

462545951_502359769364359_3303031661309682622_n.jpg
Illustration av ett mikrokärnbatteri skapat av kinesiska forskare. Bildkälla: SCMP

Mikrokärnbatteriets design har ett integrerat lager som fungerar som en solcell för att utnyttja alfastrålning maximalt. Teamet införlivade en energiomvandlare – ett polymerlager som omger isotopen och som överför den energi som frigörs under strålningen till ljus och elektricitet, likt en solcell.

Enligt denna forskning producerade komplexet luminescens från alfastrålar som emitteras av isotopsönderfallsprocessen med endast 11 mikrocurie (μCi). I ett annat experiment bestämdes luminescenseffekten till 11,88 nanowatt (nW), med en effektivitet för att omvandla energi från sönderfallsprocessen till ljus på 3,43 %.

Forskargruppen sa att det solcellsbaserade kärnbatteriet som omvandlar strålning till elektrisk energi har en lång livslängd och fungerar oberoende av temperaturförändringar. Mer specifikt har det experimentella mikrokärnbatteriet en total effektomvandlingseffektivitet på 0,889 % och genererar 139 mikrowatt/curie.

Det mikronukleära batteriet som forskargruppen utvecklat har noggrant verifierats genom teorier och många experiment, vilket visar att dess energiomvandlingseffektivitet är 8 000 gånger högre än för konventionella batteristrukturer.

På samma sätt är kraftomvandlaren också mycket stabil, prestandaparametrarna är nästan konstanta i mer än 200 timmars kontinuerlig drift. Med en halveringstid för det syntetiska radioaktiva ämnet på 243 Am har mikrokärnbatteriet en livslängd på upp till flera århundraden.

Batteristruktur (foto 1), energiomvandlarens egenskaper (foto 2), teoretiska och experimentella forskningsresultat (foto 3) och batteriprestandaresultat (foto 4). Bildkälla: China Key Research Laboratory of Nuclear Medicine and Radiation Safety.

"Detta är ett av de största genombrotten inom kärnkraftsbatterier under de senaste decennierna", kommenterade China Science and Technology Daily . Forskningen tar inte bara upp Kinas strategiska och säkerhetsmässiga behov av kärnkraft, utan erbjuder också en ny metod för användning av kärnavfall och aktinidnuklider utanför kärnbränslecykeln.

Tidningen SCMP bedömde följande: "De långa halveringstiderna och alfasönderfallet med hög energi hos vissa isotoper manifesterar sig som radioaktiv toxicitet hos kärnavfall. Dessa isotoper har dock fortfarande fördelen med lång livslängd och hög energi."

Professor Wang Shu Ao är en kinesisk forskare som har gjort stora framsteg inom kärnavfalls- och avloppsreningsprojekt, samt forskning om katastrofinsatser vid olyckor. Han har ägnat många år åt att fokusera på Kinas strategiska behov av hållbar och säker kärnkraftsutveckling.

Världens ledande nanoteknikforskare lämnar USA för att återvända hem för att bidra KINA - Vid 63 års ålder beslutade sig Vuong Trung Lam, världens ledande nanoteknikforskare, för att återvända hem efter nästan 30 års arbete i USA.