nükleer piller
1950'lerde, beta radyasyonunun enerjisini çıkarmak için bir teknoloji olan betavoltaikler, bilim adamları tarafından gelecekte yeni enerji kaynakları yaratmanın temeli olarak görülüyordu. Bugün, kontrollü nükleer reaksiyonların kullanımının doğası gereği güvenli olduğunu güvenle iddia etmek için gerçek gerekçeler var. Radyoizotop duman dedektörleri gibi düzinelerce nükleer teknoloji, insanlar tarafından günlük yaşamda zaten kullanılmaktadır.
Böylece, Mart 2014'te ABD, Columbia, Missouri Üniversitesi'nden bilim adamları Jae Kwon ve Bek Kim, stronsiyum-90 ve suya dayalı dünyanın ilk çalışan kompakt güç kaynağı prototipini yeniden ürettiler. Bu durumda suyun rolü, aşağıda açıklanacak olan bir enerji tamponudur.
Nükleer pil yıllarca bakım gerektirmeden çalışacak ve su moleküllerinin beta parçacıkları ve radyoaktif stronsiyum-90'ın diğer bozunma ürünleri ile etkileşime girerken parçalanması nedeniyle elektrik üretebilecek.
Böyle bir pilin gücü, elektrikli araçlara ve hatta uzay gemilerine güç sağlamak için tamamen yeterli olmalıdır.Yeni ürünün sırrı, betavoltaiklerin ve oldukça yeni bir fizik trendi olan plazmon rezonatörlerin kombinasyonunda yatmaktadır.
Plazmonlar, son birkaç yılda ultra verimli güneş pilleri, tamamen düz lensler ve gözlerimizin hassasiyetinden çok daha yüksek çözünürlüğe sahip özel baskı mürekkebi dahil olmak üzere belirli optik cihazların geliştirilmesinde aktif olarak kullanılmaktadır. Plazmonik rezonatörler, ışık dalgaları biçiminde ve diğer elektromanyetik radyasyon biçimleri biçiminde enerjiyi hem soğurma hem de yayma yeteneğine sahip özel yapılardır.
Bugün, atomların bozunma enerjisini elektriğe dönüştüren radyoizotop enerji kaynakları zaten var, ancak bu doğrudan değil, bir ara fiziksel etkileşimler zinciri yoluyla oluyor.
Radyoaktif madde tabletleri önce bulundukları kabın gövdesini ısıtır, sonra bu ısı termokupllar vasıtasıyla elektriğe çevrilir.
Dönüşümün her aşamasında büyük miktarda enerji kaybedilir; bu tür radyoizotop pillerin verimliliği %7'yi geçmez. Betavoltica, pil parçalarının radyasyonla çok hızlı bir şekilde tahrip olması nedeniyle uzun süredir pratikte kullanılmamaktadır.
Araştırmalar, su moleküllerinin çürüyen bu kısımlarının, beta parçacıklarıyla çarpışmaları sonucunda soğurdukları enerjiyi doğrudan çıkarmak için kullanılabileceğini göstermiştir.
Su nükleer pilinin çalışması için, tarağa benzer şekilde bir platin filmle kaplanmış yüzlerce mikroskobik titanyum oksit kolonundan oluşan özel bir yapıya ihtiyaç vardır. Dişlerinde ve platin kabuğun yüzeyinde, belirtilen su ayrışma ürünlerinin cihaza girebileceği birçok mikro gözenek vardır. Böylece, pilin çalışması sırasında, "tarak" içinde bir dizi kimyasal reaksiyon meydana gelir - su moleküllerinin ayrışması ve oluşumu meydana gelirken, serbest elektronlar ortaya çıkar ve yakalanır.
Tüm bu reaksiyonlar sırasında açığa çıkan enerji "iğneler" tarafından emilir ve elektriğe dönüştürülür. Özel fiziksel özelliklere sahip sütunların yüzeyinde görünen plazmonlar nedeniyle, böyle bir su-nükleer pil, klasik radyoizotop akım kaynaklarından neredeyse on kat daha yüksek olan% 54 olabilen maksimum verimliliğine ulaşır.
Burada kullanılan iyonik çözeltinin yeterince düşük ortam sıcaklıklarında bile donması çok zordur, bu da yeni teknolojiyle üretilen pillerin elektrikli araçlara güç sağlamak için ve uygun şekilde paketlenirse uzay gemilerinde farklı amaçlar için kullanılmasını mümkün kılar.
Radyoaktif stronsiyum-90'ın yarı ömrü yaklaşık 28 yıldır, bu nedenle Kwon ve Kim'in nükleer pili, yılda yalnızca %2'lik bir güç azalmasıyla birkaç on yıl önemli bir enerji kaybı olmadan çalışabilir.Bilim adamları, bu tür parametrelerin elektrikli araçların her yerde bulunabilmesi için açık bir olasılık açtığını söylüyor.