Πυρηνικές μπαταρίες
Ήδη από τη δεκαετία του 1950, τα β-βολταϊκά - μια τεχνολογία για την εξαγωγή της ενέργειας της ακτινοβολίας βήτα - θεωρούνταν από τους επιστήμονες ως η βάση για τη δημιουργία νέων πηγών ενέργειας στο μέλλον. Σήμερα, υπάρχουν πραγματικοί λόγοι για να ισχυριστεί κανείς με σιγουριά ότι η χρήση ελεγχόμενων πυρηνικών αντιδράσεων είναι εγγενώς ασφαλής. Δεκάδες πυρηνικές τεχνολογίες χρησιμοποιούνται ήδη από τους ανθρώπους στην καθημερινή ζωή, όπως οι ανιχνευτές καπνού ραδιοϊσοτόπων.
Έτσι, τον Μάρτιο του 2014, οι επιστήμονες Jae Kwon και Bek Kim από το Πανεπιστήμιο του Missouri, Columbia, ΗΠΑ αναπαρήγαγαν το πρώτο λειτουργικό πρωτότυπο στον κόσμο μιας συμπαγούς πηγής ενέργειας με βάση το στρόντιο-90 και το νερό. Στην περίπτωση αυτή, ο ρόλος του νερού είναι ένα ενεργειακό ρυθμιστικό διάλυμα, το οποίο θα εξηγηθεί παρακάτω.
Η πυρηνική μπαταρία θα λειτουργεί για χρόνια χωρίς συντήρηση και θα μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια λόγω της διάσπασης των μορίων του νερού καθώς αλληλεπιδρούν με σωματίδια βήτα και άλλα προϊόντα διάσπασης του ραδιενεργού στροντίου-90.
Η ισχύς μιας τέτοιας μπαταρίας θα πρέπει να είναι πλήρως επαρκής για την τροφοδοσία ηλεκτρικών οχημάτων, ακόμη και διαστημόπλοιων.Το μυστικό του νέου προϊόντος βρίσκεται στον συνδυασμό των βήταβολταϊκών και μιας αρκετά νέας τάσης της φυσικής - των αντηχείων πλασμονίου.
Τα Plasmons έχουν χρησιμοποιηθεί ενεργά τα τελευταία χρόνια στην ανάπτυξη συγκεκριμένων οπτικών συσκευών, συμπεριλαμβανομένων εξαιρετικά αποδοτικών ηλιακών κυψελών, εντελώς επίπεδων φακών και ειδικού μελανιού εκτύπωσης με ανάλυση πολλαπλάσια από την ευαισθησία των ματιών μας. Οι πλασμονικοί συντονιστές είναι ειδικές δομές ικανές τόσο να απορροφούν όσο και να εκπέμπουν ενέργεια με τη μορφή κυμάτων φωτός και με τη μορφή άλλων μορφών ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.
Σήμερα, υπάρχουν ήδη πηγές ενέργειας ραδιοϊσοτόπων που μετατρέπουν την ενέργεια της διάσπασης των ατόμων σε ηλεκτρική ενέργεια, αλλά αυτό δεν συμβαίνει άμεσα, αλλά μέσω μιας αλυσίδας ενδιάμεσων φυσικών αλληλεπιδράσεων.
Πρώτα, οι ταμπλέτες ραδιενεργών ουσιών θερμαίνουν το σώμα του δοχείου στο οποίο βρίσκονται και στη συνέχεια αυτή η θερμότητα μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω θερμοζευγών.
Ένα τεράστιο ποσό ενέργειας χάνεται σε κάθε στάδιο της μετατροπής. Από αυτό, η απόδοση τέτοιων μπαταριών ραδιοϊσοτόπων δεν υπερβαίνει το 7%. Το Betavoltica δεν χρησιμοποιείται εδώ και πολύ καιρό στην πράξη λόγω της πολύ γρήγορης καταστροφής των εξαρτημάτων της μπαταρίας από την ακτινοβολία.
Η έρευνα έχει δείξει ότι αυτά τα αποσυντιθέμενα μέρη των μορίων του νερού μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την άμεση εξαγωγή της ενέργειας που απορροφούν ως αποτέλεσμα των συγκρούσεων με σωματίδια βήτα.
Για να λειτουργήσει η πυρηνική μπαταρία νερού, χρειάζεται μια ειδική δομή από εκατοντάδες μικροσκοπικές στήλες οξειδίου του τιτανίου καλυμμένες με μια μεμβράνη πλατίνας, παρόμοιας μορφής με μια χτένα. Στα δόντια του και στην επιφάνεια του κελύφους πλατίνας, υπάρχουν πολλοί μικροπόροι μέσω των οποίων τα υποδεικνυόμενα προϊόντα αποσύνθεσης νερού μπορούν να διεισδύσουν στη συσκευή. Έτσι, κατά τη λειτουργία της μπαταρίας, μια σειρά από χημικές αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα στη "χτένα" - συμβαίνει η αποσύνθεση και ο σχηματισμός μορίων νερού, ενώ ελεύθερα ηλεκτρόνια προκύπτουν και συλλαμβάνονται.
Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια όλων αυτών των αντιδράσεων απορροφάται από τις «βελόνες» και μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Λόγω των πλασμονίων που εμφανίζονται στην επιφάνεια των πυλώνων, με ειδικές φυσικές ιδιότητες, μια τέτοια μπαταρία νερού-πυρηνικής μπαταρίας φτάνει τη μέγιστη απόδοσή της, η οποία μπορεί να είναι 54%, η οποία είναι σχεδόν δέκα φορές υψηλότερη από τις κλασσικές πηγές ρεύματος ραδιοϊσοτόπων.
Το ιονικό διάλυμα που χρησιμοποιείται εδώ είναι πολύ δύσκολο να παγώσει ακόμη και σε αρκετά χαμηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος, καθιστώντας δυνατή τη χρήση μπαταριών που κατασκευάζονται με τη νέα τεχνολογία για την τροφοδοσία ηλεκτρικών οχημάτων και, εάν είναι σωστά συσκευασμένα, και σε διαστημόπλοια για διαφορετικούς σκοπούς.
Ο χρόνος ημιζωής του ραδιενεργού στροντίου-90 είναι περίπου 28 χρόνια, επομένως η πυρηνική μπαταρία του Kwon και του Kim μπορεί να λειτουργεί χωρίς σημαντική απώλεια ενέργειας για αρκετές δεκαετίες, με μείωση ισχύος μόνο 2% ετησίως.Οι επιστήμονες λένε ότι τέτοιες παράμετροι ανοίγουν μια σαφή προοπτική για την πανταχού παρουσία των ηλεκτρικών οχημάτων.