Nukleare batterier
Så langt tilbage som i 1950'erne blev betavoltaics - en teknologi til at udvinde energien fra betastråling - af videnskabsmænd anset for at være grundlaget for at skabe nye energikilder i fremtiden. I dag er der reelle grunde til selvsikkert at hævde, at brugen af kontrollerede nukleare reaktioner i sagens natur er sikker. Snesevis af nukleare teknologier bruges allerede af mennesker i hverdagen, såsom radioisotop røgdetektorer.
Så i marts 2014 reproducerede forskerne Jae Kwon og Bek Kim fra University of Missouri, Columbia, USA verdens første fungerende prototype af en kompakt strømkilde baseret på strontium-90 og vand. I dette tilfælde er vandets rolle en energibuffer, hvilket vil blive forklaret nedenfor.
Atombatteriet vil fungere i årevis uden vedligeholdelse og vil være i stand til at producere elektricitet på grund af nedbrydning af vandmolekyler, når de interagerer med beta-partikler og andre henfaldsprodukter af radioaktivt strontium-90.
Effekten af et sådant batteri skulle være fuldt ud tilstrækkelig til at drive elektriske køretøjer og endda rumskibe.Hemmeligheden bag det nye produkt ligger i kombinationen af betavoltaik og en ret ny fysiktrend - plasmonresonatorer.
Plasmoner er blevet brugt aktivt i de sidste par år i udviklingen af specifikke optiske enheder, herunder ultraeffektive solceller, helt flade linser og speciel trykfarve med en opløsning, der er mange gange højere end vores øjnes følsomhed. Plasmoniske resonatorer er specielle strukturer, der er i stand til både at absorbere og udsende energi i form af lysbølger og i form af andre former for elektromagnetisk stråling.
I dag findes der allerede radioisotop-energikilder, der omdanner energien fra atomernes henfald til elektricitet, men det sker ikke direkte, men gennem en kæde af mellemliggende fysiske interaktioner.
Først opvarmer tabletterne med radioaktive stoffer kroppen af den beholder, de er i, derefter omdannes denne varme til elektricitet ved hjælp af termoelementer.
En enorm mængde energi går tabt på hvert trin af konverteringen; heraf overstiger effektiviteten af sådanne radioisotopbatterier ikke 7 %. Betavoltica har længe ikke været brugt i praksis på grund af den meget hurtige ødelæggelse af batteridele ved stråling.
Forskning har vist, at disse henfaldne dele af vandmolekyler kan bruges til direkte at udvinde den energi, de absorberer som følge af kollisioner med beta-partikler.
For at vandkernebatteriet kan fungere, er det nødvendigt med en speciel struktur af hundredvis af mikroskopiske søjler af titaniumoxid dækket med en platinfilm, der ligner en kam i form. I dens tænder og på overfladen af platinskallen er der mange mikroporer, hvorigennem de angivne produkter af vandnedbrydning kan trænge ind i enheden. Så under batteriets drift finder en række kemiske reaktioner sted i "kammen" - nedbrydningen og dannelsen af vandmolekyler sker, mens frie elektroner opstår og fanges.
Den energi, der frigives under alle disse reaktioner, absorberes af "nålene" og omdannes til elektricitet. På grund af de plasmoner, der optræder på overfladen af søjlerne, med særlige fysiske egenskaber, når et sådant vand-nukleart batteri sin maksimale effektivitet, som kan være 54%, hvilket er næsten ti gange højere end klassiske radioisotopstrømkilder.
Den ioniske opløsning, der bruges her, er meget svær at fryse selv ved tilstrækkeligt lave omgivelsestemperaturer, hvilket gør det muligt at bruge batterier fremstillet med den nye teknologi til at drive elektriske køretøjer og, hvis de er pakket korrekt, også i rumfartøjer til forskellige formål.
Halveringstiden for radioaktivt strontium-90 er cirka 28 år, så Kwon og Kims atombatteri kan fungere uden væsentligt energitab i flere årtier med en effektreduktion på kun 2% om året.Forskere siger, at sådanne parametre åbner en klar udsigt til allestedsnærværende af elektriske køretøjer.