Nuklearne baterije
Još 1950-ih betavoltaiku — tehnologiju za izdvajanje energije beta zračenja — znanstvenici su smatrali osnovom za stvaranje novih izvora energije u budućnosti. Danas postoje stvarni temelji za pouzdanu tvrdnju da je uporaba kontroliranih nuklearnih reakcija sama po sebi sigurna. Ljudi već koriste desetke nuklearnih tehnologija u svakodnevnom životu, poput radioizotopskih detektora dima.
Tako su u ožujku 2014. znanstvenici Jae Kwon i Bek Kim sa Sveučilišta Missouri, Columbia, SAD, reproducirali prvi svjetski radni prototip kompaktnog izvora energije koji se temelji na stronciju-90 i vodi. U ovom slučaju, uloga vode je energetski pufer, što će biti objašnjeno u nastavku.
Nuklearna baterija radit će godinama bez održavanja i moći će proizvoditi električnu energiju zahvaljujući raspadu molekula vode u interakciji s beta česticama i drugim produktima raspada radioaktivnog stroncija-90.
Snaga takve baterije trebala bi biti sasvim dovoljna za napajanje električnih vozila, pa čak i svemirskih brodova.Tajna novog proizvoda leži u kombinaciji betavoltaike i prilično novog fizikalnog trenda — plazmonskih rezonatora.
Plazmoni se posljednjih nekoliko godina aktivno koriste u razvoju specifičnih optičkih uređaja, uključujući ultraučinkovite solarne ćelije, potpuno ravne leće i specijalne tiskarske boje s rezolucijom višestruko većom od osjetljivosti naših očiju. Plazmonski rezonatori su posebne strukture sposobne i apsorbirati i emitirati energiju u obliku svjetlosnih valova i u obliku drugih oblika elektromagnetskog zračenja.
Danas već postoje radioizotopni izvori energije koji pretvaraju energiju raspada atoma u električnu energiju, ali to se ne događa izravno, već kroz lanac međufizičkih međudjelovanja.
Tablete radioaktivnih tvari najprije zagrijavaju tijelo posude u kojoj se nalaze, zatim se ta toplina pomoću termoparova pretvara u električnu energiju.
U svakoj fazi pretvorbe gubi se ogromna količina energije; od toga, učinkovitost takvih radioizotopnih baterija ne prelazi 7%. Betavoltica se dugo nije koristila u praksi zbog vrlo brzog uništavanja dijelova baterije zračenjem.
Istraživanje je pokazalo da se ti raspadnuti dijelovi molekula vode mogu koristiti za izravno izvlačenje energije koju apsorbiraju kao rezultat sudara s beta česticama.
Da bi vodena nuklearna baterija radila, potrebna je posebna struktura od stotina mikroskopskih stupaca titanijevog oksida prekrivenih platinastim filmom, oblika sličnog češlju. U njegovim zupcima i na površini platinaste ljuske nalazi se mnoštvo mikropora kroz koje navedeni produkti razgradnje vode mogu prodrijeti u uređaj. Dakle, tijekom rada baterije, u "češlju" se odvija niz kemijskih reakcija - dolazi do razgradnje i stvaranja molekula vode, dok se slobodni elektroni pojavljuju i hvataju.
Energiju koja se oslobađa tijekom svih ovih reakcija "igle" apsorbiraju i pretvaraju u električnu energiju. Zbog plazmona koji se pojavljuju na površini stupova, a koji imaju posebna fizikalna svojstva, takva vodeno-nuklearna baterija postiže maksimalnu učinkovitost koja može iznositi 54%, što je gotovo deset puta više od klasičnih radioizotopnih izvora struje.
Ionsku otopinu koja se ovdje koristi vrlo je teško zamrznuti čak i na dovoljno niskim temperaturama okoline, što omogućuje korištenje baterija izrađenih novom tehnologijom za napajanje električnih vozila, a ako su pravilno pakirane, također iu svemirskim letjelicama za različite namjene.
Vrijeme poluraspada radioaktivnog stroncija-90 je otprilike 28 godina, tako da nuklearna baterija Kwona i Kima može raditi bez značajnog gubitka energije nekoliko desetljeća, uz smanjenje snage od samo 2% godišnje.Znanstvenici kažu da takvi parametri otvaraju jasnu perspektivu za sveprisutnost električnih vozila.