Bateri nuklear
Setakat 1950-an, betavoltaics — teknologi untuk mengekstrak tenaga sinaran beta — dianggap oleh saintis sebagai asas untuk mencipta sumber tenaga baharu pada masa hadapan. Hari ini, terdapat alasan sebenar untuk dengan yakin menegaskan bahawa penggunaan tindak balas nuklear terkawal sememangnya selamat. Berpuluh-puluh teknologi nuklear telah digunakan oleh manusia dalam kehidupan seharian, seperti pengesan asap radioisotop.
Jadi, pada Mac 2014, saintis Jae Kwon dan Bek Kim dari University of Missouri, Columbia, Amerika Syarikat mengeluarkan semula prototaip kerja pertama di dunia bagi sumber kuasa padat berdasarkan strontium-90 dan air. Dalam kes ini, peranan air adalah penampan tenaga, yang akan dijelaskan di bawah.
Bateri nuklear akan beroperasi selama bertahun-tahun tanpa penyelenggaraan dan akan dapat menghasilkan elektrik disebabkan oleh pecahan molekul air kerana ia berinteraksi dengan zarah beta dan produk pereputan lain strontium-90 radioaktif.
Kuasa bateri sedemikian sepatutnya mencukupi sepenuhnya untuk menggerakkan kenderaan elektrik dan juga kapal angkasa.Rahsia produk baharu itu terletak pada gabungan betavoltaik dan trend fizik yang agak baharu — resonator plasmon.
Plasmon telah digunakan secara aktif dalam beberapa tahun kebelakangan ini dalam pembangunan peranti optik khusus, termasuk sel suria ultra-cekap, kanta leper sepenuhnya dan dakwat percetakan khas dengan resolusi berkali ganda lebih tinggi daripada kepekaan mata kita. Resonator plasmonik ialah struktur khas yang mampu menyerap dan memancarkan tenaga dalam bentuk gelombang cahaya dan dalam bentuk sinaran elektromagnet lain.
Hari ini, sudah ada sumber tenaga radioisotop yang menukar tenaga pereputan atom kepada elektrik, tetapi ini tidak berlaku secara langsung, tetapi melalui rantaian interaksi fizikal pertengahan.
Pertama, tablet bahan radioaktif memanaskan badan bekas yang berada di dalamnya, kemudian haba ini ditukar menjadi elektrik melalui termokopel.
Sebilangan besar tenaga hilang pada setiap peringkat penukaran; daripada ini, kecekapan bateri radioisotop tersebut tidak melebihi 7%. Betavoltica telah lama tidak digunakan dalam amalan kerana pemusnahan bahagian bateri yang sangat cepat oleh sinaran.
Penyelidikan telah menunjukkan bahawa bahagian molekul air yang reput ini boleh digunakan untuk mengekstrak secara langsung tenaga yang diserapnya akibat perlanggaran dengan zarah beta.
Untuk membolehkan bateri nuklear air berfungsi, struktur khas beratus-ratus lajur mikroskopik titanium oksida yang ditutup dengan filem platinum, sama dalam bentuk sikat, diperlukan. Dalam giginya dan pada permukaan cangkang platinum, terdapat banyak liang mikro yang melaluinya produk penguraian air yang ditunjukkan boleh menembusi ke dalam peranti. Jadi, semasa operasi bateri, beberapa tindak balas kimia berlaku dalam "sikat" - penguraian dan pembentukan molekul air berlaku, manakala elektron bebas timbul dan ditangkap.
Tenaga yang dikeluarkan semasa semua tindak balas ini diserap oleh "jarum" dan ditukar kepada elektrik. Oleh kerana plasmon yang muncul di permukaan tiang, mempunyai sifat fizikal khas, bateri nuklear air tersebut mencapai kecekapan maksimumnya, yang boleh menjadi 54%, yang hampir sepuluh kali lebih tinggi daripada sumber arus radioisotop klasik.
Penyelesaian ionik yang digunakan di sini adalah sangat sukar untuk dibekukan walaupun pada suhu ambien yang cukup rendah, menjadikannya mungkin untuk menggunakan bateri yang dibuat dengan teknologi baharu untuk menggerakkan kenderaan elektrik dan, jika dibungkus dengan betul, juga dalam kapal angkasa untuk tujuan yang berbeza.
Separuh hayat strontium-90 radioaktif adalah kira-kira 28 tahun, jadi bateri nuklear Kwon dan Kim boleh beroperasi tanpa kehilangan tenaga yang ketara selama beberapa dekad, dengan pengurangan kuasa hanya 2% setahun.Para saintis mengatakan bahawa parameter sedemikian membuka prospek yang jelas untuk kewujudan kenderaan elektrik di mana-mana.