Baterie niczym z komiksu Marvela. Źródłem energii są światło i odpady radioaktywne

Opracowana bateria działa na zasadzie dwustopniowej konwersji energii. Proces rozpoczyna się od absorpcji promieniowania gamma emitowanego przez odpady nuklearne przez specjalne kryształy scyntylacyjne. Kryształy te mają wyjątkową właściwość - po pochłonięciu wysokoenergetycznego promieniowania jonizującego emitują światło widzialne. W drugim etapie emitowane światło jest przechwytywane przez ogniwa fotowoltaiczne (słoneczne), które przekształcają je w prąd elektryczny.

Ten dwustopniowy proces przypomina mechanizm działania przedmiotów świecących w ciemności, z tą istotną różnicą, że zamiast pochłaniania światła słonecznego system wykorzystuje wysokoenergetyczne promieniowanie gamma. Co ważne sama bateria nie zawiera materiałów radioaktywnych, co czyni ją bezpieczną w obsłudze - wykorzystuje jedynie promieniowanie gamma obecne w otoczeniu.

Prototyp opracowany przez naukowców jest zaskakująco mały - ma objętość zaledwie 4 cm³, co można porównać do wielkości kostki cukru. Mimo niewielkich rozmiarów urządzenie wykazuje imponującą zdolność do przetwarzania promieniowania na użyteczną energię elektryczną. Kluczowym elementem konstrukcji są wspomniane wcześniej kryształy scyntylacyjne - materiały o wysokiej gęstości, które stanowią pierwszy etap konwersji energii.

Badacze przeprowadzili testy prototypu w Laboratorium Reaktorów Jądrowych Uniwersytetu Stanowego w Ohio, używając dwóch różnych izotopów promieniotwórczych: cezu-137 oraz kobaltu-60. Wybór tych pierwiastków nie był przypadkowy - są one typowymi produktami ubocznymi reakcji jądrowych i często występują w zużytym paliwie jądrowym. Wyniki testów pokazały, że przy ekspozycji na cez-137 bateria wygenerowała 288 nanowatów mocy. W przypadku silniejszego źródła promieniowania - kobaltu-60 - moc wzrosła do 1,5 mikrowata.

Te wartości mocy są wprawdzie znacznie niższe niż te generowane przez standardowe źródła zasilania używane w gospodarstwach domowych, jednak naukowcy podkreślają, że są wystarczające do zasilania mikroelektronicznych systemów, takich jak mikrochipy czy sprzęt awaryjny. Profesor Raymond Cao, który kierował badaniami, określił te wyniki jako przełomowe pod względem mocy wyjściowej.

To też jest ciekawe:

Mimo że wygenerowana moc jest relatywnie niewielka, naukowcy widzą szereg potencjalnych zastosowań dla tej technologii, szczególnie w specjalistycznych środowiskach, gdzie konwencjonalne baterie są niepraktyczne lub nieefektywne. Baterie jądrowe tego typu mogą znaleźć zastosowanie w eksploracji przestrzeni kosmicznej, badaniach głębin oceanicznych, instalacjach monitorujących odpady promieniotwórcze i systemach awaryjnych wymagających długotrwałego, niezależnego źródła zasilania. Jedną z najważniejszych zalet tej technologii jest jej potencjalna długowieczność - baterie jądrowe mogą generować elektryczność przez dziesięciolecia bez potrzeby ładowania czy konserwacji.

Warto zauważyć, że podobna technologia jest również rozwijana w Chinach w ramach 14. Planu Pięcioletniego. Firma Betavolt z Pekinu ogłosiła w 2024 r., że planuje masową produkcję baterii jądrowych do zastosowań komercyjnych, takich jak telefony, drony i urządzenia medyczne.

Kwestia bezpieczeństwa jest kluczowa przy każdej technologii wykorzystującej materiały radioaktywne. Naukowcy zapewniają, że sama bateria jest bezpieczna w obsłudze, ponieważ nie zawiera materiałów promieniotwórczych, a jedynie wykorzystuje promieniowanie obecne w otoczeniu.

Badacze podkreślają, że technologia ta jest wciąż w początkowej fazie rozwoju i istnieje znaczny potencjał do jej udoskonalenia.  

- Ten dwustopniowy proces jest nadal w fazie wstępnej, ale następnym krokiem jest generowanie większej mocy poprzez skalowanie konstrukcji – stwierdził współpracownik badawczy projektu Ibrahim Oksuz.

Naukowcy przewidują, że przy zastosowaniu odpowiednich źródeł promieniowania i udoskonalonych materiałów moc wyjściowa baterii mogłaby zostać zwiększona do poziomu watów. To otworzyłoby drogę do szerszego zastosowania tej technologii.

Warto również zauważyć podobieństwo do innych technologii, takich jak termoelektryczne generatory radioizotopowe (RTG) używane przez NASA w misjach kosmicznych. RTG wykorzystują pluton-238 do generowania energii, jednak nowa bateria koncentruje się na wykorzystaniu odpadów nuklearnych, co stanowi bardziej zrównoważone podejście.