原子力電池
1950 年代に遡ると、ベータボルタイクス (ベータ線のエネルギーを抽出する技術) は、将来新しいエネルギー源を生み出す基礎になると科学者によって考えられていました。今日、制御された核反応の使用は本質的に安全であると自信を持って主張できる本当の根拠があります。放射性同位元素煙感知器など、数十の核技術がすでに人々の日常生活で使用されています。
そこで、2014 年 3 月、米国コロンビア州ミズーリ大学の科学者、ジェ クォン氏とベク キム氏は、ストロンチウム 90 と水をベースにした小型電源の実用的なプロトタイプを世界で初めて再現しました。この場合、水の役割はエネルギーバッファーであり、これについては以下で説明します。
核電池は何年もメンテナンスなしで動作し、水分子がベータ粒子や放射性ストロンチウム90のその他の崩壊生成物と相互作用する際の分解によって電気を生成することができる。
このようなバッテリーの電力は、電気自動車や宇宙船にさえ電力を供給するのに十分なはずです。この新製品の秘密は、ベタボルタイクスとかなり新しい物理トレンドであるプラズモン共鳴器の組み合わせにあります。
プラズモンはここ数年、超高効率の太陽電池、完全にフラットなレンズ、私たちの目の感度の何倍も高い解像度を持つ特殊な印刷インクなど、特定の光学デバイスの開発に積極的に使用されてきました。プラズモニック共振器は、光波の形および他の形の電磁放射の形でエネルギーを吸収および放出できる特別な構造です。
現在、原子の崩壊エネルギーを電気に変換する放射性同位体エネルギー源がすでに存在しますが、これは直接起こるのではなく、一連の中間的な物理的相互作用を通じて起こります。
まず、放射性物質の錠剤が入っている容器本体を加熱し、この熱が熱電対によって電気に変換されます。
変換の各段階で膨大な量のエネルギーが失われます。このうち、放射性同位元素電池の効率は 7% を超えません。 Betavoltica は、放射線によるバッテリー部品の非常に急速な破壊のため、長い間実際には使用されていませんでした。
研究により、水分子のこれらの崩壊部分を使用して、ベータ粒子との衝突の結果として吸収したエネルギーを直接抽出できることが示されています。
水核電池が動作するためには、櫛のような形状の白金膜で覆われた数百の酸化チタンの微細な柱からなる特殊な構造が必要である。その歯とプラチナのシェルの表面には、示された水の分解生成物がそこを通ってデバイスに侵入する可能性がある多くの微細孔があります。したがって、バッテリーの動作中に、「櫛」内で多くの化学反応が発生します。つまり、水分子の分解と形成が発生し、同時に自由電子が発生して捕捉されます。
これらすべての反応中に放出されるエネルギーは「針」によって吸収され、電気に変換されます。特別な物理的特性を有する柱の表面に現れるプラズモンにより、このような水核電池は最大効率に達し、その最大効率は 54% に達する可能性があり、これは従来の放射性同位元素電流源のほぼ 10 倍です。
ここで使用されるイオン溶液は、周囲温度が十分に低い場合でも凍結しにくいため、新技術で作られた電池を電気自動車の動力として使用することが可能になり、適切にパッケージ化されていれば宇宙船でもさまざまな目的に使用することができます。
放射性ストロンチウム90の半減期は約28年であるため、クォン氏とキム氏の原子力電池は、年間わずか2%の電力削減で、重大なエネルギー損失なしで数十年間動作することができる。科学者らは、こうしたパラメータによって電気自動車の普及に向けた明確な見通しが開かれると述べている。