Baterai nuklir
Sejak tahun 1950-an, betavoltaik — teknologi untuk mengekstraksi energi radiasi beta — dianggap oleh para ilmuwan sebagai dasar untuk menciptakan sumber energi baru di masa depan. Saat ini, ada alasan nyata untuk menyatakan dengan yakin bahwa penggunaan reaksi nuklir terkontrol pada dasarnya aman. Puluhan teknologi nuklir sudah digunakan oleh manusia dalam kehidupan sehari-hari, seperti detektor asap radioisotop.
Jadi, pada bulan Maret 2014, ilmuwan Jae Kwon dan Bek Kim dari University of Missouri, Columbia, AS mereproduksi prototipe kerja pertama di dunia dari sumber daya kompak berdasarkan strontium-90 dan air. Dalam hal ini, peran air sebagai penyangga energi akan dijelaskan di bawah ini.
Baterai nuklir akan beroperasi selama bertahun-tahun tanpa perawatan dan akan dapat menghasilkan listrik karena pemecahan molekul air saat berinteraksi dengan partikel beta dan produk peluruhan radioaktif strontium-90 lainnya.
Kekuatan baterai semacam itu harus cukup untuk menggerakkan kendaraan listrik dan bahkan pesawat luar angkasa.Rahasia produk baru ini terletak pada kombinasi betavoltaik dan tren fisika yang cukup baru - resonator plasmon.
Plasmon telah digunakan secara aktif dalam beberapa tahun terakhir dalam pengembangan perangkat optik tertentu, termasuk sel surya yang sangat efisien, lensa yang benar-benar datar, dan tinta cetak khusus dengan resolusi berkali-kali lebih tinggi daripada kepekaan mata kita. Resonator plasmonik adalah struktur khusus yang mampu menyerap dan memancarkan energi dalam bentuk gelombang cahaya dan dalam bentuk radiasi elektromagnetik lainnya.
Saat ini sudah ada sumber energi radioisotop yang mengubah energi peluruhan atom menjadi listrik, namun hal ini tidak terjadi secara langsung, melainkan melalui rantai interaksi fisik perantara.
Pertama, tablet zat radioaktif memanaskan badan wadah tempat mereka berada, kemudian panas ini diubah menjadi listrik melalui termokopel.
Sejumlah besar energi hilang pada setiap tahap konversi; ini, efisiensi baterai radioisotop tersebut tidak melebihi 7%. Betavoltica sudah lama tidak digunakan dalam praktik karena penghancuran bagian baterai yang sangat cepat oleh radiasi.
Penelitian telah menunjukkan bahwa bagian molekul air yang membusuk ini dapat digunakan untuk secara langsung mengekstraksi energi yang diserapnya akibat tumbukan dengan partikel beta.
Agar baterai nuklir air dapat bekerja, diperlukan struktur khusus dari ratusan kolom mikroskopis titanium oksida yang dilapisi dengan film platinum, yang bentuknya mirip dengan sisir. Di giginya dan di permukaan cangkang platinum, terdapat banyak pori mikro yang melaluinya produk penguraian air yang ditunjukkan dapat menembus ke dalam perangkat. Jadi, selama pengoperasian baterai, sejumlah reaksi kimia terjadi di "sisir" - dekomposisi dan pembentukan molekul air terjadi, sementara elektron bebas muncul dan ditangkap.
Energi yang dilepaskan selama semua reaksi ini diserap oleh "jarum" dan diubah menjadi listrik. Karena plasmon yang muncul di permukaan pilar, memiliki sifat fisik khusus, baterai air-nuklir semacam itu mencapai efisiensi maksimumnya, yaitu 54%, yang hampir sepuluh kali lebih tinggi daripada sumber arus radioisotop klasik.
Larutan ionik yang digunakan di sini sangat sulit untuk dibekukan bahkan pada suhu sekitar yang cukup rendah, sehingga memungkinkan penggunaan baterai yang dibuat dengan teknologi baru untuk menggerakkan kendaraan listrik dan, jika dikemas dengan benar, juga di pesawat luar angkasa untuk tujuan yang berbeda.
Waktu paruh radioaktif strontium-90 kira-kira 28 tahun, sehingga baterai nuklir Kwon dan Kim dapat beroperasi tanpa kehilangan energi yang signifikan selama beberapa dekade, dengan pengurangan daya hanya 2% per tahun.Para ilmuwan mengatakan bahwa parameter seperti itu membuka prospek yang jelas untuk keberadaan kendaraan listrik di mana-mana.