Батерия може да издържи хиляди години, захранвана от ядрени отпадъци
Снимка: Pixabay
Ядрената енергия се счита за чист източник на енергия, тъй като не отделя никакви емисии на въглероден диоксид, но в същото време тя произвежда огромни количества опасни радиоактивни отпадъци, които се натрупват с изграждането на все повече реактори по света, написа преди дни HiComm.
Експертите предлагат различни решения на този проблем, за да се погрижат по-добре за околната среда и здравето на хората. Тъй като няма достатъчно места за безопасно съхранение на ядрените отпадъци, в центъра на тези идеи е повторното използване на материалите.
Радиоактивните диамантени батерии бяха разработени за първи път през 2016 г. и веднага получиха одобрение, тъй като обещаваха нов, икономически ефективен начин за рециклиране на ядрените отпадъци. В този контекст е логично да се обсъди дали те са крайното решение за тези токсични, смъртоносни остатъци.
Радиоактивните диамантени батерии са първоначално създадени от екип физици и химици от Института за околната среда "Кабот" към Бристолския университет. Изобретението е представено като бетаволтаично устройство, което означава, че то се захранва от бета-разпада на ядрените отпадъци.
Бета-разпадът е вид радиоактивен разпад, който се получава, когато ядрото на атома има излишък от частици и освобождава част от тях, за да получи по-стабилно съотношение между протони и неутрони. При това се получава вид йонизиращо лъчение, наречено бета-лъчение, което включва много високоскоростни и високоенергийни електрони или позитрони, известни като бета-частици.
Бета-частиците съдържат ядрена енергия, която може да се преобразува в електрическа енергия чрез полупроводник. Типичната бетаволтаична клетка се състои от тънки слоеве радиоактивен материал, поставени между полупроводници. Когато ядреният материал се разпада, той излъчва бета-частици, които изхвърлят електрони в полупроводника, създавайки електрически ток.
Плътността на мощността на радиоактивния източник обаче е толкова по-малка, колкото по-далеч е той от полупроводника. Освен това, тъй като бета-частиците се излъчват произволно във всички посоки, само малък брой от тях ще попаднат в полупроводника и само малък брой от тях ще се превърнат в електричество. Това означава, че ядрените батерии са много по-неефективни от другите видове батерии. Именно тук се появява поликристалният диамант (PCD).
Радиоактивните диамантени батерии се изработват с помощта на процес, наречен химическо отлагане на пари, който се използва широко за производството на изкуствени диаманти. При него се използва смес от водородна и метанова плазма за отглеждане на диамантени филми при много високи температури. Изследователите са модифицирали процеса CVD за отглеждане на радиоактивни диаманти, като са използвали радиоактивен метан, съдържащ радиоактивния изотоп въглерод-14, който се намира в облъчените графитни блокове от реактора.
Диамантът е един от най-твърдите материали, които човечеството познава - той е по-твърд дори от силициевия карбид и може да действа както като радиоактивен източник, така и като полупроводник. Ако го изложите на бета-радиация, ще получите батерия с дълъг живот, която не се нуждае от презареждане. Ядрените отпадъци във вътрешността му го захранват отново и отново, което му позволява да се самозарежда в продължение на векове.
Въпреки това екипът от Бристол предупреждава, че техните радиоактивни диамантени батерии няма да са подходящи за лаптопи или смартфони, тъй като съдържат само 1 г въглерод-14, което означава, че осигуряват много ниска мощност - само няколко микровата, което е по-малко от типичната батерия тип АА. Поради това приложението им засега е ограничено до малки устройства, които трябва да останат без надзор за дълго време, като например сензори и пейсмейкъри.