סוללות גרעיניות

עוד בשנות ה-50, בטא-וולטאיקה - טכנולוגיה להפקת האנרגיה של קרינת בטא - נחשבה על ידי מדענים כבסיס ליצירת מקורות אנרגיה חדשים בעתיד. כיום, יש בסיס אמיתי לטענה בביטחון שהשימוש בתגובות גרעיניות מבוקרות הוא בטוח מטבעו. עשרות טכנולוגיות גרעיניות כבר נמצאות בשימוש על ידי אנשים בחיי היומיום, כמו גלאי עשן רדיואיזוטופים.

אז, במרץ 2014, המדענים Jae Kwon ובק Kim מאוניברסיטת מיזורי, קולומביה, ארה"ב שיחזרו את אב הטיפוס העובד הראשון בעולם של מקור כוח קומפקטי המבוסס על סטרונציום-90 ומים. במקרה זה, תפקידם של המים הוא חיץ אנרגיה, אשר יוסבר להלן.

הסוללה הגרעינית תפעל במשך שנים ללא תחזוקה ותוכל לייצר חשמל עקב פירוק מולקולות מים כאשר הן מתקשרות עם חלקיקי בטא ותוצרי ריקבון אחרים של סטרונציום-90 רדיואקטיבי.

הכוח של סוללה כזו אמור להספיק במלואו כדי להניע כלי רכב חשמליים ואפילו ספינות חלל.הסוד של המוצר החדש טמון בשילוב של בטא-וולטאיקה וטרנד פיזיקה חדש למדי - מהודים פלסמונים.

פלסמונים היו בשימוש פעיל בשנים האחרונות בפיתוח מכשירים אופטיים ספציפיים, כולל תאים סולאריים יעילים במיוחד, עדשות שטוחות לחלוטין ודיו הדפסה מיוחד עם רזולוציה גבוהה פי כמה מהרגישות של העיניים שלנו. מהודים פלסמונים הם מבנים מיוחדים המסוגלים גם לספוג וגם לפלוט אנרגיה בצורה של גלי אור וגם בצורה של צורות אחרות של קרינה אלקטרומגנטית.

כיום יש כבר מקורות אנרגיה רדיואיזוטופים הממירים את אנרגיית ההתפרקות של האטומים לחשמל, אבל זה לא קורה ישירות, אלא באמצעות שרשרת של אינטראקציות פיזיקליות ביניים.

ראשית, טבליות החומרים הרדיואקטיביים מחממות את גוף המיכל שבו הם נמצאים, ואז החום הזה הופך לחשמל באמצעות צמדים תרמיים.

כמות עצומה של אנרגיה אובדת בכל שלב של ההמרה; מתוך כך, היעילות של סוללות רדיואיזוטופים כאלה אינה עולה על 7%. Betavoltica כבר מזמן לא בשימוש בפועל בגלל ההרס המהיר מאוד של חלקי הסוללה על ידי קרינה.

בסופו של דבר, מדענים מצאו דרך להפוך ישירות את האנרגיה המשתחררת יחד עם תוצרי ההתפרקות של האטומים הלא יציבים. התברר שחלקיקי בטא (אלקטרונים שמהירותם גבוהה מספיק בזמן ריקבון של אטום) מסוגלים לפרק מולקולות מים למימן, רדיקל הידרוקסיל ויונים אחרים.

מחקרים הראו שניתן להשתמש בחלקים המרוקבים הללו של מולקולות המים כדי לחלץ ישירות את האנרגיה שהם סופגים כתוצאה מהתנגשויות עם חלקיקי בטא.

כדי שסוללת המים הגרעינית תפעל, יש צורך במבנה מיוחד של מאות עמודים מיקרוסקופיים של תחמוצת טיטניום המכוסים בסרט פלטינה, הדומה בצורתו למסרק. בשיניו ועל פני מעטפת הפלטינה ישנן מיקרו-נקבוביות רבות שדרכן יכולים לחדור למכשיר תוצרי פירוק המים המצוינים. אז, במהלך פעולת הסוללה, מתרחשות מספר תגובות כימיות ב"מסרק" - פירוק והיווצרות של מולקולות מים מתרחשים, בעוד אלקטרונים חופשיים מתעוררים ונלכדים.

האנרגיה המשתחררת במהלך כל התגובות הללו נספגת ב"מחטים" והופכת לחשמל. בשל הפלסמונים המופיעים על פני העמודים, בעלי תכונות פיזיקליות מיוחדות, סוללת מים-גרעינית כזו מגיעה ליעילות המקסימלית שלה, שיכולה להיות 54%, שהיא כמעט פי עשרה ממקורות זרם רדיואיזוטופים קלאסיים.

את התמיסה היונית המשמשת כאן קשה מאוד להקפיא אפילו בטמפרטורות סביבה נמוכות מספיק, מה שמאפשר להשתמש בסוללות המיוצרות בטכנולוגיה החדשה להנעת כלי רכב חשמליים, ואם ארוזים כראוי, גם בחללית למטרות שונות.

זמן מחצית החיים של סטרונציום-90 רדיואקטיבי הוא כ-28 שנים, כך שהסוללה הגרעינית של קוון וקים יכולה לפעול ללא אובדן אנרגיה משמעותי במשך כמה עשורים, עם הפחתת הספק של 2% בלבד בשנה.מדענים אומרים כי פרמטרים כאלה פותחים סיכוי ברור להימצאות בכל מקום של כלי רכב חשמליים.