Μπαταρία με διάρκεια ζωής 5.730 χρόνια; – Τι δείχνει νέα έρευνα για τη δύναμη του διαμαντιού
Η πρώτη πυρηνική μπαταρία στον κόσμο που χρησιμοποιεί ένα ραδιενεργό ισότοπο ενσωματωμένο σε ένα διαμάντι, θα μπορούσε να τροφοδοτεί μικρές συσκευές για χιλιάδες χρόνια, λένε οι επιστήμονες.
Όπως μετέδωσε το Live Science, η πυρηνική μπαταρία χρησιμοποιεί την αντίδραση ενός διαμαντιού που τοποθετείται κοντά σε μια ραδιενεργό πηγή για να παράγει αυθόρμητα ηλεκτρισμό, εξήγησαν οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Μπρίστολ της Βρετανίας σε ανακοίνωσή τους στις 4 Δεκεμβρίου.
Δεν απαιτείται καμία κίνηση -ούτε γραμμική ούτε περιστροφική-. Αυτό σημαίνει ότι δεν απαιτείται ενέργεια για να κινηθεί ένας μαγνήτης μέσα σε ένα πηνίο ή να περιστραφεί ένας οπλισμός (armature) μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο για να παραχθεί ηλεκτρικό ρεύμα, όπως απαιτείται στις συμβατικές πηγές ενέργειας.
Η μπαταρία διαμαντιού συλλέγει ταχέως κινούμενα ηλεκτρόνια που διεγείρονται από ακτινοβολία, παρόμοια με τον τρόπο που η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιεί φωτοβολταϊκά στοιχεία για να μετατρέψει τα φωτόνια σε ηλεκτρική ενέργεια, σύμφωνα με την έρευνα.
Επιστήμονες από το ίδιο πανεπιστήμιο παρουσίασαν για πρώτη φορά μια πρωτότυπη μπαταρία διαμαντιού – η οποία χρησιμοποιούσε νικέλιο-63 ως ραδιενεργό πηγή – το 2017. Στο νέο έργο, η ομάδα ανέπτυξε μια μπαταρία από ραδιενεργά ισότοπα άνθρακα.
Οι ερευνητές επέλεξαν τον άνθρακα-14 ως υλικό πηγής επειδή εκπέμπει ακτινοβολία μικρής εμβέλειας, η οποία απορροφάται γρήγορα από οποιοδήποτε στερεό υλικό – πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχουν ανησυχίες για βλάβες από την ακτινοβολία. Αν και ο άνθρακας-14 θα ήταν επικίνδυνο να καταποθεί ή να αγγιχτεί με γυμνά χέρια, το διαμάντι που τον συγκρατεί εμποδίζει τη διαφυγή οποιασδήποτε ακτινοβολίας μικρής εμβέλειας.
«Το διαμάντι είναι η πιο σκληρή ουσία που είναι γνωστή στον άνθρωπο- δεν υπάρχει κυριολεκτικά τίποτα που θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε που θα μπορούσε να προσφέρει μεγαλύτερη προστασία», δήλωσε ο Νιλ Φοξ, καθηγητής υλικών για την ενέργεια στο Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ.
Ο άνθρακας-14 εμφανίζεται στη φύση, αλλά παράγεται σε άφθονες ποσότητες σε μπλοκ γραφίτη που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο των πυρηνικών σταθμών παραγωγής ενέργειας.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο ισότυπος συγκεντρώνεται στην επιφάνεια αυτών των μπλοκ.
Μια ενιαία μπαταρία πυρηνικών διαμαντιών που περιέχει 0,04 ουγγιά (1 γραμμάριο) άνθρακα-14 θα μπορούσε να παρέχει 15 τζάουλ ηλεκτρικής ενέργειας την ημέρα.
Για σύγκριση, μια τυπική αλκαλική μπαταρία ΑΑ, η οποία ζυγίζει περίπου 0,7 ουγγιές (20 γραμμάρια), έχει τιμή αποθήκευσης ενέργειας 700 τζάουλ ανά γραμμάριο. Παρέχει περισσότερη ενέργεια από ό,τι θα παρείχε βραχυπρόθεσμα η μπαταρία πυρηνικών διαμαντιών, αλλά θα εξαντλούνταν μέσα σε 24 ώρες.
Αντίθετα, ο χρόνος ημιζωής του άνθρακα-14 είναι 5.730 χρόνια, πράγμα που σημαίνει ότι η μπαταρία θα χρειαζόταν τόσο χρόνο για να εξαντληθεί στο 50% της ισχύος της.
Αυτό είναι κοντά στην ηλικία του αρχαιότερου πολιτισμού του κόσμου. Ως άλλο σημείο σύγκρισης, ένα διαστημόπλοιο που τροφοδοτείται από μια μπαταρία διαμαντιού άνθρακα-14 θα έφτανε στον Άλφα Κενταύρου – τον πλησιέστερο αστρικό μας γείτονα, ο οποίος απέχει περίπου 4,4 έτη φωτός από τη Γη – πολύ πριν εξαντληθεί σημαντικά η ισχύς του.
Η μπαταρία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε διάφορες εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρονικών, των ιατρικών συσκευών και των διαστημικών ταξιδιών, δήλωσαν οι επιστήμονες.
Οι συγκεκριμένες χρήσεις περιλαμβάνουν μηχανήματα ακτίνων Χ και ιατρικές συσκευές που πρέπει να λειτουργούν για μεγάλο χρονικό διάστημα αλλά απαιτούν χαμηλή ισχύ, όπως οι βηματοδότες, και μηχανήματα που λειτουργούν σε δύσκολα και επικίνδυνα περιβάλλοντα, όπως τα μηχανήματα πετρελαίου και φυσικού αερίου στο βυθό της θάλασσας.
Η μπαταρία θα μπορούσε επίσης να γίνει αρκετά μικρή ώστε να τροφοδοτεί ετικέτες ραδιοσυχνοτήτων για την αναγνώριση και τον εντοπισμό συσκευών και ωφέλιμων φορτίων στη Γη ή στο διάστημα.
Η μπαταρία, η οποία κατασκευάστηκε σε μια εξέδρα εναπόθεσης πλάσματος κοντά στο Άμπινγκτον του Οξφορντσάιρ, στο Ηνωμένο Βασίλειο, από μια ομάδα του Πανεπιστημίου του Μπρίστολ και της Αρχής Ατομικής Ενέργειας του Ηνωμένου Βασιλείου (UKAEA), δεν έχει κινούμενα μέρη και συνεπώς δεν απαιτεί συντήρηση, ούτε έχει εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα.
