Nükleer batarya prototipi 10 kat daha fazla güç üretiyor.
Moskova Fizik ve Teknoloji Enstitüsü (MIPT), Superhard ve Novel Carbon Materials (TISNCM) için Teknoloji Enstitüsü ve National Science of Science and Technology MISIS'den Rus araştırmacılar, Nikel-63 izotopunun beta bozunumundan güç üreten bir nükleer pil tasarladı.
Yeni pil prototipleri, gram başına yaklaşık 3.300 miliwatt-saat enerji verimine sahip; bu değer ticari kimyasal hücrelerin özgül enerjisinden 10 kat daha fazladır.
Çalışma journal Diamond and Related Materials dergisinde yayınlandı.
Saat, el feneri, oyuncak ve diğer elektrikli aygıtları çalıştıran sıradan bataryalar, elektronların bir elektrottan diğerine aktarıldığı redoks reaksiyonların enerjisini kullanır. Bu, elektrotlar arasındaki potansiyel bir farka neden olur. İki kutup bir iletken tarafından bağlanırsa, elektronlar potansiyel farkı ortadan kaldırmak için bir elektrik akımı oluşturarak akmaya başlar. Galvanik hücreler olarak da bilinen kimyasal piller, yüksek bir güç yoğunluğuna sahiptir bununla birlikte, kimyasal hücreler nispeten kısa sürede boşalırlar. Akümülatörler olarak adlandırılan bu pillerin bazıları şarj edilebilmektedir ancak şarj değişim gerektiren bir işlemdir. Bu durum, kalp pilleri gibi durumlarda tehlikeli olabilir veya pil bir uzay aracına güç veriyorsa bu imkansızdır.
Neyse ki, kimyasal reaksiyonlar olası elektrik gücü kaynaklarından sadece bir tanesi. 1913'te Henry Moseley, radyoaktif bozulmaya dayanan ilk güç jeneratörünü icat etti. Onun nükleer pili izole edilmiş bir elektrot üzerine merkezi şekilde monte edilmiş bir radyum yayıcı ile içi gümüş kaplanmış bir cam küreden oluşmuştur. Rodyum bozunumundan kaynaklanan elektronlar gümüş film ile elektrot arasında potansiyel bir farka neden olmaktadır. Bununla birlikte, cihazın rölanti gerilimi çok yüksektir - onlarca kilovolt - ve akım şiddeti pratik uygulamalar için çok düşüktü.
1953'te Paul Rappaport, beta bozunum enerjisini elektriğe dönüştürmek için yarı iletken malzemelerin kullanımını önermiştir. Bir radyoaktif kaynak tarafından yayılan beta parçacıkları - elektronlar ve pozitronlar - bir yarı iletkenin atomlarını iyonize eder ve yük taşıyıcıları oluşturur. Bir pn yapısının statik alanının varlığında, yükler bir yönde akarak elektrik akımı yaratır. Beta bozunma ile çalışan piller, betavoltaikler olarak bilinmektedir. Betavoltaik hücrelerin galvanik hücrelere göre başlıca avantajı uzun ömürlülüktür. Nükleer bataryalarda kullanılan radyoaktif izotoplar, onlarca ila yüzlerce yıl arasında değişen yarı ömürlere sahiptir, bu nedenle güç çıkışı çok uzun bir süre neredeyse sabit kalır. Ne yazık ki, betavoltaik hücrelerin güç yoğunluğu, galvanik muadillerinden önemli ölçüde daha düşüktür. Buna rağmen, 1970'lerde daha düşük yaşam sürelerine sahip olmasına rağmen, daha ucuz lityum iyon pillerle yer değiştirmeden önce, kalp pillerine güç vermek için 1970'lerde betavoltaikler kullanıldı.
Betavoltaik güç kaynakları, nükleer piller olarak da adlandırılan radyoizotop termoelektrik jeneratörler veya RTG'ler ile karıştırılmamalıdır. Termoelektrik hücreler, radyoaktif bozunma ile açığa çıkan ısıyı kullanarak elektriğe dönüştürür. RTG'lerin verimi sadece yüzde birkaçtır. Uzun ömürlü ve nispeten basit bir tasarıma sahip olan termoelektrik reaktörler, Yeni Ufuklar probu ve Mars rover gibi uzay araçlarına güç sağlamak için kullanılmaktadır. RTG'ler daha önce deniz fenerlerleri ve bazı hava istasyonları gibi insansız tesislerde kullanıldı. Ancak, bu uygulama terk edilmişti, çünkü kullanılmış radyoaktif yakıtın geri dönüştürülmesi zordur.
TISNCM direktörü Vladimir Blank ve MIPT'deki nanoyapı fizik ve kimya alanları başkanı tarafından yönetilen bir araştırma ekibi, nükleer bir pilin güç yoğunluğunu neredeyse on kat artırmanın bir yolunu buldu. Fizikçiler, radyasyon kaynağı olarak nikel-63 ve enerji dönüşümü için elmas diyotlar kullanarak bir beta voltaik pil geliştirdi. Prototip pil yaklaşık 1 mikrowatt'lık bir çıkış gücü elde ederken, santimetre küp başına güç yoğunluğu, modern bir yapay kalp pili için yeterli olan 10 mikrowattır. Nikel-63'ün 100 yıllık bir yarı ömrü vardır, bu nedenle pil 1 gramda yaklaşık 3.300 miliwatt-saat güç üretir - elektrokimyasal hücrelerden 10 kat daha fazla.
KAYNAK
https://phys.org/news/2018-06-prototype-nuclear-battery-power.html
Yorumlar
Yorum Gönder