baterías nucleares
Ya en la década de 1950, los científicos consideraban que la betavoltaica, una tecnología para extraer la energía de la radiación beta, era la base para crear nuevas fuentes de energía en el futuro. Hoy en día, existen motivos reales para afirmar con confianza que el uso de reacciones nucleares controladas es intrínsecamente seguro. Las personas ya utilizan docenas de tecnologías nucleares en la vida cotidiana, como los detectores de humo de radioisótopos.
Entonces, en marzo de 2014, los científicos Jae Kwon y Bek Kim de la Universidad de Missouri, Columbia, EE. UU., reprodujeron el primer prototipo funcional del mundo de una fuente de energía compacta basada en estroncio-90 y agua. En este caso, el papel del agua es un amortiguador de energía, que se explicará a continuación.
La batería nuclear funcionará durante años sin mantenimiento y podrá producir electricidad debido a la descomposición de las moléculas de agua a medida que interactúan con las partículas beta y otros productos de descomposición del estroncio-90 radiactivo.
La potencia de dicha batería debería ser suficiente para alimentar vehículos eléctricos e incluso naves espaciales.El secreto del nuevo producto radica en la combinación de betavoltaicos y una tendencia física bastante nueva: los resonadores de plasmón.
Los plasmones se han utilizado activamente en los últimos años en el desarrollo de dispositivos ópticos específicos, incluidas células solares ultraeficientes, lentes completamente planas y tintas de impresión especiales con una resolución muchas veces superior a la sensibilidad de nuestros ojos. Los resonadores plasmónicos son estructuras especiales capaces de absorber y emitir energía en forma de ondas de luz y en forma de otras formas de radiación electromagnética.
Hoy en día, ya existen fuentes de energía de radioisótopos que convierten la energía de la descomposición de los átomos en electricidad, pero esto no ocurre directamente, sino a través de una cadena de interacciones físicas intermedias.
Primero, las tabletas de sustancias radiactivas calientan el cuerpo del contenedor en el que se encuentran, luego este calor se convierte en electricidad por medio de termopares.
Se pierde una gran cantidad de energía en cada etapa de la conversión; de esto, la eficiencia de dichas baterías de radioisótopos no supera el 7%. Betavoltica hace tiempo que no se utiliza en la práctica debido a la rápida destrucción de las piezas de la batería por la radiación.
La investigación ha demostrado que estas partes descompuestas de las moléculas de agua se pueden utilizar para extraer directamente la energía que absorben como resultado de las colisiones con las partículas beta.
Para que la batería nuclear de agua funcione, se necesita una estructura especial de cientos de columnas microscópicas de óxido de titanio recubiertas con una película de platino, con forma similar a un peine. En sus dientes y en la superficie de la cubierta de platino, hay muchos microporos a través de los cuales los productos de descomposición del agua indicados pueden penetrar en el dispositivo. Entonces, durante el funcionamiento de la batería, en el "peine" se llevan a cabo una serie de reacciones químicas: se produce la descomposición y formación de moléculas de agua, mientras que los electrones libres surgen y son capturados.
La energía liberada durante todas estas reacciones es absorbida por las "agujas" y convertida en electricidad. Debido a que los plasmones que aparecen en la superficie de los pilares, que tienen propiedades físicas especiales, una batería de agua-nuclear de este tipo alcanza su máxima eficiencia, que puede ser del 54%, que es casi diez veces mayor que las fuentes de corriente de radioisótopos clásicas.
La solución iónica utilizada aquí es muy difícil de congelar incluso a temperaturas ambiente suficientemente bajas, lo que hace posible utilizar baterías fabricadas con la nueva tecnología para alimentar vehículos eléctricos y, si se envasan correctamente, también en naves espaciales para diferentes propósitos.
La vida media del estroncio-90 radiactivo es de aproximadamente 28 años, por lo que la batería nuclear de Kwon y Kim puede funcionar sin pérdidas significativas de energía durante varias décadas, con una reducción de energía de solo el 2 % por año.Los científicos dicen que tales parámetros abren una perspectiva clara para la ubicuidad de los vehículos eléctricos.