Κίνα: Πυρηνική μπαταρία άνθρακα-14 με διάρκεια λειτουργίας χιλιάδων ετών
Μια νέα μικροσκοπική πηγή ενέργειας υπόσχεται συνεχή παραγωγή ηλεκτρισμού για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, με πιθανές εφαρμογές από το Διάστημα έως τους επιστημονικούς αισθητήρες και τα ιατρικά εμφυτεύματα.
Ερευνητές από το Northwest Normal University, σε συνεργασία με την κινεζική εταιρεία Gansu Zhulong Technology, παρουσίασαν μια νέα πυρηνική μπαταρία μικρών διαστάσεων που αξιοποιεί τη ραδιενεργό διάσπαση του άνθρακα-14 για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Η συσκευή, με την ονομασία Qianjiyuan Tianshu, διαφέρει σημαντικά από τις συμβατικές μπαταρίες που χρησιμοποιούμε στις ηλεκτρονικές συσκευές. Αντί να αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια και να την αποδίδει σταδιακά, παράγει συνεχώς μικρές ποσότητες ηλεκτρικής ισχύος αξιοποιώντας τη φυσική διάσπαση ενός ραδιενεργού ισοτόπου.
Πώς λειτουργεί;
Η τεχνολογία βασίζεται στον άνθρακα-14, ένα ραδιενεργό ισότοπο με χρόνο ημιζωής περίπου 5.730 χρόνια. Κατά τη διάσπασή του εκπέμπονται σωματίδια βήτα, δηλαδή ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας.
Η μπαταρία χρησιμοποιεί ημιαγωγούς από καρβίδιο του πυριτίου (SiC), οι οποίοι μετατρέπουν την ενέργεια αυτών των σωματιδίων σε ηλεκτρικό ρεύμα. Η διαδικασία θυμίζει σε κάποιο βαθμό τη λειτουργία ενός φωτοβολταϊκού συστήματος, με τη βασική διαφορά ότι η πηγή ενέργειας δεν είναι το ηλιακό φως αλλά η συνεχής ραδιενεργός διάσπαση.
Η νέα συσκευή έχει όγκο περίπου 16,8 κυβικά εκατοστά και μπορεί να αποδίδει μέγιστη ισχύ περίπου 1,13 microwatt. Πρόκειται για πολύ μικρή ποσότητα ενέργειας, αρκετή όμως για συσκευές και αισθητήρες εξαιρετικά χαμηλής κατανάλωσης.
Τα βασικά χαρακτηριστικά
- Καύσιμο: άνθρακας-14
- Χρόνος ημιζωής: περίπου 5.730 χρόνια
- Μέγιστη ισχύς: 1,13 μW
- Όγκος: 16,8 κυβικά εκατοστά
- Υλικό μετατροπής: καρβίδιο του πυριτίου
- Λειτουργία: συνεχής παραγωγή ενέργειας χωρίς επαναφόρτιση
Ο μεγάλος χρόνος ημιζωής του άνθρακα-14 σημαίνει ότι η παραγωγή ενέργειας μπορεί να συνεχιστεί για εξαιρετικά μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτό, βέβαια, δεν σημαίνει ότι η μπαταρία θα παρέχει την ίδια ισχύ για 5.730 χρόνια. Η ισχύς μειώνεται σταδιακά καθώς μειώνεται η ποσότητα του ραδιενεργού υλικού.
Μικρότερη και αποδοτικότερη από τον προκάτοχό της
Η Qianjiyuan Tianshu αποτελεί εξέλιξη της προηγούμενης Zhulong-1, η οποία είχε παρουσιαστεί από την ίδια ερευνητική ομάδα το 2024.
Σύμφωνα με τα στοιχεία που έχουν δημοσιοποιηθεί, το νέο μοντέλο χρησιμοποιεί περίπου 78% λιγότερο ραδιενεργό υλικό, ενώ ο συνολικός όγκος του έχει περιοριστεί περίπου κατά 83%. Παράλληλα, η μέγιστη ισχύς έχει αυξηθεί κατά περίπου 2,6 φορές.
Οι αλλαγές αυτές έχουν οδηγήσει σε σημαντική αύξηση της πυκνότητας ισχύος, η οποία σύμφωνα με την ομάδα έχει βελτιωθεί περισσότερο από 15 φορές σε σχέση με το προηγούμενο μοντέλο.
Η κατασκευή βασίζεται σε μια συμπαγή τρισδιάστατη διάταξη, όπου τα διαφορετικά υλικά τοποθετούνται σε διαδοχικά επίπεδα. Στο εσωτερικό μπορούν επίσης να ενσωματωθούν αισθητήρες και συστήματα ασύρματης μετάδοσης δεδομένων, ώστε να είναι δυνατή η απομακρυσμένη παρακολούθηση της κατάστασης και της απόδοσης της συσκευής.
Πώς διαφέρει από τις πυρηνικές γεννήτριες του Διαστήματος;
Η τεχνολογία δεν πρέπει να συγχέεται με τις κλασικές θερμοηλεκτρικές γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων (RTG) που έχουν χρησιμοποιηθεί σε διαστημικές αποστολές.
Οι RTG, όπως αυτές που έχουν τροφοδοτήσει αποστολές της NASA, αξιοποιούν τη θερμότητα που παράγεται από τη ραδιενεργό διάσπαση υλικών, όπως το πλουτώνιο-238, και στη συνέχεια τη μετατρέπουν σε ηλεκτρική ενέργεια.
Η νέα κινεζική μπαταρία ακολουθεί διαφορετική προσέγγιση. Πρόκειται ουσιαστικά για ένα βηταβολταϊκό σύστημα, το οποίο αξιοποιεί απευθείας τα ηλεκτρόνια που παράγονται κατά τη διάσπαση του άνθρακα-14.
Το σημαντικό πλεονέκτημα είναι η πολύ μικρή κλίμακα της συσκευής. Το μειονέκτημα είναι ότι η διαθέσιμη ισχύς παραμένει εξαιρετικά χαμηλή σε σύγκριση με τις συνηθισμένες μπαταρίες.
Πού θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί;
Η χαμηλή ισχύς περιορίζει τις εφαρμογές της, όμως ταυτόχρονα η δυνατότητα λειτουργίας χωρίς φόρτιση ή συχνή αντικατάσταση δημιουργεί ενδιαφέρουσες προοπτικές.
Μία από τις σημαντικότερες πιθανές χρήσεις αφορά το Διάστημα. Σε αποστολές όπου η πρόσβαση για συντήρηση είναι αδύνατη και η αξιοπιστία για πολλά χρόνια είναι κρίσιμη, μια τέτοια πηγή ενέργειας θα μπορούσε να τροφοδοτεί μικρούς αισθητήρες και ηλεκτρονικά συστήματα.
Ανάλογη χρησιμότητα θα μπορούσε να έχει σε υποθαλάσσιους αισθητήρες, σε εγκαταστάσεις κάτω από τους πάγους ή σε απομακρυσμένες περιοχές όπου η αντικατάσταση μπαταριών είναι δύσκολη ή πρακτικά αδύνατη.
Η τεχνολογία έχει επίσης προκαλέσει ενδιαφέρον για πιθανές μελλοντικές εφαρμογές στην ιατρική. Θεωρητικά, μια εξαιρετικά μακράς διάρκειας πηγή ενέργειας θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε εμφυτεύσιμες συσκευές, όπως βηματοδότες. Ωστόσο, μια τέτοια εφαρμογή θα απαιτούσε αυστηρότατους ελέγχους ασφάλειας, βιοσυμβατότητας και προστασίας από την ακτινοβολία.
Η πρόκληση παραμένει η χαμηλή ισχύς
Παρά τον εντυπωσιακό χρόνο λειτουργίας, η συγκεκριμένη τεχνολογία δεν αποτελεί αντικαταστάτη των συμβατικών μπαταριών για smartphones, ηλεκτρικά οχήματα ή άλλες συσκευές που χρειάζονται μεγάλη ποσότητα ενέργειας.
Το μεγάλο της πλεονέκτημα είναι διαφορετικό: παρέχει μικρή αλλά σταθερή ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας για εξαιρετικά μεγάλο χρονικό διάστημα, χωρίς επαναφόρτιση.
Η εξέλιξη της Qianjiyuan Tianshu δείχνει ότι οι πυρηνικές μπαταρίες μικρής κλίμακας συνεχίζουν να εξελίσσονται. Αν η τεχνολογία καταφέρει να συνδυάσει ακόμη μεγαλύτερη πυκνότητα ισχύος με αξιόπιστη και ασφαλή κατασκευή, θα μπορούσε να βρει θέση σε εφαρμογές όπου η διάρκεια ζωής και η αυτονομία έχουν μεγαλύτερη σημασία από την υψηλή ισχύ.
Με αναφορές από:techgear.gr/Επιμέλεια:ΜΚΜ