Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Northwest Normal University, σε συνεργασία με την κινεζική εταιρεία Gansu Zhulong Technology, δημιούργησαν μια νέα γενιά πυρηνικής μπαταρίας που χρησιμοποιεί το ισότοπο άνθρακα-14 και έναν μετατροπέα από καρβίδιο του πυριτίου (SiC), σημειώνοντας σημαντική πρόοδο σε σχέση με προηγούμενες τεχνολογίες.
Η νέα συσκευή αποτελεί εξέλιξη της προηγούμενης προσπάθειας των ίδιων ερευνητών και χαρακτηρίζεται ως ένα σημαντικό βήμα προς την ανάπτυξη μικρότερων, ισχυρότερων και πιο οικονομικών πυρηνικών μπαταριών, οι οποίες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε βιομηχανικές εφαρμογές, διαστημικές αποστολές αλλά και σε απομακρυσμένα συστήματα παρακολούθησης.
Τι είναι οι πυρηνικές μπαταρίες
Οι πυρηνικές μπαταρίες, γνωστές επίσης ως ραδιοϊσοτοπικές ή ατομικές μπαταρίες, παράγουν ηλεκτρική ενέργεια αξιοποιώντας τη φυσική διάσπαση ραδιενεργών ισοτόπων στο εσωτερικό τους.
Σε αντίθεση με τις συμβατικές χημικές μπαταρίες, μπορούν να λειτουργούν για δεκαετίες ή ακόμη και αιώνες, καθώς η διάρκεια ζωής τους συνδέεται με τον χρόνο ημιζωής των ραδιενεργών υλικών που χρησιμοποιούν.
Η τεχνολογία αυτή έχει ήδη αξιοποιηθεί σε διαστημικές αποστολές. Η NASA χρησιμοποίησε πυρηνικές μπαταρίες στις διαστημοσυσκευές Voyager που εκτοξεύθηκαν το 1977, αλλά και στο ρόβερ Curiosity που εξερευνά τον Άρη από το 2012. Η Κίνα έχει επίσης χρησιμοποιήσει αντίστοιχα συστήματα στα σεληνιακά της οχήματα Chang’e-3 και Chang’e-4.
Ισχυρότερη και πιο αποδοτική από την προηγούμενη έκδοση
Η ερευνητική ομάδα είχε παρουσιάσει το 2024 την πρώτη της πυρηνική μπαταρία άνθρακα-14, με την ονομασία Candle Dragon-I (Zhulong-1).
Η νέα έκδοση, που ονομάζεται Qianjiyuan Tianshu, παρουσιάζει σημαντικές βελτιώσεις. Οι ερευνητές κατάφεραν να περιορίσουν τη χρήση ραδιενεργού υλικού στο 22%, ενώ ταυτόχρονα αύξησαν την ισχύ της κατά 2,6 φορές, χωρίς να επηρεάσουν τη σταθερότητα ή την τάση λειτουργίας.
«Οι προηγούμενες εκδόσεις αντιμετώπιζαν προβλήματα χαμηλής ισχύος, ανεπαρκούς ενσωμάτωσης και υψηλού κόστους. Για αυτό επικεντρωθήκαμε στη δημιουργία μιας συσκευής μικρής, ισχυρής, οικονομικής και πλήρως εγχώριας παραγωγής», δήλωσε ο επικεφαλής του έργου Σου Μαογέν από το Πανεπιστήμιο Northwest Normal.
Μεταξύ των βασικών αναβαθμίσεων περιλαμβάνονται η καλύτερη προσαρμογή της ραδιενεργής πηγής, ένας τρισδιάστατος σχεδιασμός που εξοικονομεί χώρο, καθώς και ένα σύστημα διαχείρισης μικροενέργειας και ενσωματωμένοι αισθητήρες που επιτρέπουν αυτόνομη λειτουργία.
Σημαντική βελτίωση στην απόδοση επιτεύχθηκε χάρη στη χρήση μετατροπέα από καρβίδιο του πυριτίου, ο οποίος κατασκευάστηκε στην Κίνα.
Μικρό μέγεθος, τεράστια διάρκεια ζωής
Η Qianjiyuan Tianshu έχει όγκο μόλις 16,8 κυβικά εκατοστά, περίπου λίγο μεγαλύτερο από έναν κύβο μιας ίντσας.
Χρησιμοποιώντας 129 millicuries άνθρακα-14, μπορεί να παράγει ρεύμα 0,713 microampere, τάση 2,06 volt και μέγιστη ισχύ 1,13 microwatt.
Οι συμβατικές πυρηνικές μπαταρίες βασίζονται συνήθως σε θερμοηλεκτρικά υλικά, τα οποία μετατρέπουν τη θερμότητα από τη ραδιενεργή διάσπαση σε ηλεκτρική ενέργεια. Ωστόσο, αυτά τα συστήματα είναι ογκώδη και απαιτούν υψηλές θερμοκρασίες για να λειτουργήσουν.
Η νέα κινεζική τεχνολογία ακολουθεί διαφορετική προσέγγιση: αξιοποιεί απευθείας τα ηλεκτρόνια ή τα σωματίδια βήτα που παράγονται από τη διάσπαση του άνθρακα-14 και τα οδηγεί σε έναν ημιαγωγό από καρβίδιο του πυριτίου, όπου μετατρέπονται σε ηλεκτρικό ρεύμα.
Οι ερευνητές παρομοιάζουν τη λειτουργία της με ένα ηλιακό πάνελ, μόνο που αντί για το φως του ήλιου χρησιμοποιεί τη ραδιενέργεια ως πηγή ενέργειας.
Παρότι το συνολικό μέγεθος της μπαταρίας μειώθηκε κατά μόλις 17%, η πυκνότητα ισχύος ανά όγκο αυξήθηκε περίπου 15 φορές.
Ο άνθρακας-14 έχει χρόνο ημιζωής περίπου 5.730 χρόνια, γεγονός που σημαίνει ότι η συγκεκριμένη πυρηνική μπαταρία θα μπορούσε θεωρητικά να παρέχει ενέργεια για χιλιάδες χρόνια, σύμφωνα με δημοσίευμα της South China Morning Post.
Η τεχνολογία αυτή ανοίγει τον δρόμο για μελλοντικές εφαρμογές σε διαστημικά οχήματα, ιατρικά εμφυτεύματα, αυτόνομα συστήματα αισθητήρων και εγκαταστάσεις όπου η συνεχής παροχή ενέργειας για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα αποτελεί βασική ανάγκη.
