Energetyka jądrowa od dekad budzi kontrowersje. Zwolennicy podkreślają jej wysoką efektywność i niski wpływ na emisję gazów cieplarnianych, przeciwnicy wskazują na problem związany z odpadami radioaktywnymi, które pozostają niebezpieczne dla ludzi i środowiska przez tysiące lat. Właśnie one stały się punktem wyjścia dla zespołu badaczy z Uniwersytetu Stanowego w Ohio, którzy opracowali nowatorski akumulator czerpiący energię właśnie z odpadów nuklearnych! Ich urządzenie może nie tylko rozwiązać problem składowania radioaktywnych pozostałości po elektrowniach jądrowych, ale również dostarczyć niezawodne źródło energii do zastosowań w ekstremalnych warunkach, takich jak przestrzeń kosmiczna czy głębiny oceanów.
Akumulator na odpady radioaktywne
Badacze stworzyli prototyp akumulatora o objętości zaledwie 4 cm3, który nie zawiera substancji radioaktywnych, lecz wykorzystuje promieniowanie gamma obecne w otoczeniu. Kluczowym elementem konstrukcji są kryształy scyntylacyjne – materiały o wysokiej gęstości, które po absorpcji promieniowania jonizującego emitują światło. To światło jest następnie przechwytywane przez ogniwa słoneczne, które przekształcają je w energię elektryczną.
Czytaj też: Elektrownie atomowe zmienią świat. USA prezentuje program Liberty
Według zespołu badawczego proces ten pozwala na wydobycie użytecznej energii z otaczającego promieniowania gamma, które w przeciwnym razie stanowiłoby jedynie zagrożenie. To podejście sprawia, że baterie mogą działać w miejscach, gdzie poziomy promieniowania są wysokie, ale jednocześnie nie stanowią one bezpośredniego zagrożenia dla użytkownika, gdyż same w sobie nie zawierają radioaktywnych materiałów.
Aby przetestować skuteczność urządzenia, naukowcy poddali je działaniu dwóch radioaktywnych izotopów – cezu-137 i kobaltu-60. Oba te pierwiastki są typowymi produktami ubocznymi reakcji jądrowych i często występują w zużytym paliwie jądrowym.
Podczas eksperymentu przeprowadzonego w Laboratorium Reaktorów Jądrowych Uniwersytetu Stanowego w Ohio urządzenie zasilane przez cez-137 wygenerowało moc 288 nanowatów. Wynik ten wzrósł do 1,5 mikrowata, gdy jako źródło promieniowania zastosowano kobalt-60, który emituje silniejsze promieniowanie gamma. Choć wartości te wydają się niewielkie – typowe urządzenia domowe wymagają mocy liczonych w kilowatach – technologia może zostać rozwinięta do poziomu pozwalającego na zastosowanie w urządzeniach o większym zapotrzebowaniu energetycznym.
Zdaniem naukowców nowy akumulator nie jest przeznaczony do użytku domowego. Przyda się w środowiskach o wysokim poziomie promieniowania, takich jak magazyny odpadów radioaktywnych, instalacje jądrowe, a także technologie kosmiczne i głębokowodne. Dzięki temu, że ogniwo nie wymaga konserwacji, może zasilać urządzenia pracujące w miejscach, gdzie dostęp do tradycyjnych źródeł energii jest ograniczony lub niemożliwy.
Technologia, jakiej jeszcze nie było
Konstrukcja oparta na kryształach scyntylacyjnych daje również możliwość optymalizacji – naukowcy odkryli, że kształt i rozmiar kryształu mają wpływ na końcową wydajność elektryczną. Im większa objętość materiału scyntylacyjnego, tym więcej promieniowania może on pochłonąć i tym większa ilość światła może zostać przekonwertowana na energię elektryczną. Badacze planują dalsze eksperymenty w celu zwiększenia mocy baterii i sprawdzenia, jak długo może ona funkcjonować w rzeczywistych warunkach.
Czytaj też: Chcą zamienić odpady jądrowe na pierwiastki ziem rzadkich. To byłby prawdziwy zwrot
Profesor Raymond Cao, dyrektor Laboratorium Reaktorów Jądrowych i główny autor badania, wskazuje, że koncepcja baterii nuklearnej otwiera nowe możliwości dla technologii energetycznych. Jego zespół określa nową metodę jako “przekształcanie odpadów w skarb”.
Współautor badania, dr Ibrahim Oksuz, podkreśla, że choć technologia jest dopiero na etapie wczesnych badań, już teraz wykazuje “przełomowe wyniki” pod względem wydajności. Badacze są zgodni, że konieczne jest dalsze rozwijanie tej koncepcji, aby uczynić ją praktycznym rozwiązaniem dla przemysłu energetycznego i sektora czujników.
Przyszłość tej technologii zależy jednak od zdolności do skalowania jej produkcji. Koszty opracowania i wdrożenia na większą skalę mogą okazać się wysokie, co stanowi jedno z głównych wyzwań. Naukowcy wskazują, że niezbędne są dalsze badania nad żywotnością akumulatorów oraz metodami ich ekonomicznej produkcji.
Projekt został wsparty przez amerykański Departament Energii, a jego wyniki opublikowano w czasopiśmie naukowym Optical Materials: X. Badania prowadzone są we współpracy z Uniwersytetem Toledo, co świadczy o rosnącym zainteresowaniu koncepcją w środowisku akademickim.
