Bateria jądrowa

Bateria jądrowa jest to przyrząd zmieniający energię powstającą podczas rozpadu promieniotwórczego w energię elektryczną.

[edytuj] Budowa i zasada działania

W baterii umieszczony jest izotop promieniotwórczy oraz elektroda. Izotop podczas rozpadu emituje promieniowanie β (dużo rzadziej promieniowanie α), które wychwytywane przez elektrodę powoduje podniesienie jej potencjału. Dzięki temu elektroda uzyskuje ładunek elektryczny, a izotop ładunek przeciwny. Różnica potencjałów pomiędzy tymi dwoma obiektami powoduje powstanie prądu elektrycznego. Zasada jest identyczna jak w bateriach konwencjonalnych. Jedyna różnica polega na tym, że baterie konwencjonalne uzyskują ładunek z reakcji chemicznych, podczas gdy bateria jądrowa - z reakcji rozpadu. Baterie jądrowe używają izotopów emitujących promieniowanie β niskiej energii. Niskie energie są konieczne aby zapobiec powstawaniu promieniowania hamowania (Bremsstrahlung), które wymaga stosowania ciężkich ekranów ochronnych. Poza tym okres rozpadu powinien być na tyle długi, aby bateria nie straciła w krótkim czasie swojej mocy. Stosowane są izotopy: tryt, ⁶³Ni, ¹⁴⁷Pm, ⁹⁹Tc i ²³⁸Pu.

Baterie jądrowe mogą wytworzyć dużo więcej energii z jednostki masy baterii niż baterie chemiczne i są w stanie pracować przez dziesiątki lat. Niestety, dużą niedogodnością jest niewielka sprawność (około 0,1 - 5%) i mała wydajność rzędu nano- lub mikrowatów na cm², podczas gdy baterie konwencjonalne osiągają wydajność kilku W/cm². Dlatego do uzyskania odpowiedniej mocy konieczne jest użycie setek lub tysięcy elektrod, bądź też użycie baterii jądrowej do ładowania akumulatorów.

Baterii jądrowej nie należy mylić z radioizotopowym generatorem termoelektrycznym (RTG), który wytwarza energię elektryczną także z rozpadu promieniotwórczego, ale jego zasada działania jest zupełnie inna.

[edytuj] Baterie betawoltaiczne

Bateria betawoltaiczna jest odmianą baterii jądrowej. Zamiast elektrody zastosowana jest płytka półprzewodnikowa ze złączem p-n. Pierwiastek promieniotwórczy podczas rozpadu, emituje promieniowanie β, co powoduje wytworzenie się w półprzewodniku par dziura-elektron. Gromadzenie się tych par, wywołuje powstanie siły elektromotorycznej. Zasada działania jest podobna do działania baterii słonecznej, w której fotony (a nie promieniotwórczość) powodują powstanie par dziura-elektron. W maju 2005 roku grupa naukowców z uniwersytetów Rochester i Toronto opracowała niewielką baterię betawoltaiczną opartą na trycie, której wydajność jest kilkakrotnie większa od poprzednich rozwiązań. Bateria może służyć jako źródło zasilania np. do rozruszników serca.

[edytuj] Parowa siłownia jądrowa w mikro skali

Nazwa "Bateria jądrowa" używana jest także dla projektów elektrowni jądrowych o mocy kilkunastu megawatów elektrycznych do zasilania miejscowości zlokalizowanych poza siecią dróg i sieciami dystrybucji energii elektrycznej lub gazu. Przykładem jest miejscowość Galena zamieszkana przez 675 osób (2000), położona na Alasce (USA), gdzie w 2012 roku planowane jest uruchomienie elektrowni atomowej tylko na potrzeby lokalnej społeczności.[1].

Zobacz: Elektrownia atomowa Galena, en:Toshiba 4S.