Batterie nucleari
Già negli anni '50 il betavoltaico, una tecnologia per estrarre l'energia delle radiazioni beta, era considerato dagli scienziati la base per la creazione di nuove fonti di energia in futuro. Oggi, ci sono validi motivi per affermare con sicurezza che l'uso di reazioni nucleari controllate è intrinsecamente sicuro. Dozzine di tecnologie nucleari sono già utilizzate dalle persone nella vita di tutti i giorni, come i rilevatori di fumo a radioisotopi.
Così, nel marzo 2014, gli scienziati Jae Kwon e Bek Kim dell'Università del Missouri, Columbia, USA, hanno riprodotto il primo prototipo funzionante al mondo di una fonte di energia compatta a base di stronzio-90 e acqua. In questo caso, il ruolo dell'acqua è un cuscinetto energetico, che verrà spiegato di seguito.
La batteria nucleare funzionerà per anni senza manutenzione e sarà in grado di produrre elettricità grazie alla scomposizione delle molecole d'acqua mentre interagiscono con le particelle beta e altri prodotti di decadimento dello stronzio radioattivo-90.
La potenza di una tale batteria dovrebbe essere del tutto sufficiente per alimentare veicoli elettrici e persino astronavi.Il segreto del nuovo prodotto risiede nella combinazione di betavoltaici e una tendenza fisica abbastanza nuova: i risonatori plasmon.
I plasmoni sono stati utilizzati attivamente negli ultimi anni nello sviluppo di dispositivi ottici specifici, tra cui celle solari ultra efficienti, lenti completamente piatte e speciali inchiostri da stampa con una risoluzione molte volte superiore alla sensibilità dei nostri occhi. I risonatori plasmonici sono strutture speciali in grado sia di assorbire che di emettere energia sotto forma di onde luminose e sotto forma di altre forme di radiazione elettromagnetica.
Oggi esistono già fonti energetiche di radioisotopi che convertono l'energia del decadimento degli atomi in elettricità, ma ciò non avviene direttamente, ma attraverso una catena di interazioni fisiche intermedie.
Dapprima le pastiglie di sostanze radioattive riscaldano il corpo del contenitore in cui si trovano, poi questo calore viene convertito in elettricità per mezzo di termocoppie.
Un'enorme quantità di energia viene persa in ogni fase della conversione; di questo, l'efficienza di tali batterie di radioisotopi non supera il 7%. Betavoltica non è stata a lungo utilizzata nella pratica a causa della distruzione molto rapida delle parti della batteria per radiazione.
La ricerca ha dimostrato che queste parti decadute delle molecole d'acqua possono essere utilizzate per estrarre direttamente l'energia che assorbono a seguito di collisioni con particelle beta.
Affinché la batteria nucleare ad acqua funzioni, è necessaria una struttura speciale di centinaia di colonne microscopiche di ossido di titanio ricoperte da un film di platino, simile nella forma a un pettine. Nei suoi denti e sulla superficie del guscio di platino sono presenti numerosi micropori attraverso i quali i prodotti indicati della decomposizione dell'acqua possono penetrare nel dispositivo. Quindi, durante il funzionamento della batteria, nel "pettine" si verificano una serie di reazioni chimiche: si verifica la decomposizione e la formazione di molecole d'acqua, mentre gli elettroni liberi si formano e vengono catturati.
L'energia rilasciata durante tutte queste reazioni viene assorbita dagli "aghi" e convertita in elettricità. A causa dei plasmoni che compaiono sulla superficie dei pilastri, dotati di speciali proprietà fisiche, una tale batteria acqua-nucleare raggiunge la sua massima efficienza, che può essere del 54%, che è quasi dieci volte superiore alle classiche sorgenti di corrente radioisotopica.
La soluzione ionica qui utilizzata è molto difficile da congelare anche a temperature ambiente sufficientemente basse, rendendo possibile l'utilizzo di batterie realizzate con la nuova tecnologia per alimentare veicoli elettrici e, se opportunamente imballate, anche in veicoli spaziali per scopi diversi.
L'emivita dello stronzio radioattivo-90 è di circa 28 anni, quindi la batteria nucleare di Kwon e Kim può funzionare senza una significativa perdita di energia per diversi decenni, con una riduzione di potenza di solo il 2% all'anno.Gli scienziati affermano che tali parametri aprono una chiara prospettiva per l'ubiquità dei veicoli elettrici.