Bateria jądrowa
Bateria jądrowa – przyrząd zmieniający energię powstającą podczas rozpadu promieniotwórczego w energię elektryczną.
Spis treści |
[edytuj] Budowa i zasada działania
W baterii umieszczony jest izotop promieniotwórczy stanowiący jedną elektrodę oraz odizolowana próżnią lub dielektrykiem druga elektroda. Izotop podczas rozpadu emituje promieniowanie β, które jest wychwytywane przez przeciwległą elektrodę. Dzięki temu elektroda z radioizotopem uzyskuje ładunek elektryczny dodatni, a druga ładunek ujemny. Gromadzący się ładunek wywołuje różnicę potencjałów pomiędzy elektrodami (czyli napięcie elektryczne), która może wywołać przepływ prądu elektrycznego. 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. 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 elektrod o dużej powierzchni.
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 światła widzialnego (a nie promieniowanie jonizujące) 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 (reaktor 4S).
