핵 배터리
1950년대까지 거슬러 올라가면, 과학자들은 베타 방사선의 에너지를 추출하는 기술인 베타볼타닉스를 미래의 새로운 에너지원을 만들기 위한 기초로 간주했습니다. 오늘날 제어된 핵 반응의 사용이 본질적으로 안전하다고 자신 있게 주장할 수 있는 실질적인 근거가 있습니다. 방사성 동위원소 연기 감지기와 같은 수십 개의 핵 기술이 이미 일상 생활에서 사람들에 의해 사용되고 있습니다.
그래서 2014년 3월 미국 컬럼비아 미주리 대학의 과학자 Jae Kwon과 Bek Kim은 스트론튬-90과 물을 기반으로 하는 소형 전원의 작동 시제품을 세계 최초로 재현했습니다. 이 경우 물의 역할은 에너지 완충제이며 이는 아래에서 설명합니다.
핵 배터리는 유지 보수 없이 수년 동안 작동할 것이며 베타 입자 및 방사성 스트론튬-90의 다른 붕괴 생성물과 상호 작용할 때 물 분자의 분해로 인해 전기를 생산할 수 있습니다.
이러한 배터리의 전력은 전기 자동차와 우주선에 전력을 공급하기에 충분해야 합니다.신제품의 비밀은 베타볼타와 상당히 새로운 물리학 경향인 플라즈몬 공진기의 조합에 있습니다.
플라즈몬은 지난 몇 년 동안 초고효율 태양 전지, 완전 평면 렌즈, 우리 눈의 감도보다 몇 배 더 높은 해상도를 가진 특수 인쇄 잉크를 포함한 특정 광학 장치 개발에 적극적으로 사용되었습니다. 플라즈몬 공진기는 광파 형태와 다른 형태의 전자기 복사 형태로 에너지를 흡수하고 방출할 수 있는 특수 구조입니다.
오늘날 원자 붕괴 에너지를 전기로 변환하는 방사성 동위 원소 에너지 원이 이미 있지만 이것은 직접 발생하지 않고 일련의 중간 물리적 상호 작용을 통해 발생합니다.
먼저, 방사성 물질의 정제가 용기 본체를 가열한 다음 이 열이 열전대를 통해 전기로 변환됩니다.
변환의 각 단계에서 엄청난 양의 에너지가 손실됩니다. 이 중 이러한 방사성 동위원소 배터리의 효율은 7%를 초과하지 않습니다. Betavoltica는 방사선에 의해 배터리 부품이 매우 빠르게 파괴되기 때문에 실제로 오랫동안 사용되지 않았습니다.
연구에 따르면 물 분자의 부패한 부분은 베타 입자와의 충돌의 결과로 흡수한 에너지를 직접 추출하는 데 사용될 수 있습니다.
물 핵 배터리가 작동하려면 빗 모양과 비슷한 백금 필름으로 덮인 수백 개의 미세한 산화 티타늄 기둥의 특수 구조가 필요합니다. 이빨과 백금 껍질 표면에는 표시된 물 분해 생성물이 장치로 침투할 수 있는 많은 미세 구멍이 있습니다. 따라서 배터리 작동 중에 "빗"에서 여러 화학 반응이 발생합니다. 물 분자의 분해 및 형성이 발생하는 반면 자유 전자가 발생하여 포획됩니다.
이 모든 반응 중에 방출되는 에너지는 "바늘"에 흡수되어 전기로 변환됩니다. 이러한 수핵전지는 기둥 표면에 나타나는 플라즈몬이 특수한 물리적 특성을 가지고 있기 때문에 최대 효율에 도달하여 기존 방사성 동위원소 전류원보다 거의 10배 높은 54%에 달할 수 있습니다.
여기에 사용된 이온 용액은 충분히 낮은 주변 온도에서도 동결하기가 매우 어렵기 때문에 전기 자동차에 전력을 공급하기 위해 신기술로 만든 배터리를 사용할 수 있으며, 적절하게 포장된 경우 우주선에서도 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.
방사성 스트론튬-90의 반감기는 약 28년이므로 권과 김의 핵전지는 연간 2%의 전력 감소만으로 수십 년 동안 상당한 에너지 손실 없이 작동할 수 있다.과학자들은 그러한 매개변수가 전기 자동차의 편재성에 대한 명확한 전망을 열어준다고 말합니다.