baterias nucleares
Já na década de 1950, a betavoltaica - uma tecnologia para extrair a energia da radiação beta - era considerada pelos cientistas como a base para a criação de novas fontes de energia no futuro. Hoje, existem motivos reais para afirmar com segurança que o uso de reações nucleares controladas é inerentemente seguro. Dezenas de tecnologias nucleares já são utilizadas pelas pessoas no dia a dia, como detectores de fumaça por radioisótopos.
Assim, em março de 2014, os cientistas Jae Kwon e Bek Kim, da Universidade de Missouri, Columbia, EUA, reproduziram o primeiro protótipo funcional do mundo de uma fonte de energia compacta baseada em estrôncio-90 e água. Nesse caso, o papel da água é um amortecedor de energia, que será explicado a seguir.
A bateria nuclear funcionará por anos sem manutenção e será capaz de produzir eletricidade devido à quebra das moléculas de água à medida que interagem com partículas beta e outros produtos de decaimento do estrôncio-90 radioativo.
A energia dessa bateria deve ser totalmente suficiente para alimentar veículos elétricos e até naves espaciais.O segredo do novo produto está na combinação de betavoltaicos e uma tendência relativamente nova da física - ressonadores plasmônicos.
Os plasmons têm sido usados ativamente nos últimos anos no desenvolvimento de dispositivos óticos específicos, incluindo células solares ultraeficientes, lentes completamente planas e tintas de impressão especiais com uma resolução muitas vezes superior à sensibilidade de nossos olhos. Os ressonadores plasmônicos são estruturas especiais capazes de absorver e emitir energia na forma de ondas de luz e na forma de outras formas de radiação eletromagnética.
Hoje já existem fontes de energia de radioisótopos que convertem a energia do decaimento dos átomos em eletricidade, mas isso não acontece diretamente, mas por meio de uma cadeia de interações físicas intermediárias.
Primeiro, os comprimidos de substâncias radioativas aquecem o corpo do recipiente em que estão, depois esse calor é convertido em eletricidade por meio de termopares.
Uma grande quantidade de energia é perdida em cada estágio da conversão; disso, a eficiência dessas baterias de radioisótopos não excede 7%. Betavoltica há muito não é usado na prática devido à destruição muito rápida das partes da bateria pela radiação.
A pesquisa mostrou que essas partes deterioradas das moléculas de água podem ser usadas para extrair diretamente a energia que absorvem como resultado de colisões com partículas beta.
Para que a bateria nuclear de água funcione, é necessária uma estrutura especial de centenas de colunas microscópicas de óxido de titânio cobertas por um filme de platina, com formato semelhante a um pente. Em seus dentes e na superfície da casca de platina, existem muitos microporos através dos quais os produtos indicados da decomposição da água podem penetrar no dispositivo. Assim, durante a operação da bateria, várias reações químicas ocorrem no "pente" - ocorre a decomposição e formação de moléculas de água, enquanto os elétrons livres surgem e são capturados.
A energia liberada durante todas essas reações é absorvida pelas "agulhas" e convertida em eletricidade. Devido aos plasmons que aparecem na superfície dos pilares, possuindo propriedades físicas especiais, essa bateria nuclear de água atinge sua eficiência máxima, que pode ser de 54%, quase dez vezes maior que as fontes clássicas de corrente de radioisótopos.
A solução iônica aqui utilizada é muito difícil de congelar mesmo em temperaturas ambiente suficientemente baixas, possibilitando o uso de baterias feitas com a nova tecnologia para alimentar veículos elétricos e, se devidamente embaladas, também em espaçonaves para diversos fins.
A meia-vida do estrôncio-90 radioativo é de aproximadamente 28 anos, então a bateria nuclear de Kwon e Kim pode operar sem perda significativa de energia por várias décadas, com uma redução de energia de apenas 2% ao ano.Os cientistas dizem que tais parâmetros abrem uma perspectiva clara para a onipresença dos veículos elétricos.