Americkí vedci prišli na spôsob, ako efektívne využiť odpad z jadrových elektrární. Pomocou scintilačných látok dokážu energiu z rádioaktívneho rozpadu premeniť na elektrickú energiu.
Batéria dokáže premeniť gama žiarenie z jadrového odpadu na energiu. Zdroj: iStock.com/KanawatTH
Jadrová energia je jedným z najvýkonnejších a najstabilnejších zdrojov energie, pričom výroba elektrickej energie z jadra produkuje len minimálne emisie skleníkových plynov. Problém so znečistením pri nich vzniká až po vyhorení jadrového paliva, z ktorého sa po využití v elektrárni stáva odpad s aktívnou radiáciou po dobu tisícov až miliónov rokov. Bezpečné uskladnenie vyhoreného paliva je stále jedným z hlavných problémov jadrovej energetiky.
Výskumníci zo Spojených štátov amerických objavili spôsob, ako tento problém vyriešiť. Vedci z dvoch amerických univerzít v štáte Ohio v spolupráci so súkromnou spoločnosťou AwareAbility Technologies vyvinuli jadrovú fotovoltickú batériu, ktorá dokáže využiť gama žiarenie (vyžaruje ho jadrový odpad) na výrobu elektrickej energie. Tento druh energie je v súčasnosti obmedzený na malé senzory, ale tím sa domnieva, že by sa dal rozšíriť.
Jadrová energia tvorí približne 10 percent svetových energetických potrieb v súčasnosti. Stala sa alternatívou k fosílnym palivám, a ak odborníci dokážu využiť jej odpad, môže sa stať ešte atraktívnejšou možnosťou využitia energie.
Batéria je malá a spratná
Na tento druh batérie využili scintilačné látky, ktoré premieňajú vysokoenergetické žiarenie na viditeľné svetlo. Zachytením tohto svetla fotovoltickými článkami vyrobili elektrickú energiu aj z intenzívnych žiariacich polí. Ďalšou výhodou batérie je aj jej veľkosť, má približne 4 kubické centimetre.
Na premenu gama žiarenia využili dve scintilačné látky. GAGG:Ce-HL (gadolínium-hliník-gáliový granát dopovaný cérom) má vysokú svetelnú vyťaženosť a optimálne spektrálne vlastnosti na premenu gama žiarenia. LYSO:Ce (lutécium-ytrium oxyortosilikát dopovaný cérom) má vyššiu hustotu elektrónov a efektívne absorbuje vysokoenergetické žiarenie. Tieto opticky spojili s tenkovrstvovým kadmium-teluridovým (CdTe) fotovoltickým článkom, ktorý slúži na premenu viditeľného svetla zo scintilátorov na elektrickú energiu.
Obr. a) Jadrová voltická batéria, kde rádioaktívne zdroje pochádzajú z okolitého žiarenia. Obr. b) Jadrová fotovoltická batéria, ktorá zachytáva vonkajšie žiarenie pomocou scintilátora. Zdroj: Science Direct
Batériu otestovali pomocou dvoch rádioaktívnych zdrojov, céziom-137 a kobaltom-60, ktoré sú bežnými odpadovými produktmi pri štiepení jadra. Batéria dosiahla maximálny výkon 288 nanowattov a 1,5 mikrowattu.
Snažia sa predĺžiť jej trvácnosť
Odborníci odhadujú, že táto technológia by sa mohla využiť aj v iných odvetviach, kde sa vyskytuje gama žiarenie, napríklad v astronómii. Lenže na to by museli tento prototyp modernizovať. Metóda premeny rádioaktívneho žiarenia na elektrickú energiu tak zrejme nenahradí bežné batérie či iné zdroje energie v najbližších rokoch. Tieniace materiály možno nahradiť scintilátorom a žiariace svetlo, ktoré produkuje, možno zozbierať a premeniť na elektrinu.
Navyše vysoké úrovne radiácie postupne ničia samotný scintilátor aj fotovoltický článok. Preto musia výskumníci prísť na to, ako predĺžia trvácnosť zariadenia, rovnako by mali hľadať materiály odolnejšie proti rádioaktívnemu žiareniu.
Počas štúdie tím výskumníkov zistil, ako môže konfigurácia kryštálov a solárnych článkov ovplyvniť rýchlosť premeny energie a výkon, čo môže byť užitočné počas ďalšieho výskumu. Aj keď batéria musí prejsť určitým zlepšením, vedci dúfajú, že tieto poznatky môžu v budúcnosti zefektívniť výrobu energie aj v oblasti senzorov.
Zdroje: Science Alert, Science Direct
(RR)
