Atombatteri

I dagens verden er Atombatteri et emne, der har fået stor relevans og er blevet et genstand for interesse for et bredt spektrum af samfundet. Siden dets fremkomst har Atombatteri vakt debat, refleksion og nysgerrighed på forskellige områder, hvilket har skabt modstridende meninger og forskellige holdninger. Over tid har Atombatteri udviklet sig og fået forskellige nuancer, og er blevet et fænomen, der gennemsyrer forskellige aspekter af dagligdagen. Derfor er det relevant grundigt og udtømmende at behandle de forskellige aspekter omkring Atombatteri, udforske dets oprindelse, dets implikationer og dets indvirkning på det miljø, det opererer i. I denne forstand søger denne artikel at dykke ned i det spændende univers af Atombatteri, ved at analysere dets mange aspekter og tilbyde en panoramisk vision, der bidrager til berigelse af viden om dette spændende emne.

Radioisotop dreven pacemaker, som er under udvikling af Atomic Energy Commission. Omkring 1967.

Termerne atombatteri og radioisotopgenerator anvendes til at beskrive et apparat som anvender energi fra radioaktive henfald af en radioaktiv isotop - eller nukleare isomerer til at generere elektricitet. Ligesom kernereaktorer, genererer atombatterier elektricitet fra kernefysisk bindingsenergi, men atombatterier adskiller sig ved ikke at benytte sig af en (induceret) nuklear kædereaktion. Et kendt eksempel på et atombatteri er et tritium-batteri.[1][2][3]

Sammenlignet med almindelige batterier er atombatterier meget dyre, men de har en ekstrem lang levetid og høj energitæthed. Derfor anvendes atombatterier hovedsageligt som energikilde for udstyr, som skal operere uden service i lange tidsperioder, såsom rumfartøjer, pacemakere, undervandssystemer - og automatiske forskningsstationer i øde fjerntliggende dele af verden.[4][5] Pacemakere med atombatterier blev indopereret fra 1973 til midten af 1980'erne. Nogle få mennesker (cirka 9) levede stadig med atombatteridrevne pacemakere i 2007.[6][7]

Atombatteriteknologi begyndte i 1913, da Henry Moseley for første gang demonstrerede en beta-celle. Atombatterifeltet fik omfattende forskningsopmærksomhed til anvendelser som krævede langlivede energikilder til rumfart i 1950'erne og 1960'erne. I 1954 forskede RCA i et lille atombatteri til små radiomodtagere og høreapparater.[8] Siden RCAs forskning og udvikling i de tidlige 1950'ere, er der blevet designet mange typer og metoder til at ekstrahere elektrisk energi fra nukleare kilder. De videnskabelige principper er nu velkendte, men moderne nano-skala teknologier og nye bred båndgabshalvledere har skabt nye apparater og interessante materialeegenskaber som ikke tidligere har været tilgængelige.[9]

Atombatterier som anvender energien fra radioisotophenfald til at tilvejebringe langlivede energikilder (10–20 år) bliver udviklet internationalt. Energikonverteringsteknikker kan grupperes i to typer: Termiske og ikke-termiske. Termiske konvertere (hvis energi-output er en funktion af en temperaturforskel) omfatter termoelektriske og termioniske generatorer. Ikke-termiske konvertere (hvis energi-output ikke er en funktion af en temperaturforskel) ekstraherer kun en brøkdel af energien. Atombatterier har typisk en effektivitet på 0,1–5 %. Højeffektivitet betavoltaics har 6–8 %.[10]

Anvendte radioisotoper

Fotografi af en rødglødende pille af plutonium-238-dioxid som kan anvendes som en varmekilde i en termoelektrisk radioisotopgenerator (RTG). Pillen har en varmeeffekt på 62 W og lyser orange, hvis den bliver varmeisoleret et stykke tid. Varmen kommer fra radioaktivitet (alfastråling) og er farlig uden afskærmning. Disse piller er blevet anvendt i rumsonderne Galileo og Cassini.

Atombatterier anvender radioisotoper, som producerer lavenergi betapartikler, eller nogle gange alfapartikler med forskellige energier. Lavenergi betapartikler er ønskede, da disse ikke producerer højenergi penetrerende bremsestråling, som ellers ville kræve omfattende afskærmning. Radioisotoper såsom tritium, nikkel-63, promethium-147 og technetium-99 er blevet testet. Plutonium-238, curium-242, curium-244 og strontium-90 har været anvendt.[11][12]

I 2013 blev der opdaget flere nukleare isomer tilstande i bismuth-212. Disse nukleare isomer tilstande er blevet testet til brug i et slags genopladeligt atombatteri ved GSI-laboratoriet i den tyske by Darmstadt.[13][14]

Professor Tom Scott ved Cabot Instituttet på University of Bristol har præsenteret et atombatteri som er lavet ved at indkapsle radioisotoper i syntetisk diamant. De anvendte isotoper var nikkel-63 og senere kulstof-14.[15][16]

Lande som fremstiller atombatterier

USA, Storbritannien, Frankrig, Rusland, Iran.

Taksonomi

Principskitse af en termoelektrisk radioisotopgenerator.
  • Termiske konvertere
  • Ikke-termiske konvertere
    • Direkte ladningsgenerator
    • Betavoltaics
    • Alphavoltaics
    • Optoelektrisk atombatteri (foreslået)
    • Piezoelektrisk radioisotopgenerator

Se også

Kilder/referencer

  1. ^ youtube.com: How To Make Tritium Nuclear Battery at Home!
  2. ^ youtube.com: Homemade "Nuclear Battery" - Tritium
  3. ^ youtube.com: Make a Tritium Nuclear Battery or Radioisotope Photovoltaic Generator
  4. ^ "A nuclear battery the size and thickness of a penny." Gizmag, 9 October 2009
  5. ^ "Tiny 'nuclear batteries' unveiled." BBC News, Thursday 8 October 2009
  6. ^ 2005 by David Prutchi, Ph.D. Prutchi.com: Nuclear Pacemakers Citat: "...Nuclear batteries were introduced in the pacing industry around 1973 to prolong the longevity of the implanted device...However, by the mid-1970s, nuclear pacemakers were displaced by devices powered by lithium cells...The implant of nuclear-powered pacemakers stopped in the mid-1980s ...", backup
  7. ^ December 19, 2007, uk.reuters.com: Nuclear pacemaker still energized after 34 years Citat: "... “Nine of these devices are still in use,” Parsonnet said...", backup
  8. ^ "Atomic Battery Converts Radioactivity Directly Into Electricity." Popular Mechanics, April 1954, p. 87.
  9. ^ 12. oktober 2009, computerworld.dk: Forskere udvikler evigheds-batteri. Forskere har udviklet et atom-batteri på størrelse med en lille mønt som kan levere energi i hundreder af år. Den samme teknologi bruges i satellitter og rumsonder Citat: "...kan levere millioner gange mere energi end et almindeligt batteri...Det nye batteri bruger flydende halvledere i stedet for faste materialer, hvor partiklerne kan passere igennem uden at slide på komponenterne...", backup
  10. ^ "Thermoelectric Generators". electronicbus.com. Hentet 1. juni 2015.
  11. ^ Bindu, K.C.; Harmon, Frank; Starovoitova, Valeriia; Stoner, Jon; Wells, Douglas (2013). "Optimization of commercial scale photonuclear production of radioisotopes". AIP Conference Proceedings. 1525 (1): 407-411. doi:10.1063/1.4802359.
  12. ^ 7. apr. 2002, politiken.dk: Atombatterier forsvundet i Georgien Citat: "...Internationale atomsikkerhedseksperter mødes mandag til hastemøde for at forberede en storstilet eftersøgning af to Strontium 90-batterier, der er forsvundet i Georgien...", backup
  13. ^ 20. jul 2013, ing.dk: Forskere er kommet et skridt nærmere atombatteriet. Atombatterier har potentiale til at lagre en million gange mere energi end almindelige batterier. Nu er forskerne tættere på at have luret, hvordan energien kan lagres.
  14. ^ 2013, epubs.surrey.ac.uk: Direct observation of long-lived isomers in 212-Bi Citat: "...While the excitation energy of the first isomer of 212-Bi was confirmed, the second isomer was observed at 1478(30) keV...Both the energy and half-life differences can be understood as being due a substantial, though previously unrecognised, internal decay branch for neutral atoms. Earlier shell-model calculations are now found to give good agreement with the isomer excitation energy. Furthermore, these and new calculations predict the existence of states at slightly higher energy that could facilitate isomer de-excitation studies...", backup
  15. ^ 29 november 2016, videnskab.dk: Diamantbatteri kan lave strøm af atomaffald i flere tusinde år
  16. ^ November 27, 2016, University of Bristol: 'Diamond-age' of power generation as nuclear batteries developed Citat: "...the man-made diamond is able to produce a charge simply by being placed in close proximity to a radioactive source...Tom Scott, Professor in Materials in the University's Interface Analysis Centre and a member of the Cabot Institute, said: "There are no moving parts involved, no emissions generated and no maintenance required, just direct electricity generation. By encapsulating radioactive material inside diamonds, we turn a long-term problem of nuclear waste into a nuclear-powered battery and a long-term supply of clean energy."...", backup

Eksterne henvisninger