Piles nucléaires
Dès les années 1950, la bêtavoltaïque - une technologie permettant d'extraire l'énergie du rayonnement bêta - était considérée par les scientifiques comme la base de la création de nouvelles sources d'énergie à l'avenir. Aujourd'hui, il existe de réelles raisons d'affirmer avec confiance que l'utilisation de réactions nucléaires contrôlées est intrinsèquement sûre. Des dizaines de technologies nucléaires sont déjà utilisées par les gens dans la vie de tous les jours, comme les détecteurs de fumée à radio-isotopes.
Ainsi, en mars 2014, les scientifiques Jae Kwon et Bek Kim de l'Université du Missouri, Columbia, États-Unis, ont reproduit le premier prototype fonctionnel au monde d'une source d'alimentation compacte à base de strontium-90 et d'eau. Dans ce cas, le rôle de l'eau est un tampon énergétique, qui sera expliqué ci-dessous.
La batterie nucléaire fonctionnera pendant des années sans entretien et pourra produire de l'électricité en raison de la décomposition des molécules d'eau lorsqu'elles interagissent avec les particules bêta et d'autres produits de désintégration du strontium-90 radioactif.
La puissance d'une telle batterie devrait être pleinement suffisante pour alimenter des véhicules électriques et même des vaisseaux spatiaux.Le secret du nouveau produit réside dans la combinaison de la bêtavoltaïque et d'une tendance physique relativement nouvelle - les résonateurs à plasmon.
Les plasmons ont été activement utilisés ces dernières années dans le développement de dispositifs optiques spécifiques, notamment des cellules solaires ultra-efficaces, des lentilles complètement plates et une encre d'impression spéciale avec une résolution plusieurs fois supérieure à la sensibilité de nos yeux. Les résonateurs plasmoniques sont des structures spéciales capables à la fois d'absorber et d'émettre de l'énergie sous forme d'ondes lumineuses et sous la forme d'autres formes de rayonnement électromagnétique.
Aujourd'hui, il existe déjà des sources d'énergie radio-isotopes qui convertissent l'énergie de la désintégration des atomes en électricité, mais cela ne se produit pas directement, mais à travers une chaîne d'interactions physiques intermédiaires.
Dans un premier temps, les pastilles de substances radioactives chauffent le corps du récipient dans lequel elles se trouvent, puis cette chaleur est convertie en électricité au moyen de thermocouples.
Une énorme quantité d'énergie est perdue à chaque étape de la conversion ; de cela, l'efficacité de ces batteries radio-isotopes ne dépasse pas 7%. Betavoltica n'a longtemps pas été utilisé dans la pratique en raison de la destruction très rapide des pièces de la batterie par rayonnement.
La recherche a montré que ces parties décomposées des molécules d'eau peuvent être utilisées pour extraire directement l'énergie qu'elles absorbent à la suite de collisions avec des particules bêta.
Pour que la batterie nucléaire à eau fonctionne, une structure spéciale de centaines de colonnes microscopiques d'oxyde de titane recouvertes d'un film de platine, de forme similaire à un peigne, est nécessaire. Dans ses dents et à la surface de la coque en platine, il existe de nombreux micro-pores à travers lesquels les produits de décomposition de l'eau indiqués peuvent pénétrer dans l'appareil. Ainsi, pendant le fonctionnement de la batterie, un certain nombre de réactions chimiques se produisent dans le "peigne" - la décomposition et la formation de molécules d'eau se produisent, tandis que des électrons libres apparaissent et sont capturés.
L'énergie dégagée lors de toutes ces réactions est absorbée par les "aiguilles" et convertie en électricité. En raison des plasmons apparaissant à la surface des piliers, ayant des propriétés physiques particulières, une telle batterie eau-nucléaire atteint son efficacité maximale, qui peut être de 54%, soit près de dix fois plus que les sources de courant radio-isotopes classiques.
La solution ionique utilisée ici est très difficile à congeler même à des températures ambiantes suffisamment basses, ce qui permet d'utiliser des batteries fabriquées avec la nouvelle technologie pour alimenter des véhicules électriques et, si elles sont correctement emballées, également dans des engins spatiaux à des fins différentes.
La demi-vie du strontium-90 radioactif est d'environ 28 ans, de sorte que la batterie nucléaire de Kwon et Kim peut fonctionner sans perte d'énergie significative pendant plusieurs décennies, avec une réduction de puissance de seulement 2 % par an.Les scientifiques disent que de tels paramètres ouvrent une perspective claire pour l'ubiquité des véhicules électriques.