Diamentowe baterie z odpadów radioaktywnych o żywotności tysięcy lat

Większość z nas odpady nuklearne uważa za zużyty i zbędny materiał, składowany z braku dla niego innego przeznaczenia. Tymczasem opuszczające elektrownie paliwo i produkty poreakcyjne zawierają cenne izotopy, użytkowane w przemyśle i medycynie, a także przy dalszej produkcji paliwa. Ich zastosowanie trudno jest więc nazwać jednorazowym.

Tym razem przyjrzeli im się naukowcy z Uniwersytetu Bristolskiego w Wielkiej Brytanii. Materiał do badań uzyskano z reaktorów typu Magnox – ostatnia użytkująca je elektrownia została zamknięta w grudniu ubiegłego roku. Rezultat pracy inżynierów zaskakuje, gdyż odkryli oni sposób na wykorzystanie niebezpiecznych materiałów w produkcji nowatorskich baterii.

Surowca do badań nie zabrakło: po ponad pół wieku funkcjonowania siłowni kraj dysponuje ok. 100 tys. ton bloków grafitowych, wykorzystywanych dotąd jako spowalniający neutrony materiał izolujący reaktor. Obecnie są one sklasyfikowane jako odpady nuklearne, gdyż część cząsteczek węgla w zużytych blokach uzyskała postać promieniotwórczego izotopu węgla-14.

Jest on emiterem cząsteczek beta niezdolnych do penetracji nawet kilku centymetrów powietrza - to jednak wystarczy, by materiał był zbyt niebezpieczny dla środowiska naturalnego. Jest to zarazem świetny surowiec dla naukowców, którzy bez trudu tak niewielkie promieniowanie mogą zaizolować i wykorzystać.

Bristolscy badacze postanowili więc usunąć węgiel-14 ze zużytych bloków, a następnie nadać mu formę diamentów generujących energię. Również tutaj nie ma mowy o przypadku: ciekawą właściwością tych właśnie kamieni szlachetnych jest fakt, iż poddane radiacji produkują niewielką ilość energii elektrycznej.

Proces produkcji ma się rozpoczynać od podgrzania zużytych bloków i wytrącenia radioaktywnego węgla-14, który zostaje następnie poddany niskiemu ciśnieniu i wysokiej temperaturze. W tak utworzonym sztucznym diamencie emitowane przez węgiel-14 cząsteczki beta wchodzą w reakcję z kryształową strukturą kamienia, wytrącając elektrony i generując energię elektryczną.

Ostatnim etapem jest zabezpieczenie promieniowania generowanego przez tak stworzony kamień przy pomocy… jeszcze jednej warstwy sztucznego diamentu, tym razem konwencjonalnego pochodzenia. Jego twardość gwarantuje bezpieczną i trwałą izolację zawartości, a tak skonstruowana bateria nie zagraża zdrowiu użytkownika nawet w najmniejszym stopniu.

Zespół naukowców zbudował już prototyp baterii w oparciu o mniej wydajny izotop niklu-63 i przygotowuje się do zastosowania w kolejnej węgla-14. Czas jego działania ma wynieść dokładnie tyle ile czas połowicznego rozkładu izotopu C-14, czyli 5730 lat. Bez ruchomych części, bez żadnych szkodliwych emisji, bez konieczności jakiejkolwiek konserwacji.

Docelowo innowacyjne baterie miałyby znaleźć zastosowanie wszędzie tam, gdzie ładowanie bądź wymiana konwencjonalnych ogniw jest utrudniona bądź niemożliwa, a ich duża trwałość kluczowa.

Będą to więc m.in. implanty medyczne, satelity czy drony operujące na wysokich pułapach. Potencjalnych zastosowań jest na tyle dużo, że kolejne można sugerować twórcom pod tagiem #diamondbattery. Kreatywność użytkowników Twittera z pewnością podoła zadaniu.