용알 로봇은 전례 없는 상세한 데이터로 과학자들이 이 격렬한 자연 과정을 연구하는 데 도움을 줄 수 있지만, 브리스토 대학의 재료 과학자 톰 스콧에게 화산 탐사는 시작에 불과하다. 지난 몇 년 동안 스콧 교수와 소수의 협력자들은 충전이나 교체 없이 수천 년 동안 지속될 수 있는' 용알' 핵 배터리를 개발해 왔다. 대부분의 현대 전자제품에서 화학반응을 통해 전기를 생산하는 배터리와는 달리 브리스틀 대학에서 연구한 배터리는 개조된 핵폐기물로 만들 수 있는 방사성 다이아 분출 입자를 수집한다.
이달 초 스콧과 그의 파트너인 닐 폭스 (브리스틀 대학의 화학자) 는 핵 다이아 배터리를 상업화하기 위해' Arkenlight' 라는 회사를 설립했다. 이 손톱 크기의 배터리는 아직 프로토타입 단계에 있지만 기존 핵 배터리에 비해 효율성과 전력 밀도가 높아진 것으로 나타났다. 스콧 교수와 그의 Arkenlight 팀이 그들의 설계를 개선하면, 그들은 대규모 생산 테스트 시설을 건설할 것이다. 이 회사는 2024 년까지 첫 상업용 핵 배터리를 시장에 출시할 계획이지만, 노트북에서 찾을 것으로 기대하지는 않습니다.
스마트폰의 리튬 이온 배터리나 리모컨의 알칼리성 배터리와 같은 전통적인 화학 배터리나' 1 회 배터리' 는 단시간에 대량의 전기를 방출할 수 있다. 리튬 이온 배터리는 충전하지 않고 몇 시간 동안만 일할 수 있으며, 몇 년 동안 사용하면 충전 능력이 급격히 떨어질 수 있다. 반면 핵 배터리 또는 베타 배터리 (방사능 방사선을 전류로 변환하는 배터리) 는 장시간 소량의 전기를 생산할 수 있는 배터리입니다. 스마트폰을 구동할 수 있는 전력이 부족하지만 사용하는 핵재료에 따라 소형 장비에 수천 년 동안 안정적인 전력 출력을 제공할 수 있습니다.
"그럼 핵전지로 전기자동차에 동력을 공급할 수 있을까요? 대답은' 아니오' 입니다. Arkenlight CEO 인 모건 보드먼 (Morgan Boardman) 은 이런 에너지 소모에 전원을 공급하려면 "배터리의' 품질' 이 차량의' 품질' 보다 훨씬 더 많이 필요할 것" 이라고 말했다. 반면 이 회사는 핵폐기물 보관소와 위성의 외진 위치나 위험한 곳에 있는 센서와 같이 정기적으로 배터리를 교체하는 것이 거의 불가능하거나 불가능한 애플리케이션 (일회성의 장기 애플리케이션 방향이라고도 함) 을 찾고 있다. Boardman 은 또한 이 회사의 핵배터리를 심박동기나 웨어러블 장비에 사용하는 것과 같이 우리 생활에 더 가까운 앱을 보았다. 그는 사람들이 배터리를 보존하고 장비를 교체하는 미래를 상상했다. 지금처럼 같은 장치에서 배터리를 자주 교체하는 것이 아니다. "배터리를 교체하기 전에 화재경보기를 몇 개 교체해 주세요. 배터리의 수명이 이 장치보다 훨씬 더 길기 때문입니다." 보드만은 이렇게 말했습니다.
의외로, 대부분의 사람들은 핵 배터리를 거부할 것이다. 왜냐하면 그들은 그것이 방사성 물질을 생산하여 몸에 해롭다고 생각하기 때문이다. (빌 게이츠, 원자력, 원자력, 원자력, 원자력, 원자력, 원자력, 원자력, 원자력) 그러나 Betavoltaic 배터리의 건강 위험 보고서를 보면' 수출 표지' 의 건강 위험과 비교할 수 있으며' 삼수소' 라는 방사성 물질을 사용하여 상징적인 적색 형광을 실현한다. 감마선 또는 기타 더 위험한 방사선 유형과 달리, 베타 입자는 몇 밀리미터 두께의 보호층을 통해서만 작동을 중지할 수 있습니다. 태평양 북서 국립 연구소의 재료 과학자인 랜스 허바드 (Lance Hubbard) 는 "일반적으로 배터리 벽은 누출을 막기에 충분하다" 고 말했다. 이로 인해 핵 배터리에는 방사성 물질이 거의 함유되어 있지 않아 매우 안전하다. " 게다가, 그는 핵전지가 에너지를 다 소모하면 안정된 상태로 붕괴될 것이라고 덧붙였다. 이는 내부에 남아 있는 핵폐기물이 없다는 것을 의미한다.
1 세대 베타 볼타 배터리는 1970 년대에 등장했지만 최근까지 아무도 사용하지 않았다. 그들은 처음에 심장박동기에 사용되었다. 이 경우 결함이 있는 전원 패키지는 결국 더 싼 리튬 이온 대체로 대체될 때까지 생사의 차이를 의미할 수 있습니다. 오늘날 저전력 전자제품의 보급은 핵배터리가 새로운 시대로 접어들었다는 것을 상징한다. "매우 낮은 전력 설비의 경우, 이것은 좋은 전력 선택이다. 우리는 마이크로와트, 심지어 피와에 대해 이야기하고 있다." 허바드는 "사물인터넷은 이 에너지의 부흥을 촉진시켰다" 고 생각한다.
전형적인 베타 볼타 배터리는 반도체 사이에 끼어 있는 얇은 호일 모양의 방사성 소재층으로 구성되어 있다. 그것의 발전 원리는 핵 물질이 자연적으로 쇠퇴할 때 반도체 재료의 전자를 산란시켜 전류를 생성하는 베타 입자라는 고에너지 전자나 양전자를 방출한다는 것이다. 이런 의미에서 핵배터리는 태양전지판과 비슷하지만 반도체가 광자가 아닌 베타 입자를 흡수한다는 점을 제외하면 태양전지판과 비슷하다.
태양전지판과 마찬가지로, 원자력 배터리도 엄격한 에너지 제한을 가지고 있다. 그들의 전력 밀도는 방사선원이 반도체로부터 멀어짐에 따라 감소할 것이다. 따라서 배터리 층의 두께가 몇 미크론을 넘으면 배터리의 전력이 급격히 떨어질 수 있습니다. 또한 베타 입자는 무작위로 모든 방향으로 발사됩니다. 즉, 소수의 입자만 실제로 반도체에 부딪히고, 작은 부분만 전기로 변환됩니다. 핵 방사선 배터리가 얼마나 많은 전기로 전환될 수 있는지에 대해 허바드는 "현재 7% 정도의 효율성이 가장 선진적이다" 고 말했다.
이것은 Arkenlight 의 "Betalight" va 배터리입니다. 센서 팩이 통합되어 있습니다. 탄소-14 배터리와 달리,' Betalight' 는 전통적인' 샌드위치' 핵 배터리로 삼수소로 만들어졌다.
이것은 핵 배터리의 이론적 최대 효율 (약 37%) 과는 거리가 멀다. 그러나 이것은' 탄소-14' 라는 방사성 동위원소가 도움이 될 수 있는 곳이다. "탄소-14" 는 방사성 탄소 연대 측정에서 가장 유명한 역할을 하며, 고고학자들이 고대 유물의 나이를 추정할 수 있게 해 주며, 핵전지에 전기를 공급할 수 있다. 방사능 공급원과 반도체로 모두 사용될 수 있기 때문이다. 반감기도 5700 년이다. 이는 탄소-14 핵 배터리가 원칙적으로 인간의 서면 언어보다 더 긴 시간을 전자 장비에 제공할 수 있다는 것을 의미한다.
스콧과 그의 동료들은 특별한 반응기에 수소 플라즈마에 메탄을 주입하여 인공' 탄소-14' 다이아 를 재배했다. 가스가 이온화되면 메탄이 분해되고 탄소-14 가 반응기의 기저에 모여 다이아몬드 격자에서 자라기 시작한다. 하지만 스콧과 그의 동료들은 전통적인' 샌드위치' 배터리 구성에서 이런 방사성 다이아 (방사선원과 반도체가 이산층인 구성) 를 사용했다. 그리고 그들은 다이아 재배를 위해 탄소-14 를 실험실 장비에 직접 주입하는 특허를 신청했다. 이런 식으로 만든 다이아, 우리 데일리 반지의 다이아 같아요. 그 결과 매끄러운 구조의 크리스탈 다이아, 베타 입자의 이동 거리를 최소화하고 핵전지의 효율을 극대화한다.
"지금까지 방사능원은 방사능원을 받아 전기로 변환하는 다이오드에서 분리되었다." Bodman 는 말했다: "이것은 돌파구 이다." "
우주 광선이 대기 중 질소 원자에 부딪히면' 탄소-14' 가 자연적으로 형성되지만 원자로 제어봉이 들어 있는 흑연 블록에서도 부산물로 발생한다. 이 덩어리들은 결국 핵폐기물이 될 것이다. Boardman 에 따르면 영국에서만 6 억 5438 억 톤에 가까운 조사 흑연이 있다고 합니다. 영국 원자력기구는 최근 35 톤의 방사능을 받은 흑연 덩어리에서 플루토늄을 회수했고, 또 다른 핵전지용 방사성 동위원소를 회수했다. Arkenlight 팀은 흑연 블록에서 탄소-14 를 회수하는 유사한 공정을 개발하기 위해 이 기관과 협력하고 있습니다.
만약 Arkenlight 가 성공한다면, 그것은 핵배터리 제조에 거의 무궁무진한 원자재를 제공할 것이다. 영국 AEA 에 따르면 100 파운드 (약 45.36kg) 미만의 탄소-14 는 수백만 개의 핵 배터리를 만들기에 충분하다. 또한 흑연블록에서 방사성 탄소-14 를 제거하여 고방사성 핵폐기물에서 저방사성 핵폐기물로 강등하여 처리하기 쉽고 안전하게 장기간 보관할 수 있습니다.
현재 Arkenlight 는 개조된 핵폐기물로 베타 배터리를 만들지 않았다. Bodman 은 이 회사의 핵 다이아 배터리를 사용하려면 실험실에서 몇 년 동안 개선해야 한다고 밝혔다. 그러나 이 기술은 이미 우주와 핵공업의 흥미를 불러일으켰다. Boardman 은 이어 Arkenlight 가 최근 유럽 우주국에서 소위' 위성 RFID 태그' 를 위한 다이아 배터리를 개발하는 계약을 체결했다고 밝혔다. 이 배터리는 미약한 무선 신호를 보내고 수천 년 동안 위성을 계속 식별할 수 있다. 그러나 그들의 눈은 원자력 풀에 머물지 않았다. Arkenlight 는 또한 핵폐기물 창고에서 나오는 감마선을 흡수하여 전기를 생산하는 감마선 배터리를 개발하고 있다.
Arkenlight 의 감마 볼트 배터리 원형은 핵폐기물 저장소의 감마선을 전기로 변환합니다.
Arkenlight 만이 핵 배터리를 연구하는 유일한 회사는 아니다. 수십 년 동안 도시 실험실이나 Widetronix 와 같은 미국 회사들은 테스트 배터리를 개발해 왔습니다. 이 회사들은 탄소-14 다이아 대신 플루토늄을 원자력원으로 사용하는 보다 전통적인 계층형 핵 배터리에 주력하고 있습니다.
코넬 대학교 전기 엔지니어, Widetronix 공동 설립자인 마이클 스펜서 (Michael Spanser) 는 방사성 물질을 선택할 때 그 응용을 고려해야 한다고 말했다. 예를 들어 탄소-14 는 플루토늄보다 적은 베타 입자를 방출하지만 반감기는 500 배 더 길다. 만약 당신이 영원히 지속될 수 있는 것이 필요하다면, 이것은 확실히 그것의 장점이지만, 그것은 또한 탄소-14 핵 배터리가 동등한 전기를 공급하려면, 반드시 삼중 수소 배터리보다 훨씬 커야 한다는 것을 의미한다. "동위원소의 선택은 많은 균형을 가져올 것" 이라고 스펜서 씨는 말했다.
핵배터리가 한때 변두리 기술이었다면, 지금은 주류 에너지에 들어갈 준비가 된 것 같다. 우리는 반드시 필요 하지 않습니다-또는 희망-우리의 모든 전자 제품을 수천 년 동안 사용할 수 있습니다. 하지만 우리가 그렇게 할 때, 우리는 항상 작동하는 배터리를 가지고 있습니다 ... 아마도 우리의 다음 세대, 다음 세대, 다음 세대는 여전히 일할 수 있을 것이다.
저자: GolevkaTech