Vor Kurzem haben chinesische Wissenschaftler im Nature Magazine offiziell die Ergebnisse ihrer Forschung zu Kernenergiebatterien bekannt gegeben. Deshalb nutzte das Forschungsteam um Professor Vuong Thu Ao von der Dong Ngo University (China) die von radioaktiven Isotopen freigesetzten Alphastrahlen, um diesen Batterietyp herzustellen.

Derzeit sind Alpha-Radioisotope aufgrund ihrer hohen Zerfallsenergie von 4 bis 6 Megaelektronenvolt (MeV) aussichtsreiche „Kandidaten“ für Mikronuklearbatterien. Die Energie der Alphastrahlung kann die von Geräten zur Gewinnung von Beta-Radioisotopen bei weitem übersteigen. Die höchste Zerfallsenergie radioaktiver Betaisotope liegt bei einigen zehn Kiloelektronenvolt (KeV).

Obwohl Mikronuklearbatterien 8.000-mal effizienter sind als herkömmliche Batterien, sind sie immer noch durch ihre extrem kurze Eindringtiefe in Feststoffe eingeschränkt, was dazu führt, dass Alphateilchen einen Großteil ihrer Energie durch Selbstabsorption verlieren. Professor Vuong Thu Ao, Leiter des Forschungsteams, erklärt: „Der Selbstabsorptionseffekt reduziert die tatsächliche Kapazität der Mikrokernbatterie mit Alpha-Radioisotopen viel stärker als in der Theorie.“

462545951_502359769364359_3303031661309682622_n.jpg
Abbildung einer von chinesischen Wissenschaftlern entwickelten Mikronuklearbatterie. Fotoquelle: SCMP

Das Design der Mikronuklearbatterie verfügt über eine integrierte Schicht, die wie eine Solarzelle wirkt, um die Alphastrahlung optimal zu nutzen. Das Team baute einen Energiewandler ein – eine Polymerschicht, die das Isotop umgibt und die bei der Bestrahlung freigesetzte Energie überträgt. Indem es wie eine Photovoltaikzelle in Licht und Elektrizität umgewandelt wird.

Dieser Forschung zufolge erzeugte der Komplex unter Verwendung von nur 11 Mikrocurie (μCi) der synthetischen radioaktiven Substanz 243Am Lumineszenz aus Alphastrahlen, die beim Zerfallsprozess des Isotops emittiert wurden. In einem anderen Experiment wurde die Lichtleistung auf 11,88 Nanowatt (nW) ermittelt, wobei die Effizienz der Umwandlung von Zerfallsenergie in Licht 3,43 % erreichte.

Die photovoltaische Kernbatterie wandelt Strahlung in elektrische Energie um, hat eine lange Lebensdauer und funktioniert unabhängig von Temperaturschwankungen, so das Forschungsteam. Konkret weist die experimentelle Mikronuklearbatterie einen Gesamtwirkungsgrad bei der Energieumwandlung von 0,889 % auf und erzeugt 139 Mikrowatt/Curie.

Die vom Forschungsteam entwickelte Mikronuklearbatterie wurde anhand von Theorien und zahlreichen Experimenten eingehend überprüft. Dabei zeigte sich, dass ihre Energieumwandlungseffizienz 8.000-mal höher ist als die herkömmlicher Batteriestrukturen.

Ebenso ist der Stromrichter äußerst stabil, wobei die Leistungsparameter über mehr als 200 Stunden Dauerbetrieb nahezu konstant bleiben. Bei einer Halbwertszeit von 243 Am des synthetischen radioaktiven Materials hat die Mikronuklearbatterie eine Lebensdauer von bis zu mehreren Jahrhunderten.

Batteriestruktur (Foto 1), Eigenschaften des Energiewandlers (Foto 2), theoretische und experimentelle Forschungsergebnisse (Foto 3) und Ergebnisse zur Batterieleistung (Foto 4). Fotoquelle: China Key Laboratory für Nuklearmedizin und Strahlenschutz.

„Dies ist einer der größten Durchbrüche bei Atombatterien der letzten Jahrzehnte“, kommentierte die chinesische Science and Technology Daily. Die Forschung befasst sich nicht nur mit den strategischen und sicherheitsrelevanten Anforderungen der Kernenergie in China, sondern bietet auch einen neuen Ansatz für die Nutzung von Atommüll und Aktinidennukliden außerhalb des Kernbrennstoffkreislaufs.

Die Zeitung SCMP urteilte dazu: „Die langen Halbwertszeiten und der hochenergetische Alphazerfall mancher Isotope äußern sich in Form radioaktiver Toxizität des Atommülls. Dennoch bieten diese Isotope den Vorteil einer langen Lebensdauer und hohen Energie.“

Professor Wang Shu Ao ist ein chinesischer Wissenschaftler, der viele große Erfolge in Projekten zur Behandlung von Atommüll und Abwasser sowie in der Forschung zur Notfallreaktion bei Unfällen erzielt hat. Er hat sich viele Jahre lang auf die strategischen Bedürfnisse Chinas im Bereich der nachhaltigen und sicheren nuklearen Entwicklung konzentriert.

Weltweit führender Nanotechnologie-Wissenschaftler verlässt die USA, um in seine Heimat zurückzukehren und dort seinen Beitrag zu leisten . CHINA – Im Alter von 63 Jahren beschloss Herr Vuong Trung Lam, der weltweit führende Nanotechnologie-Wissenschaftler, nach fast 30 Jahren Arbeit in den USA, in seine Heimat zurückzukehren.