Kürzlich gaben chinesische Wissenschaftler im Nature Magazine offiziell die Ergebnisse ihrer Forschungen zu Kernenergiebatterien bekannt. Deshalb nutzte das Forschungsteam um Professor Vuong Thu Ao von der Dong Ngo University (China) die von radioaktiven Isotopen abgegebenen Alphastrahlen, um diesen Batterietyp herzustellen.

Derzeit sind Alpha-Radioisotope aufgrund ihrer hohen Zerfallsenergie von 4 bis 6 Megaelektronenvolt (MeV) hervorragende „Kandidaten“ für Mikronuklearbatterien. Die Energie der Alphastrahlung kann die von Beta-Radioisotopen-Bergbaugeräten bei weitem übertreffen. Mittlerweile liegt die höchste Zerfallsenergie eines Beta-Radioisotops 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 begrenzt, 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 Mikronuklearbatterie mit Alpha-Radioisotopen viel stärker als in der Theorie.“

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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 diese wie eine Photovoltaikzelle in Licht und Elektrizität umwandelt.

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

Die photovoltaische Atombatterie wandelt Strahlung in elektrische Energie um, habe eine lange Lebensdauer und funktioniere unabhängig von Temperaturschwankungen, erklärte das Forschungsteam. Konkret weist die experimentelle Mikronuklearbatterie eine Gesamtleistungsumwandlungseffizienz von 0,889 % auf und erzeugt 139 Mikrowatt/Curie.

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

Darüber hinaus zeichnet sich der Stromrichter durch eine hohe Stabilität aus: Die Leistungsparameter bleiben bei über 200 Stunden Dauerbetrieb nahezu konstant. 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 Chinas Science and Technology Daily. Die Forschung befasst sich nicht nur mit den strategischen und sicherheitsbezogenen 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 bringen diese Isotope den Vorteil langer Lebensdauer und hoher Energie mit sich.“

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

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