Tuumapatareid
Veel 1950. aastatel pidasid teadlased beetakiirguse energia eraldamise tehnoloogiat tulevikus uute energiaallikate loomise aluseks. Tänapäeval on tõsine alus kindlalt väita, et kontrollitud tuumareaktsioonide kasutamine on oma olemuselt ohutu. Inimesed kasutavad igapäevaelus juba kümneid tuumatehnoloogiaid, näiteks radioisotoopide suitsuandureid.
Nii reprodutseerisid 2014. aasta märtsis USA Columbia osariigi Missouri ülikooli teadlased Jae Kwon ja Bek Kim strontsium-90 ja vee baasil põhineva kompaktse jõuallika maailmas esimese töötava prototüübi. Sel juhul on vee roll energiapuhvrina, mida selgitatakse allpool.
Tuumapatarei töötab aastaid ilma hoolduseta ja suudab toota elektrit veemolekulide lagunemise tõttu, kuna need interakteeruvad beetaosakeste ja muude radioaktiivse strontsium-90 lagunemissaadustega.
Sellise aku võimsusest peaks piisama elektrisõidukite ja isegi kosmoselaevade toiteks.Uue toote saladus peitub beetavoltaikute ja üsna uue füüsikatrendi – plasmonresonaatorite – kombinatsioonis.
Plasmoneid on viimastel aastatel aktiivselt kasutatud spetsiifiliste optiliste seadmete, sealhulgas ülitõhusate päikesepatareide, täiesti lamedate läätsede ja spetsiaalsete trükivärvide väljatöötamisel, mille resolutsioon on mitu korda kõrgem meie silmade tundlikkusest. Plasmoonresonaatorid on spetsiaalsed struktuurid, mis on võimelised nii neelama kui ka kiirgama energiat valguslainete ja muude elektromagnetilise kiirguse vormide kujul.
Tänapäeval on juba olemas radioisotoopsed energiaallikad, mis muudavad aatomite lagunemise energia elektriks, kuid see ei toimu otseselt, vaid vahepealsete füüsikaliste vastasmõjude ahela kaudu.
Esmalt soojendavad radioaktiivsete ainete tabletid anuma korpust, milles nad on, seejärel muundatakse see soojus termopaaride abil elektriks.
Igas muundamise etapis kaob tohutult palju energiat; sellest ei ületa selliste radioisotooppatareide efektiivsus 7%. Betavolticat pole praktikas pikka aega kasutatud, kuna aku osad hävivad kiirguse toimel väga kiiresti.
Uuringud on näidanud, et neid veemolekulide lagunenud osi saab kasutada beetaosakestega kokkupõrgete tagajärjel neelatava energia otseseks eraldamiseks.
Veetuumapatarei töötamiseks on vaja spetsiaalset struktuuri, mis koosneb sadadest mikroskoopilistest plaatinakilega kaetud titaanoksiidi sammastest, mis on kuju poolest sarnane kammiga. Selle hammastes ja plaatina kesta pinnal on palju mikropoore, mille kaudu võivad näidatud vee lagunemissaadused seadmesse tungida. Niisiis toimub aku töötamise ajal "kammis" hulk keemilisi reaktsioone — toimub lagunemine ja veemolekulide moodustumine, vabad elektronid tekivad ja püütakse kinni.
Kõigi nende reaktsioonide käigus vabanev energia neeldub "nõelte" poolt ja muundatakse elektriks. Tänu sammaste pinnale ilmuvatele eriliste füüsikaliste omadustega plasmoonidele saavutab selline vesi-tuumaaku oma maksimaalse efektiivsuse, mis võib olla 54%, mis on peaaegu kümme korda kõrgem kui klassikalistel radioisotoopide vooluallikatel.
Siin kasutatud ioonlahendust on väga raske külmutada ka piisavalt madalal ümbritseval temperatuuril, võimaldades uue tehnoloogiaga valmistatud akusid kasutada elektrisõidukite toiteks ja õige pakendamise korral ka kosmoseaparatuurides erinevatel eesmärkidel.
Radioaktiivse strontsium-90 poolestusaeg on ligikaudu 28 aastat, seega võib Kwoni ja Kimi tuumapatarei töötada ilma märkimisväärse energiakadudeta mitu aastakümmet, võimsuse vähenemisega vaid 2% aastas.Teadlaste sõnul avavad sellised parameetrid selge väljavaate elektrisõidukite levikule.