Gram Başına 3300 Miliwattsaat Enerji Depolayan Nükleer Pil Üretildi
Moskova Fizik Enstitüsü, bilim dünyasının bir türlü istediği başarıyı gösteremediği, elektronik cihazlar için büyük bir sorun haline gelen piller hakkında önemli ilerlemeler kaydetmeyi başardılar.
Moskova Fizik Enstitüsü’nün (MIPT) önde gelen uzmanları, gram başına 3.300 miliwat saatlik enerji depolayan bir prototip nükleer pil üretmeyi başardılar. Diğer pillerden farklı olarak konvansiyonel taşıyıcı hücrelerin sahip olduğu gücün yaklaşık 10 katı daha fazlasını veren nikel-63 izotopu sayesinde, beta voltaik aküler ortaya çıkarılmış oldu.
Betavoltaik piller olarak adlandırılan bu yeni nükleer piller, içerisindeki iletkenler sayesinde beta çürümenin enerjisini elektriğe dönüştürerek güç depoluyor. Bahsettiğimiz bu teknolojinin temeli aslına bakarsanız 1970 yıllarında kadar uzanıyor. Ufak ebatlarda olup büyük enerji depolama özelliğine sahip bu bataryalar en çok kalp pillerinde kullanılıyorlar. Daha kısa ömürlü ve daha yüksek güç yoğunluklarına sahip modelleri ise pahalıya patlayınca, daha ucuz kimyasal pillerin tercih edilmesi nedeniyle bu piller rafa kaldırılmıştı.
Bahsi geçen bu pillerin arka planda kalmasının sebebi elbette yalnızca pahalı olmaları değildi. O zamanlar radyoaktif olan şeylerin halk arasında tehlikeli bulunması ve korkuya neden olması da bir diğer etken olarak ön plana çıkıyor. MIPT ekibi ise nikel-63 kullanarak güç yoğunluğunu, daha önce Rusya ve Bristol’de yapılan testlerden yola çıkarak yeniden ayarladılar. Bariyer tabanlı elmas elektrotlar ve schottky diyotlar ile yeni bir enerji dönüşümü sağlayan uzmanlar, böylece amaçlarına ulaşmış oldular.
200 adet elmas dönüştürü kullanıp nikel-63 ve kararlı izotopu nikel folyo tabakaları ile kesiştiren uzmanlar, folyonun kalınlığına bağlı olarak değişen güç dengesini sabitlemeyi başardılar.
Geliştirilen bu yeni teknoloji de folyo çok kalınsa yayılan elektronlar kendiliğinden emilime uğrayıp kaçamıyorlardı. Ancak folyoyu çok ince hele getirdiğiniz zaman bozulan atomlar azalıyor ve direnç artıyordu. Geliştirme ekibi, bu bozulma ve dayanımları simülasyon yöntemi kullanarak inceleyip nikel-63 folyosunun ihtiyaç duyduğu direnç noktasının, 10 mikrometre schottky diyot ile elmas dönüştürücünün 2 mikrometre kalınlığında olması gerektiği kanısına vardılar.
Dönüştürücünün üretimi elbette kendisine ait bazı zorluklar içeriyordu. Ekip, elmas implantın önce iyon implantasyonun da boron katkılı elmas filmi ile hasar görmüş bir tabakasını yarattılar, daha sonra ise yoğunlaşmayı elde etmek için bir elmas alt tabaka üzerine plakaların yerleştirilmesini sağladılar. Bu sayede üst kat kurtarılabilmişti.
Meydana gelen hasarlı tabaka elektrokimyasal aşındırma ile ayrıştırıldıktan sonra, dönüşürücü omik ve schottky kontakları ile donatıldı. Bobinler, 20 substrattan 200 konvertör oluşturmak için, 1.02 V’luk açık devre gerilimi ve 1,27 μA’lık bir akıma sahip bir batarya oluşturmak için nikel-63 folyo ile istifler yaptlar.
Bahsettiğimiz bu karmaşık veriler, 10 mikron kübik santimetre güç yoğunluğu sayesinde daha ekonomik bir üretim süreci sağlamasının yanı sıra 100 yıllık yaşam sürecine sahipler. Elde edilen bu piller çok uzun ömürleri sayesinde değiştirilmeye gerek duymuyorlar ve kalp pili gibi kritik yerler de çok büyük işler başarabilecekler.
Uzman ekip, yeni ürettikleri bu pilleri aynı zamanda kendi güç kaynaklarını üzerinde taşıyan uzay araçlarına yönelik kullanmayı da hedefliyorlar. Rusya’da normal koşullarda 2020’li yılların ortalarına kadar nikel-63 üretiminin seri şekilde yapılabileceği düşünülmüyor. Bu nedenle elmas konvertör teknolojisini kullanarak 5700 yıllık yaşam sürecine sahip karbon-14 gibi alternatif izotipleri kullanma olasılığı daha ağır basıyor.
Daha önce Bristol’de yer alan diğer ekip, 2016 yılında karbon-14 izotipini kullanarak nükleer atıkların zararlarından korunmak için kısa menzilli radyasyonları engelleyen insan yapımı bir elmas ile araştırma yapmıştı. Rusya’nın bu alanda istediği ilerlemeyi kaydetmesi durumunda, uzun vadeli düşük güç kaynaklarının yeniden gözden geçirilmesi söz konusu olabilir.
Kaynak : webtekno.com
