Radioaktivní odpad by mohl najít využití jako zdroj energie pro jaderné baterie. Vědci totiž sestrojili článek, který tento energetický přenos umožňuje. Technologie může mít řadu výhod, stále však naráží na poměrně výrazná omezení.
Vědci se dlouhodobě snaží najít praktické využití pro radioaktivní odpad produkovaný ve velkých objemech jadernými elektrárnami. Jednu z možností, jak těmto materiálům vdechnout druhý život, představují jaderné baterie, které mohou být dlouhodobým zdrojem energie v extrémních podmínkách, například ve vesmíru.
Snahy o převod jaderné energie na elektrickou mají dlouhou historii
Způsobů, jak tyto baterie přeměňují nukleární odpad zpět na energii, je několik. Jednou z možností je využití tzv. Seebeckova nebo také termoelektrického efektu, který jako energetický zdroj využívá teplo uvolněné během rozpadu radioaktivních izotopů. Další skupina akumulátorů se věnuje ionizačním technikám, kdy je elektrický proud generován za pomoci záření interagujícího s polovodičovým materiálem. Experimenty s praktickým využitím takových baterií se začaly objevovat již v polovině 20. století, účinnost přeměny energie přímo z radioaktivních zdrojů se však pohybovala pouze na úrovni desetin či jednotek procent, což bylo vzhledem k vzácnosti přírodních materiálů s obohacenými izotopy značně nevýhodné.
Researchers have developed a battery that can convert nuclear energy into electricity via light emission. These batteries would be used near where nuclear waste is produced and aren’t designed for public use. @OSUengineering https://t.co/WKvegLMhHw
— Ohio State News – Research (@osuresearch) February 25, 2025
Vědci se tedy ve studii zveřejněné v časopise Optical Materials: X zabývali myšlenkou, zda-li by vhodným zdrojem záření pro pohon jaderných baterií nemohl být radioaktivní odpad. Toho je v porovnání s původními zdroji izotopů podstatně více, a využití pro něj je navzdory celosvětově rostoucím objemům stále omezené. Vhodnou kombinací scintilačních krystalů, které při vystavení radioaktivnímu záření emitují viditelné světlo, s fotovoltaickými články se výzkumníkům podařilo potvrdit účinný způsob přeměny jaderné energie na elektrickou. Přestože výsledná účinnost dosahuje stále pouze řádu miliwattů, mohou baterie využívající tento jev pohánět drobnou elektroniku – například senzory či mikročipy – v prostředí s vysokou radiací.
Zdrojem radioaktivních izotopů ve výše zmíněné práci se stalo vyhořelé jaderné palivo, které obsahovalo cesium-137 a kobalt-60. Zatímco cesiová baterie generovala přibližně 288 nanowattů (nW), v případě kobaltu bylo dosaženo výkonu násobně vyššího výkonu – konkrétně 1,5 mikrowattu (µW).
Využití je zatím omezené, přesto jde o průlomový objev
Na rozdíl od běžných jaderných baterií, které v sobě přímo obsahují pevné radioizotopy, tento typ akumulátoru pouze zachycuje vnější emitované záření z jiného zdroje. Tento způsob energetického přenosu může najít využití například v hlubokém vesmíru či v prostorech, kde je radioaktivní odpad skladován. Úroveň radiace je zde totiž dostatečně vysoká, a zdrojem záření tak může být samotné okolní prostředí.
Jaderné elektrárny každoročně vyprodukují obří kvanta radioaktivního odpadu. Ten by nyní mohl posloužit jako nový zdroj energie. Foto: Pixabay
Sami autoři studie uvádí, že výsledky výkonu nového článku jsou v mnoha ohledech průlomové. Nyní hodlají pracovat na zdokonalení celého systému, například úpravou velikosti scintilačního krystalu, který podle všeho hraje v přenosu energie významnou roli. V případě zvýšení účinnosti lze uvažovat i o rozšíření této technologie mimo místa s vysokou radiací a přinést tak řešení, které dalece přesáhne původní záměr jaderných baterií a přiblíží se teoriím o novém účinném zdroji energie.
