Una batería nuclear optoeléctrica [ cita requerida ] (también dispositivo radiofotovoltaico , batería nuclear radioluminiscente [1] o generador fotovoltaico de radioisótopos [2] ) es un tipo de batería nuclear en la que la energía nuclear se convierte en luz , que luego se utiliza para generar energía eléctrica . Esto se logra dejando que la radiación ionizante emitida por los isótopos radiactivos golpee un material luminiscente ( centelleador o fósforo ), que a su vez emite fotones que generan electricidad al golpear una célula fotovoltaica .
La tecnología fue desarrollada por investigadores del Instituto Kurchatov de Moscú . [ cita requerida ]
Un emisor beta, como el tecnecio-99 o el estroncio-90, se suspende en un gas o líquido que contiene moléculas de gas luminiscente del tipo excimer , constituyendo un "plasma de polvo". Esto permite una emisión casi sin pérdidas de electrones beta de las partículas de polvo emisoras. Los electrones excitan entonces los gases cuya línea excimer se selecciona para la conversión de la radiactividad en una capa fotovoltaica circundante de modo que se puede realizar una batería teóricamente ligera, de baja presión y alta eficiencia . (En la práctica, los diseños existentes son pesados e implican alta presión). Estos nucleidos son desechos radiactivos de costo relativamente bajo provenientes de reactores de energía nuclear . El diámetro de las partículas de polvo es tan pequeño (unos pocos micrómetros) que los electrones de la desintegración beta abandonan las partículas de polvo casi sin pérdida. El plasma débilmente ionizado circundante consiste en gases o mezclas de gases (como criptón , argón y xenón ) con líneas excimer tales que una cantidad considerable de la energía de los electrones beta se convierte en esta luz. Los muros circundantes contienen capas fotovoltaicas con amplias zonas prohibidas , como el diamante , que convierten la energía óptica generada a partir de la radiación en energía eléctrica. [ cita requerida ]
Una patente alemana [3] [4] proporciona una descripción de una batería nuclear optoeléctrica, que consistiría en un excímero de argón, xenón o criptón (o una mezcla de dos o tres de ellos) en un recipiente a presión con una superficie interna espejada, un radioisótopo finamente molido y un agitador ultrasónico intermitente , que ilumina una fotocélula con una banda prohibida sintonizada para el excímero . Cuando los nucleidos emisores de beta (por ejemplo, criptón-85 o argón-39 ) emiten partículas beta, excitan sus propios electrones en la estrecha banda del excímero con un mínimo de pérdidas térmicas , de modo que esta radiación se convierte en una capa fotovoltaica de banda prohibida alta (por ejemplo, en diamante pn) de manera muy eficiente en electricidad. La potencia eléctrica por peso, en comparación con las baterías de radionúclidos existentes, se puede aumentar entonces en un factor de 10 a 50 o más. Si el recipiente a presión está hecho de fibra de carbono / epoxi , se dice que la relación potencia-peso es comparable a la de un motor que respira aire con tanques de combustible. La ventaja de este diseño es que no se necesitan conjuntos de electrodos de precisión y la mayoría de las partículas beta escapan del material a granel finamente dividido para contribuir a la potencia neta de la batería.
El riesgo inherente de falla probablemente limite este dispositivo a aplicaciones espaciales, donde la fuente de radioisótopos finamente divididos solo se retira de un medio de transporte seguro y se coloca en el gas de alta presión después de que el dispositivo haya abandonado la órbita terrestre. [ cita requerida ]
Se puede construir una batería nuclear betafotovoltaica simple a partir de viales de tritio (tubos de vidrio llenos de tritio recubiertos con un fósforo radioluminiscente ) y células solares , que se encuentran fácilmente disponibles . [5] [6] [7] Un diseño que incluye 14 viales de tritio de 22,5 x 3 mm produjo 1,23 microvatios a una potencia máxima de 1,6 voltios. [5] Otro diseño combinó la batería con un condensador para alimentar una calculadora de bolsillo durante hasta un minuto a la vez. [8]
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