Mikrosiłownie atomowe

Data dodania: czwartek, 20 listopada 2002, autor: iar.radio.com.pl

Konstruktorzy istniejących i projektanci przyszłych nanourządzeń mają zasadniczy kłopot. Badacze uskarżają się na brak źródła energii, które byłoby jednocześnie niewielkie i wydajne.

Układy elektroniczne i nanomaszyny stają się coraz mniejsze, a zasilające je baterie są wciąż stosunkowo duże, mówi Amit Lal z Cornell University w Itace (stan Nowy Jork). Wynalazek przedstawiony niedawno przez związaną z nim grupę naukowców stanowić może ciekawe rozwiązanie tego narastającego problemu. Amit Lal tak wyjaśnia ogólny mechanizm działania urządzenia: Zbudowaliśmy maleńką baterię, która może latami zasilać czujniki lub urządzenia medyczne, czerpiąc energię z radioaktywnego izotopu. Jak twierdzą uczeni, czas działania takiego ogniwa może sięgać nawet 75 lat.

Prototyp składa się z paska miedzi o szerokości 1 mm, długości 2 cm oraz grubości wynoszącej jedynie 60 mikrometrów, czyli 60 milionowych części metra. Miedziany pasek ułożony został na kształt "dźwigienki" zawieszonej nad cienką płytką radioaktywnej odmiany niklu, która emituje promieniowanie beta. Elektrony (to właśnie jest promieniowanie beta) gromadzą się na pasku miedzi, obdarzając go ujemnym ładunkiem elektrycznym. W tym samym czasie izotop niklu traci elektrony, a tym samym uzyskuje ładunek dodatni. Co jakiś czas przyciąganie między elementami o przeciwnych ładunkach powoduje, iż miedziane ramię opada na niklową warstwę. Przepływa wówczas prąd wyrównujący różnicę ładunków, pasek miedzi odskakuje na wyjściową pozycję, po czym opisany proces się powtarza.

Urządzenie przetwarza energię jądrową bezpośrednio w ruch. Wahadłowe drgania miedzianego elementu można za pośrednictwem mikroprzekładni zamienić na ciągły ruch liniowy lub obrotowy. Energia elektryczna może być natomiast produkowana przy pomocy mikroskopijnego generatora. Element magnetyczny przymocowany do końca miedzianej dźwigni przesuwając się wewnątrz miniaturowej zwojnicy może indukować prąd elektryczny. Pracujące zazwyczaj w warunkach próżni urządzenie działa jak atomowa bateria, ale po niewielkim modyfikacjach może służyć jako samowystarczalny czujnik np. wykrywacz gazów, termometr lub ciśnieniomierz. Warunki zewnętrzne zakłócają bowiem pracę miedzianej dźwigienki, zmieniając okres jego oscylacji. A czas ten, charakterystyczny dla określonego gazowego ośrodka, temperatury czy ciśnienia, można łatwo zmierzyć.

Badania prowadzone są we współpracy z Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), czyli Agencją Zaawansowanych Projektów Badawczych związaną bezpośrednio z amerykańskim Departamentem Obrony. Nic dziwnego. Amit Lal twierdzi, że ogromne korzyści z atomowych baterii może czerpać właśnie wojsko, które potrzebuje chociażby niezawodnych czujników skażeń radioaktywnych monitorujących składowane dekadami głowice nuklearne. W przeciwieństwie do promieniowania alfa lub gamma, elektrony uwalniane przez używany w mikrosiłowniach nikiel-63 są niemal całkowicie nieszkodliwe dla organizmów żywych. Do cywilnych zastosowań baterii mogą należeć urządzenia implantowane wewnątrz ludzkiego ciała, mówi Lal.

W najbliższej przyszłości grupa naukowców z Itaki pracować będzie nad zmniejszeniem "makroskopowych" jak na razie baterii atomowych. Trwają prace nad podobną baterią, którą zmieścić można będzie w sześcianie o boku nie przekraczającym jednego milimetra. Potencjalnych zastosowań takiego urządzenia jest mnóstwo. Nad alternatywnymi mikroźródłami energii głowią się jednak również inne zespoły uczonych. Trudno więc przewidzieć, czy właśnie wynalazek z Cornell University znajdzie uznanie inwestorów. Dotychczasowe osiągnięcia badacze zamierzają skomercjalizować samodzielnie - dzięki założonej w tym celu firmy Lifesonics. Szef grupy ma nadzieję, że za dwa lata laboratoria Lifesonics opuści prototyp zasilanego energią jądrową czujnika temperatury i ciśnienia.