Diamanty z jadrového odpadu prinesú „večné batérie“

Strednodobé a dlhodobé úložiská na odpad z jadrových elektrární možno nebudú len skládkami s nebezpečným materiálom. Nové technológie ich môžu zmeniť na „zlaté“ bane s cennou surovinou.

Stane sa tak zrejme s vyhoreným jadrovým palivom, ktoré sa bude dať využiť v nových generáciách jadrových reaktorov so soľným chladením, ale využitie nájde asi aj iný rádioaktívny odpad.

Mnoho starších typov jadrových reaktorov využíva ako moderátory jadrovej reakcie grafitové tyče. Inak to nie je ani v britských reaktoroch Magnox, ktoré sú teraz po viac ako pol storočí služby v procese likvidácie.

Namiesto odpadu diamanty

Vedci z University of Bristol však našli spôsob, ako tieto grafitové tyče zaujímavým spôsobom zužitkovať. V prírode sa uhlík vyskytuje vo forme dvoch stabilných izotopov ¹²C (s podielom 98,9 %) a ¹³C s výskytom asi  1,1 %. Z atómov dusíka ¹⁴N vo vysokých vrstvách atmosféry vzniká vplyvom kozmického žiarenia rádioaktívny izotop ¹⁴C s polčasom rozpadu 5 730 rokov.

Tento izotop, ktorý sa používa na datovanie organických artefaktov v archeológii, však vzniká aj grafitových tyčiach reaktorov.

Vplyvom ožiarenia sa časť uhlíka v grafitových tyčiach zmení z neutrálneho izotopu ¹²C na rádioaktívny uhlík ¹⁴C. Tento izotop je zdrojom žiarenia beta (čo sú vlastne elektróny), ktoré preniká vzduchom len niekoľko centimetrov a nie je pre životné prostredie veľmi nebezpečné.

Vedci z Bristolu však prišli s nápadom vytvoriť z uhlíka ¹⁴C umelé diamanty, ktoré by sa mohli stať zdrojom elektrickej energie. Ak je diamant vystavený rádioaktívnemu žiareniu, uvoľňuje z mriežky elektróny, ktoré predstavujú malý elektrický prúd. Výskumníci demonštrovali prototyp „diamantovej batérie“ s použitím izotopu niklu  ⁶³Ni ako žiariča. Teraz však pracujú na batériach z uhlíka ¹⁴C, ktoré by mali byť oveľa účinnejšie.

Energia  pre nízkoenergetické aplikácie „navždy“

1g uhlíka ¹⁴C vyrobí 15 J denne, čo je menej, než tužková batéria AA, ktorá má energetickú hustotu 700J/g. Ak ale vezmeme do úvahy polčas rozpadu rádioaktívneho uhlíka, favorit je jasný. Celkový prúd a napätie sú navyše dané množstvom sériovo-paralelne usporiadaných článkov. Pri veľkom počte môžu byť výsledné parametre dostatočné pre reálne potreby.

Najzaujímavejšie na tom je, že takéto batérie nepotrebujú elektrolyt a mali by extrémne dlhú životnosť. Vzhľadom na polčas rozpadu by sa aj po 5 730 rokoch nachádzalo v batérii stále ešte 50% diamantov z uhlíka ¹⁴C.

Aby boli takéto batérie bezpečné, vedci navrhujú prekryť vrstvu rádioaktívnych umelých diamantov vrstvičkou umelých diamantov z atómov ¹²C. Tá by dokázala spoľahlivo pohltiť rádioaktívne žiarenie.

Za desaťročia prevádzky jadrových reaktorov vzniklo len v Británii okolo 100 000 ton odpadu v podobe rádioaktívnych grafitových tyčí, takže materiálu na diamantové generátory energie by bolo dosť.

Rádioaktívne diamanty by mohli nájsť uplatnenie v mnohých oblastiach – od stratosférických dronov s dlhými operačnými časmi vo vzduchu (také chcú použiť niektorí operátori aj na šírenie internetu), cez kozmické sondy, až po kardiostimulátory na „večné použitie“.