Radioactieve isotoop als brandstof voor miniscule accu

Op EE Times is te lezen dat Amerikaanse wetenschappers erin zijn geslaagd om een batterij te ontwikkelen die werkt met radioactieve isotopen als brandstof. Onder leiding van professor Lal van de Cornell University is een accu ontworpen, kleiner dan 1 vierkante millimeter, die tientallen jaren stroom levert. De wetenschappers willen dit prototype nog verder verkleinen, zodat het gebruikt kan worden in microelektromechanische systemen (MEMS), zoals sensoren op afstand en medische implantaten. Als brandstof wordt er gebruik gemaakt van de isotoop nikkel-63 met een halfwaardetijd van meer dan 100 jaar. De batterij zal gedurende de helft van zijn halfwaardetijd, in dit geval dus meer dan 50 jaar, goed werken. Het is ook mogelijk om andere isotopen te gebruiken, die bijvoorbeeld meer energie leveren of volledig bestand zijn tegen temperatuursinvloeden. Met behulp van de deeltjes die een isotoop uitstraalt, kan een stroom worden opgewekt:

The MEMS battery translates the stored energy in the radioactive isotope directly into the physical motion of a microscopic cantilever, enabling it to move MEMS components directly or to generate electricity for circuitry. Lal argues that atomic batteries are the best solution for "always on" sensors and other devices for long-term monitoring. His atomic battery was designed under a Darpa contract.

A copper cantilever is mounted directly above a thin film of the radioactive isotope nickel-63. Isotopes are heavier versions of an element that have an excess of neutrons in their nuclei. As the isotope decays, it emits high-energy particles. In this case, they are known as beta particles, free electrons that are biologically harmless compared with the alpha particles and gamma rays produced by other isotopes when they decay.

As the copper cantilever accumulates the emitted electrons, it builds up a negative charge at the same time that the isotope film becomes positively charged. The beta particles essentially transfer electronic charge from the thin film to the cantilever. The opposite charges cause the cantilever to bend toward the isotope film.

Just as the cantilever touches the thin-film isotope, the charge jumps the gap. That permits current to flow back onto the isotope, equalizing the charge and resetting the cantilever. As long as the isotope is decaying — a process that can last for decades — the tiny cantilever will continue its up-and-down motion.