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.

Reacties (71)

[Inferno]

Is die beta straling niet schadelijk voor de mens dan? Ik heb altijd gedacht van wel
Minder schadelijk dan alpha's (die zijn veel groter --> meer energie) en gamma straling (veel sneller --> meer energie), maar toch schadelijk dacht ik.

Lijkt me zeker belangrijk bij implantaten, misschien is de hoeveelheid straling niet erg hoog, maar kan deze wel een klein (kanker)gezwel veroorzaken bij het weefsel waar dit implantaat is aangebracht?

[Anoniem: 36844]

Betastraling kan je makkelijk afschermen met een stukje metaal. Alpha straling gaat niet een door je huid heen. Gamma straling is ongeveer niet af te schermen. Behalve met een metersdikke betonnen muur of cm's dikke lood plaat..

[arjankoole]

okay, ik zie er een paar die er een beetje naast zitten:

alpha: komt met moeite door lucht heen, laat staan door je huid.

beta: gaat wel door lucht, maar nauwelijks door de eerste laag van je huid. (de hoornlaag, die eigelijk een dooie huidlaag is)

alpha: maak dat je wegkomt, gevaarlijke zooi.

dus nee, beta straling is niet gevaarlijk, zeker niet in de hoeveelheden die van zo'n klein batterijtje afkomen. Je loopt als je vliegt meer straling op.

[Anoniem: 36844]

alpha is totaal ongevaarlijk, tenzij het in deeltjes die in de lucht zitten zweeft en die je inademt. Want inwendige bestraling van alpha is wel ontzettend gevaarlijk.

[DRaakje]

Nog iets duidelijker:
Alpha = Helium kernen, komen niet ver maar wel veel schade.
Beta = Electronen, Matig ver, matige schade.
Gamma = Fotonen, ver, weinig schade...

[Anoniem: 61983]

Gammastraling is niet schadelijk? Gammastraling is Röntgenstraling: hoogfrequente (en dus energierijke) straling. Veroorzaakt kanker.

[mjtdevries]

Relatief gezien geeft gamma straling inderdaad weinig schade in vergelijking met alpha en beta.

Een van de redenen daarvoor is juist OMDAT het zo diep doordringt. Dat diep doordringen betekent niets anders dan het niks tegen komt om zijn energie aan af te geven. En als het niks tegenkomt dan geeft het ook geen schade.

Weinig doordringingsvermogen betekent dat de energie en daarmee de schade in dat kleine gebied optreedt. Zoals cyberbeast al aangaf is inwendige bestraling door alpha ongelooflijk gevaarlijk.

Wat betreft doordringingsdiepete zit je bij alpha ongeveer op die eerste laag van je huid, de hoornlaag.
Bij beta ongeveer op 1 cm diepte in je huid.
En gamma vliegt er dwars doorheen.

Natuurlijk blijft gamma straling gevaarlijk als de intensiteit maar hoog genoeg is. En het vervelende is dat je het niet zo makkelijk tegen kan houden als beta en alpha.

[Freakertje]

Wow, Gammastraling weinig schade? Hangt dus wel ff af van de dosis hè? Ik ben een klein beetje uit het onderwerp doordat ik geen natuurkunde meer heb, maar kunnen bovenstaande personen ook even aangeven welke straling er 20× zo krachtig was? Kunnen ze vast wel opzoeken in hun BiNaSsen

[G33rt]

als jij een isotoop gebruik als batterij is dat echt niet schadelijk hoor. je mobieltje is ongeveer net zo schadelijk kwa straling (daar hebben mensen serieus tumoren van gekregen, was een keer op discovery)

[RobT]

o/t

je mobieltje is ongeveer net zo schadelijk kwa straling (daar hebben mensen serieus tumoren van gekregen, was een keer op discovery)

Link en bewijs graag, want dan zeg ik mijn baan op.

Er is nog nooit iets bewezen in die richting voor zover ik weet, vandaar.
En als dat wel gebeurt, dan verwacht ik dat het wereldnieuws is, en dus in alle kranten ed te lezen. Ik heb er niks over gezien (over sluitend bewijs), dus denk ik niet dat het zo is.

Het enige dat bewezen is, is dat er mensen zijn die tumoren en kankers hebben, en dat die ook een mobieltje hebben (gebruikt).
Lekker veelzeggend.

[Anoniem: 44174]

Nee, maar het is ook niet bewezen dat het niet schadelijk is en geen kanker veroorzaakt. Mischien toch maar dei baan opzeggen dan?

[Anoniem: 58763]

daar zijn de meningen over verdeeld

[nhimf]

offtopic:
Het is dus dat gamma straling op zich het minste aan schade aanricht, omdat het geen deeltjes zijn. Beta straling is een elektron en alpha straling is een helium kern (2protonen en 2 neutronen). Maar gamma straling gaat makkelijk door dingen heen en alpa straling bijna niet.

Maar nu kunnen dus hele kleine dingen toch van stroom worden voorzien en zonder al teveel ruimte innemend. Zou (als het wat verder geëvolueerd is) er handig zijn voor dingen als handhelds en andere kleine apparatuur.

[Anoniem: 36844]

Lijkt me niet, want dan heb je ook weer veel grotere apparaten nodig. Dit is denk ik echt special voor de kleinste apparaten.
Voor handhelds zijn mini-fuel-cells waarschijnlijk de toekomst. De werken meestal met waterstof onder vorming van water. Dit wekt in de cell stroom op. En het enige afval is water. Ze hebben ze nu al redelijk klein (ongeveer zo groot als een siggareten pakje dacht ik). Ze worden nog veel kleiner. Op zo een fuel cell kan je laptop als het allemaal goed gaat werken wel een paar daagjes aan staan.

[Anoniem: 36844]

Het is alleen jammer dat deze batterij ontzettend weinig energie levert. Het is dus niet voor in je walkman ofzo. Het is voor ontzettend kleine nanomahcines bedoelt. Dit is overigens best oud nieuws.
BTW waar zit de submit news knop in de nieuwe layout anders had ik het nl al een tijdje terug gestuurd

[G33rt]

de techniek evolueert vanzelf verder hoor, dus het word vanzelf bruikbaar voor de consument

(ik zou toch niet graag zon 6 kamers innemende 0.5 Mhz radiobuizen pc willen in de jaren 50 )

[Anoniem: 34136]

BTW waar zit de submit news knop in de nieuwe layout anders had ik het nl al een tijdje terug gestuurd

Onder het kopje nieuws vlak boven de titel van dit artikel. http://www.tweakers.net/etc.dsp?Action=Newssubmit

[boner]

in hut hele artikel staat nergens hoeveel energie er wordt afgegeven. Ook geen voltages genoemd oid.

Maareh. Nu 1mm3 per celletje. Mijn telefoon heeft een cel (batterij) van ongeveen 5 * 3 * 1 cm = 15 cm3 = 15000mm3. das een hoop kleine vermogentjes samen.

en da's nog maar pas een prototype. wordt vast wel kleiner gemaakt in de (nabije) toekomst.....

[Anoniem: 64607]

Er wordt gesproken over het aansturen van LED voor het versturen van optische signalen of piezo elementjes. Zover ik weet gebruikt een LED 0.25 mW of 25 mW (weet ik niet meer zeker) ... laten we uitgaan van het ergste ... als ik mijn notebook wil voeden van laten we zeggen 20W (is een gok) dan heb ik dus 20W / 25mW = 20 / 0.025 = 800 keer zoveel nodig dat is dan 800 * 1 mm2 ...

nou ik wil best geloven dat dat nog te doen is .... maar wordt dat niet enorm radioactief

[D-RiSe]

mwaw... we hebben het niet over uranium oid, een laagje lood om je accu zou al wonderen doen volgens mij
(Maar ik ben dan ook geen natuurkundig iemand)

[REDFISH]

Is het niet ook peperduur om die isotopen te maken in deeltjesversnellers, denk niet dat het erg toepasbaar is.

[G33rt]

dat dacht men van de pc die 6 kamers groot was in '47 ook niet. inmiddels ronken er miljoenen van die dingen. overal ter wereld. dus nu is het nog op kleine schaal toepasbaar maar in de toekomst misschien op betere schaal.

[Anoniem: 36844]

je hebt echt geen deeltjesversneller nodig om nickel-63 te verkrijgen.

[Stinger666]

Jesus, zitten hier mensen bij die bij natuurkunde op de middelbare school niet goed op hebben gelet ofzo.

Ik haal het hier zo uit mn aantekeningen van vorig jaar (ben inmiddels VWO6 geslaagd)

ALPHA: Niet gevaarlijk > Komt met moeite door de lucht. Gaat niet door je huid. Ongevaarlijk. Je wordt er op dit moment ook mee bestookt.

BETA: Gaan tot in de hoornlaag van je huid. Licht gevaarlijk. Bij inademing kan het kanker veroorzaken en blijvende schade veroorzaken.

GAMMA: Tsjerrnobil!!! Hier ga je dus gewoon dood van! Gaat dwars door je lijf heen en blijft er ook in hangen. Zeer gevaarlijk.

Nou lijkt het me allemaal duidelijk

[Anoniem: 3747]

Spijt me zeer, maar dit is ook een beetje flauwekul.
Als jij zegt dat alfa straling niet gevaarlijk is... *kuch* bovendien wordt je er ook niet mee "bestookt". Als alfa in je lichaam komt (omdat je een alfa emitterende isotoop hebt binnengekregen bijvoorbeeld), krijg je hele sterke ionisatie omdat alfa positief geladen straling is. En die kan schade aan DNA veroorzaken. Kan dus kanker veroorzaken.
Het lijkt er een beetje op dat je alfa en beta door elkaar gehaald hebt, want beta gaat inderdaad nauwelijks door je huid, maar kan wel gevaarlijk zijn natuurlijk. Het blijft hoog energetische straling.
Gamma tenslotte gaat grotendeels door je lichaam heen, omdat het zo veel energie heeft. Maar als het dan iets raakt is het meteen beschadigd natuurlijk.
Zo, da's genoeg natuurkunde....

[Anoniem: 26306]

Jesus, zitten hier mensen bij die bij natuurkunde op de middelbare school niet goed op hebben gelet ofzo.

Ach ja, die mensen zie je overal. Iets niet weten, maar wel doen alsof ze het weten.

GAMMA: Tsjerrnobil!!! Hier ga je dus gewoon dood van! Gaat dwars door je lijf heen en blijft er ook in hangen. Zeer gevaarlijk.

Gevaarlijk: ja. Maar gamma-straling blijft zeker niet hangen. Misschien had je zelf toch even iets beter op moeten letten.

Alfa-straling is ook wel degelijk gevaarlijk, door de grote hoeveelheid kinetische energie van de helium-kernen. Zeker in de longen of darmen kan dit soort straling veel schade veroorzaken.

[mjtdevries]

Blijkbaar zijn er weinig examenvragen over radioactivieit geweest als je geslaagd bent.

Alpha is wel degelijk gevaarlijk als je het binnen krijgt.
Bv door je te snijden aan iets dat alpha straling afgeeft, (naast de kwadraten wet een van de redenen waarom je nooit een radio actief preparaat met je vingers vastpakt) of het binnenkrijgt via de lucht of voedsel.

Hoezo worden we er mee bestookt? Bedoel je het beeldscherm of zo? Dat zijn electronen en zou je dus met beta straling moeten vergelijken en niet met alpha.

Beta gaat ongeveer 1 cm diep in je houd. Kan dezelfde blijvende schade veroorzaken als alpha.

Gamma. Het gaat door je heen en blijft er ook in hangen?? Dat kan dus niet. OF het gaat door je heen OF het blijft in je hangen.
Wat er werkelijk gebeurt is dat het voornamelijk door je heen gaat, en een klein deel in je lichaam blijft en schade aanricht. Als je maar aan genoeg gamma straling blootstelt dan komt er genoeg schade om aan dood te gaan.

Laat 1 ding duidelijk zijn. Van ALLE DRIE de vormen ga je dood als de dosis maar hoog genoeg is. Alleen is gamma de vorm waartegen je je het minst makkelijk kan beschermen.

[Anoniem: 62340]

voor g33rt: je verstaat cybreast verkeerd;
je moet de halfwaarde tijd niet verwarren met de tijd dat de cel de helft van de energie zal geven....

de halfwaarde tijd is namelijk de tijd die nodig is om de radioactiviteit voor de helft kwijt te raken.
men beschouwt kern afval 'veilig na 10 halverings periodes' over het algemeen (voor midden radioactief afval)
dit heeft niets te maken met de energie die geleverd is

trouwens ik ben er ook niet echt voor om zomaar radioactiviteit in je lichaam te onthalen

[Anoniem: 65914]

Ik heb altijd geleerd dat Alpha straling hetzelfde is als een helium kern, Beta straling electronen zijn en Gamma extreem korte golf, Ze zijn ABG oplopend in sterkte, let wel, allen zijn gevaarlijk bij inademen of inslikken kan het zich ophopen en weldegelijk schade toedoen (A&B) dan, Gamma gaat toch dwars door je heen, hoopt niet op maar kan mutaties aan Cellen teweeg brengen (Word je plots groot en groen als ze je boos maken) Nickel-63 is alleen bij inname (ademen of slikken) van grote hoeveelheden gevaarlijk, je hebt echter eerder kans dat je door verstikking omkomt dan door straling.
Het gevaar van straling wordt door jullie wel erg overschat hoor, de straling van de batterij zoals hier genoemd zal je dagelijks voor je kiezen krijgen (Inderdaad, telefoon, katalysator) Halfwaardetijd is inderdaad meer dan 100 jaar, 100.1 jaar om precies te zijn

[snakeye]

Das gaaf een batterij die 50 jaar meegaat. krijg je dan ook een progie om het stralingsnivau van je Laptop te meten

hmm beta straling minder gevaarlijk dan Alpha? ik dacht atlijd dat het Aplha Beta Gamma was? van zwak naar sterk.

[MasterM]

jah idd alpha's zijn erg krachtig (veel energie) maar komen niet eens door je huid heen.
Beta's hebben minder energie... en komen verder
bij gamma's heb je grote kans dat ze het lichaam gewoon weer verlaten zonder schade aan te richten
(ik heb vandaag een toets gehad over die shit ik heb hem alleen zwaar verneukt maar dit klopt wel )

[tweakerbee]

Kernfysica? Altijd leuk.

[G33rt]

Als brandstof wordt er gebruik gemaakt van de isotoop nikkel-63 met een halfwaardetijd van meer dan 100 jaar

langer dan 100 jaar

de halfwaardetijd is de tijd waarin de straling voor de helft is afgenomen

maar hij is bedoelt voor 50, puur om zeker te zijn

[Anoniem: 36844]

Na 50 jaar is hij niet meer bruikbaar, omdat de activiteit dan waarschijnlijk al te ver is afgenomen voor een redelijke energielevering.

[G33rt]

een half lege batterij werkt ook hoor, alleen niet zo goed meer. en dat wil je met zulke kleine technologie natuurlijk niet hebben, vandaar dat enorme veiligheidsgat

[vriesdude]

begrijp ik het nu goed, en kunnen we dus in de toekomst allemaal een draadloze kernreactor bij ons dragen...

[Anoniem: 36844]

Dit gaat over het verval van een radioactieve isotoop in een waarschijnlijk niet radioctieve stof waarbij over een lange periode een beetje energie wordt afgegeven.
Bij een kernreactor is er sprake van kernsplijting dit is veel sneller en heftiger, en verloopt ook op hoge temperatuur..

[WhiskyPhreak]

Mooi idee, net als kernenrgie, maar ook hier: waar moet het afval heen?

[G33rt]

euhm we hebben het hier over nanobatterijen. ter info: een nano meter is een miljardste millimeter. dat lijkt me dus vrij overbodig, je bekommeren om het afval.

[Anoniem: 61983]

Een nanometer is een miljardste METER, niet millimeter.

[Anoniem: 44063]

Kernenergie wordt gebruikt om grote hoeveelheden elektrische energie op te wekken. Hierbij komen dus relatief grote hoeveelheden radioactief afval bij vrij.

Bij deze batterij wordt slechts een zeer kleine hoeveelheid energie opgewekt, en komt dus ook slechts zeer weinig afval vrij, dat ook nog eens minder radioactief is, dan toen het erin ging.

Hetgeen bij kernreactoren niet zo is.

[NaliXL]

Ik vermoed eerlijk gezegd dat die batterijen juist uitstekend gebruikt kunnen worden als verwerking van nuclear afval, aangezien dan sowieso vaak nog wel een jaartje of wat doorstraalt, en dus energie kan leveren...

[Fairy]

Ik voel me hier toch niet echt prettig bij, het lijkt me zo'n techniek waar ze later achter komen dat het toch wat straling lekt en dat iedereen met zo'n radioactieve pacemaker rondloopt er ook meteen kanker aan overhoudt...

Ik vind het eng, HEEL ENG.........

Score 0 Overbodig
Dat krijg je dus als je je werkelijk zorgen gaan maken over de veiligheid van dit alles ?? Bedankt.....

[mjtdevries]

Tja, straling vinden veel mensen ENG.
Of het nu van een isotoop komt of uit de magnetron.

Maar dat je het eng vind, zegt niet dat je er geen veilige toepassingen mee kunt maken.

Bovendien is het menselijk lichaam er op ingesteld om wat straling te kunnen weerstaan. Anders zouden we namelijk allemaal al vroegtijdig sterven door de achtergrondstraling die we dagelijks opvangen.

Je moet er ook voor waken dat dit soort angst voor het onbekende niet de rationele argumenten opzij zet.

Die El-Al Boeing is daar ook een goed voorbeeld van. Verarmd uranium is uranium waar de radio activiteit uit is. Niks om je zorgen om te maken. (Dat beton van die flats had waarschijnlijk een hogere radioactiviteit)

Maar ja, alles wat met radio activiteit te maken heeft is ENG en dan tellen alleen nog de emoties.

Ik mag trouwens voor je hopen dat je geen horloge met lichtgevende wijzers hebt, want die zijn ook radioactief!

[Anoniem: 41387]

uhm, die lichtgevende wijzers tegenwoordig op je horloge bestaan uit fluorescerend materiaal; die gaan pas licht uitzenden nadat ze zelf (even) belicht zijn geweest. Vrij gecompliceerde fysisch/chemische reactie. Tenzij je nog een horloge hebt uit het begin van deze eeuw..... (maar die zal het ondertussen wel niet meer doen...

en verarmd uranium zendt nog steeds straling uit hoor. er bestaan geen uranium atomen die geen straling uitzenden (en dan bedoel ik de hele reeks U-233 tot U-238, allemaal alfa stralers en een paar gamma stralers)

site tegen depleted uranium
http://www.iacenter.org/depleted/metal_leftbooks.htm

depleted betekent alleen dat ze het U-235 eruit gehaald hebben, en dat het uranium niet meer geschikt is om er bommen/reactoren van te maken

[Amdk6II]

Dan mag ik voor je hopen dat je de Cuba crisis niet hebt meegemaakt (ik trouwens niet als je dat dacht )

[Anoniem: 65914]

En Tsjernobil dan ?, of de El-Al Boeing in de bijlmer