batería nuclear optoeléctrica

Una batería nuclear optoeléctrica (también llamada 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 haciendo que la radiación ionizante emitida por los isótopos radiactivos incida sobre un material luminiscente ( centelleador o fósforo ), que a su vez emite fotones que generan electricidad al impactar contra una celda fotovoltaica .

La tecnología fue desarrollada en 1961 por investigadores de Eimac, en sus instalaciones de San Carlos, California, bajo contrato con los Laboratorios Nacionales Sandia. El dispositivo estaba destinado a ser utilizado en satélites. ^{[ 3 ]}

Un emisor beta, como el tecnecio-99 o el estroncio-90, se encuentra suspendido en un gas o líquido que contiene moléculas de gas luminiscentes del tipo excímero , constituyendo un "plasma de polvo". Esto permite una emisión casi sin pérdidas de electrones beta desde las partículas de polvo emisoras. Los electrones excitan los gases cuya línea excímera se selecciona para la conversión de la radiactividad en una capa fotovoltaica circundante, de modo que teóricamente se puede lograr una batería ligera, de baja presión y de alta eficiencia . (En la práctica, los diseños existentes son pesados ​​y requieren alta presión). Estos nucleidos son residuos radiactivos relativamente económicos provenientes de reactores nucleares . 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 pérdidas. El plasma circundante, débilmente ionizado, está compuesto por gases o mezclas de gases (como el criptón , el argón y el xenón ) con líneas excímeras tales que una cantidad considerable de la energía de los electrones beta se convierte en esta luz. Las paredes circundantes contienen capas fotovoltaicas con amplias zonas prohibidas , como el diamante , que convierten la energía óptica generada por la radiación en energía eléctrica.

Una patente alemana ^{[ 4 ] [ 5 ]} 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 beta (por ejemplo, criptón-85 o argón-39 ) emiten partículas beta, excitan sus propios electrones en la estrecha banda del excímero con pérdidas térmicas mínimas , de modo que esta radiación se convierte en electricidad de forma muy eficiente en una capa fotovoltaica de banda prohibida alta (por ejemplo, en diamante pn). La potencia eléctrica por peso, en comparación con las baterías de radionucleidos existentes, puede aumentarse entonces en un factor de 10 a 50 o más. Si el recipiente a presión está fabricado con fibra de carbono / epoxi , se dice que la relación potencia-peso es comparable a la de un motor de combustión interna con depósitos de combustible. La ventaja de este diseño radica en que no se requieren conjuntos de electrodos de precisión, y la mayoría de las partículas beta escapan del material a granel finamente dividido, contribuyendo así a la potencia neta de la batería.

Se puede construir una batería nuclear betafotovoltaica simple a partir de viales de tritio fácilmente disponibles (tubos de vidrio llenos de tritio recubiertos con un fósforo radioluminiscente ) y células solares . ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} Un diseño que incluía 14 viales de tritio de 22,5 x 3 mm produjo 1,23 microvatios a una potencia máxima de 1,6 voltios. ^{[ 6 ]} Otro diseño combinó la batería con un condensador para alimentar una calculadora de bolsillo durante un máximo de un minuto. ^{[ 9 ]}

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