סוללת יהלום גרעינית

סוללת יהלום גרעינית או NDB (ראשי תיבות באנגלית של: Nuclear Diamond Battery) היא מודל של סוללה גרעינית שפורסם על ידי מכון קאבוט של אוניברסיטת בריסטול במהלך ועידה שנתית^[1] שהתקיימה ב-25 בנובמבר 2016 בבניין הזיכרון לווילס. סוללה זו מוצעת לפעול על רדיואקטיביות של גושי פסולת גרפיט (ששימשו בעבר כחומר מנחה נייטרונים בגרפיט) ותייצר כמויות קטנות של חשמל אך לאורך זמן רב.

הסוללה היא תא בטא-וולטאי המשתמש בפחמן-14 (C¹⁴) בצורה של פחמן דמוי יהלום (DLC) כמקור קרינת בטא, ו-DLC נוסף של פחמן רגיל כדי ליצור את צומת המוליכים-למחצה הדרוש ולעטוף את הפחמן-14.^[2]

אם תהפוך סוללה כזו לברת ייצור סדרתי היא עלולה לשנות לחלוטין את שוק הסוללות מפני שאף שמחירה עלול להיות יקר (עשרות אלפי דולרים ליחידה), היא תוכל לספק אנרגיה במשך מאות ואלפי שנים ברציפות.

אבות טיפוס

נכון לעכשיו, אין אב טיפוס ידוע המשתמש ב C¹⁴ כמקורו, עם זאת ישנם כמה אבות-טיפוס המשתמשים בניקל-63 (Ni⁶³) כמקור שלהם עם מוליכים למחצה יהלומיים להמרת אנרגיה, אשר נתפסים כאבן דרך לאב-טיפוס אפשרי של סוללת יהלום C¹⁴.

פחמן-14

חוקרים מנסים לשפר את היעילות ומתמקדים בשימוש ב C¹⁴ רדיואקטיבי, מכיוון שהוא תורם מינורי לרדיואקטיביות של פסולת גרעינית.^[3]

C¹⁴ עובר דעיכת בטא, שבו הוא פולט חלקיק בטא בעל אנרגיה נמוכה כדי להפוך לחנקן-14, שהוא יציב (לא רדיואקטיבי).^[4]

146C → 147N + β

חלקיקי בטא אלה, בעלי אנרגיה ממוצעת של 50 keV, עוברים התנגשויות לא אלסטיות עם אטומי פחמן אחרים, ובכך יוצרים זוגות אלקטרונים-חורים אשר תורמים לאחר מכן לזרם חשמלי. ניתן לנסח זאת במונחים של תורת הרצועות בכך שבשל האנרגיה הגבוהה של חלקיקי הבטא, אלקטרונים בפסי הולכה הפחמן קופצים לפס ההולכה שלו, ומשאירים מאחוריהם חורים בפס הערכיות שבהם היו אלקטרונים קודם לכן.^[5][6]

שימושים

בשל צפיפות ההספק הנמוכה מאוד שלו, יעילות ההמרה והעלות הגבוהה שלו, מכשיר בטא-וולטאי C¹⁴ דומה מאוד להתקנים אחרים הקיימים בטא-וולטאיים אשר מתאימים ליישומי נישה הזקוקים למעט מאוד הספק (מיקרו-וואט) במשך מספר שנים במצבים שבהם לא ניתן להשתמש בסוללות קונבנציונליות. הוחלף או נטען מחדש באמצעות טכניקות קציר אנרגיה קונבנציונליות.^[7][8] בשל זמן מחצית חיים הארוך שלה, C¹⁴ בטא-וולטאי עשוי להיות יתרון בחיי שירות בהשוואה לבטא-וולטאיים אחרים המשתמשים בטריטיום או באיזוטופים של ניקל. עם זאת, זה כנראה ילווה ב"מחיר" של צפיפות הספק מופחתת.

מסחור

בספטמבר 2020, מורגן בורדמן, עמית תעשייתי ויועץ אסטרטגי מקבוצת Aspire Diamond במרכז הגרעיני הדרום-מערבי של אוניברסיטת בריסטול, מונה להיות מנכ"ל חברה חדשה בשם Arkenlight, אשר נוצרה במפורש כדי למסחר טכנולוגיית סוללת היהלומים שלהם ואולי מכשירי קרינה גרעיניים אחרים במחקר או פיתוח באוניברסיטת בריסטול.^[9]

קישורים חיצוניים

• The speech that proposed the battery
• Are Radioactive ‘Diamond Batteries’ a Real Thing?

הערות שוליים

1. "Annual Lecture 2016: Ideas to change the world". University of Bristol.
2. "Nuclear Waste and Diamonds Make Batteries That Last 5,000 Years". Seeker. 30 בנובמבר 2016.
3. DiStaslo, Cat (2 בדצמבר 2016). "Scientists turn nuclear waste into diamond batteries that last virtually forever". Inhabitat.
4. "Nuclear Reactions/Beta Decay". libretexts.org. libretexts.org. 2013-11-26.
5. "Flash Physics: Nuclear diamond battery, M G K Menon dies, four new elements named". Physics World. 30 בנובמבר 2016.
6. "Diamond nuclear battery could generate 100μW for 5,000 years". Electronics Weekly. 2 בדצמבר 2016.
7. Bristol university Press release issued: 25 November 2016
8. Bristol University interdisciplinary Aspire project, 2017
9. New Atlas (formerly Gizmag) interview with Dr Boardman