Budou satelity létat na diamantové baterie? Kredit: University of Bristol.

Diamanty jsou krásné, i když někdy trochu krvavé. Jaderný odpad, ten je vždycky fuj, a lidé kvůli němu špatně spí. Když se ale objeví někdo, kdo se oprostí od předsudků, zhluboka se nadechne, a smíchá syntetické diamanty s jaderným odpadem dohromady, tak mu kupodivu nevznikne diamantová godzilla, ale podivuhodné baterie, nebo spíše elektrické články, které produkují elektřinu tisíce let.
Přesně na tomhle pracují fyzici a chemici z britské Univerzity v Bristolu, kteří svůj projekt před pár dny představili na ostře sledované přednášce Cabotova institutu v Bristolu. Jejich systém je vážně pozoruhodný. V dnešní době elektřinu produkují většinou magnety procházející cívkou, přičemž dochází k elektromagnetické indukci. Anebo chemické reakce mezi elektrodami a elektrolytem. Jenže to jde i jinak. Třeba když se syntetické diamanty ocitnou v blízkosti zdroje radioaktivního záření, tak najednou vyrábějí elektřinu. Podle Toma Scotta z týmu Univerzity v Bristolu je to fascinující. Nic se při tom procesu nepohybuje, nevznikají žádné emise, není nutná žádná údržba. Diamant prostě jenom leží a sluní se v radioaktivním záření. 

Tom Scott. Kredit: University of Bristol.

Scott a spol. udělali velice lstivou věc. Syntetickým diamantům, vyrobeným běžným postupem, zabudovali jejich vlastní zdroj radioaktivního záření. S kolegy očividně nemají tak zmrtvující strach z radioaktivity a přidali do diamantů nikl-63. Tak vznikl funkční prototyp velice dlouhověké diamantové baterie. Scottův tým teď intenzivně pracuje na bateriích, v nichž bude jako zdroj radioaktivity uhlík-14. Tento populární izotop totiž vzniká jako odpadní produkt na povrchu grafitu, který se využívá jako moderátor štěpných reakcí v některých jaderných reaktorech.

Syntetické diamanty. Kredit: Materialscientist / Wikimedia Commons.

Badatelé vymysleli, že když uhlík-14 izolují z jaderného odpadu a využijí ho v diamantových bakteriích, tak tím poklesne radioaktivita takového odpadu. To pochopitelně podstatně sníží jeho nebezpečnost, a také náklady na jeho uskladnění a zabezpečení. Jen ve Velké Británii v tuto chvíli skladují asi 95 tisíc tun použitých grafitových bloků, které jsou plné uhlíku-14. Neil Fox z Univerzity v Bristolu k tomu dodává, že uhlík-14 je pro takové využití takřka ideální. Produkuje totiž záření s krátkým dosahem, které je rychle pohlcováno pevným materiálem. Uhlík-14 je nebezpečný při spolknutí, vdechnutí nebo doteku, pokud je ale uzavřen do diamantu, tak je z něj rázem neškodný, až roztomilý izotop. Podle Foxe si jen těžko lze představit, co by chránilo před zářením uhlíku-14 lépe, než diamant.

Britský pokročilý plynem chlazený reaktor (AGR), který používá jako moderátor grafit. Kredit: thomick / Wikimedia Commons.

Takto vymyšlené diamantové baterie nemají velký výkon. Baterie s 1 gramem uhlíku-14 vyrobí asi 15 joulů energie za den, což je méně než běžná tužková AA baterie. Zásadní rozdíl je ale v délce jejich provozu. Standardní alkalická AA baterie o váze cca 20 gramů může fungovat v nepřetržitém provozu asi 1, slovy jeden den. Naproti tomu diamantová baterie s uhlíkem-14 spotřebuje polovinu dostupné energie asi za 5 730 let, čili vydrží přinejmenším něco přes 2 miliony dní. To je samozřejmě pecka a vědci to dobře vědí.

Takové baterie bude možné využít v zařízeních, které mají nepatrnou spotřebu, ale není v nich možné snadno měnit baterie. Už teď si můžeme představit kardiostimulátory a podobné medicínské vychytávky, autonomní drony pro věčný provoz ve velkých výškách nebo kubesaty a podobné mikrosondy, které třeba pošleme k cizím hvězdám. S takovou baterií tam v klidu doletí. Potenciál diamantových baterií je tak dech beroucí, že autoři vyzývají širokou veřejnost, aby lidé tvítovali své nápady k využití takové technologie s hashtagem #diamondbattery. Takže kreativci všeho věku a pohlaví, šup do práce. Začíná diamantový věk!

Video:  ‘Diamond-age’ of power generation as nuclear batteries developed

Literatura
University of Bristol 25. 11. 2016.