Dodano: 10 wrzesień 2018r.

NCBJ rozpoczyna prace nad izotopowymi akumulatorami energii

Badania nad izotopem renu 186m, który w przyszłości mógłby okazać się użytecznym magazynem energii, rozpoczęto w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Świerku. Prace badawcze będą finansowane dzięki grantowi z Laboratorium Badawczego Armii USA (ARL).

 

Jak podkreśla NCBJ informacji prasowej, problem magazynowania energii dotyczy wielu dziedzin naszego życia – od globalnej energetyki, poprzez transport, eksplorację kosmosu, aż do nanorobotyki. Największym wyzwaniem pozostaje jednak znalezienie sposobu na to, by jak najwięcej energii zgromadzić w jak najmniejszej objętości i w jak najmniejszej masie.

Teoretycznie idealnym magazynem energii są jądra atomowe. Energię, która w wyniku naturalnych procesów zgromadziła się w jądrach uranu wykorzystuje się dziś w elektrowniach jądrowych. Uran lub pluton to jednak paliwo, a nie akumulator. Dlatego fizycy wciąż poszukują nowych sposobów gromadzenia i uzyskiwania energii z jąder. Jednym z obiecujących pomysłów jest wykorzystanie długożyciowych jąder metastabilnych.

 

Od dawna bowiem wiemy, że niektóre jądra atomowe można wzbudzić do takiego stanu kwantowego, w którym przez długi czas – liczony nawet w setkach czy milionach lat – mogą pozostawać, zachowując dostarczoną im energię wzbudzenia. Niestety, zjawisko wzbudzenia kwantowego nie ma dobrego odpowiednika w skali życia codziennego. Mocno uogólniając, można powiedzieć, że składniki jądra – po dostarczeniu im energii wzbudzenia – zaczynają względem siebie drgać lub raczej obracać się (bo wysoki spin – czyli kwantowy odpowiednik momentu pędu – jest cechą charakterystyczną takich wzbudzonych, metatrwałych jąder). Jądro pozostające w metatrwałym stanie wzbudzonym można "nakłonić" do oddania energii wzbudzenia, którą nagromadziło. Trzeba tylko dostarczyć mu kolejną porcję energii, tak aby przeszło ono do stanu znacznie mniej trwałego.

- To trochę tak, jak z kulką, która utknęła w dołku na szczycie góry: jeśli ją trochę potrącimy, to wyjdzie z dołka i stoczy się po zboczu, rozpędzając się na końcu do energii, którą musieliśmy zużyć wnosząc ją wcześniej na tę górę - wyjaśnia NCBJ.

W Świerku prowadzone będą badania nad jednym z najbardziej obiecujących kandydatów na akumulator izotopowy: jądrem renu 186m. Połowiczny czas deekscytacji takiego izomeru wynosi ok. 200 tys. lat, a wartość wyzwalanej przy tym energii wynosi ok. 150 KeV. Oznacza to, że w 1 gramie renu 186m zgromadzone jest ok. 30 kWh energii - czyli tyle, ile w popularnym akumulatorze do zasilania samochodu elektrycznego! Teoretycznie taki izomer może być bardzo atrakcyjnym źródłem energii - trzeba być jednak w stanie taki akumulator ładować i rozładowywać.

- W naszym reaktorze badawczym Maria będziemy badali możliwości uzyskiwania renu 186m w wyniku napromieniania neutronami specjalnie przygotowanych tarcz – wyjaśnia cytowany w komunikacie dr Rafał Prokopowicz z Zakładu Badań i Technik Reaktorowych NCBJ. - Chcemy zbadać i zoptymalizować efektywność produkcji tego izomeru w reaktorze. Maria jest bardzo dobrym narzędziem do tego celu, gdyż konstrukcja naszego reaktora pozawala na przygotowanie różnych warunków napromieniowania.

- Projekt jest efektem wcześniejszej współpracy badawczej NCBJ z ARL oraz z innymi ośrodkami – dodaje dr Jacek Rzadkiewicz, dyrektor Departamentu Aparatury i Technik Jądrowych i kierownik projektu. - W ramach tej współpracy udało się przeprowadzić eksperyment, w którym po raz pierwszy zaobserwowano uwolnienie energii zgromadzonej w izomerze molibdenu 93. Praca na ten temat ukazała się na początku bieżącego roku w renomowanym czasopiśmie "Nature". 

- Szczególnego wsparcia w uzyskaniu obecnego grantu udzielił nam dr J.J. Carroll z ARL, który gościł u nas w tym tygodniu z okazji inauguracji projektu i będzie współpracował z nami w czasie jego realizacji. Nasze prace są zaplanowane na najbliższe 12 miesięcy i nie ograniczają się jedynie do badań reaktorowych. Ich wyniki będą miały znaczenie także dla badań podstawowych. Z analizy stosunku zawartości renu i osmu we Wszechświecie astrofizycy wyciągają ciekawe wnioski kosmologiczne dotyczące ewolucji i nukleosyntezy. Własności izomeru renu 186m, którego czas życia wynosi aż 200 tys. lat są istotne dla tych analiz, a my zamierzamy je właśnie zbadać możliwie dokładnie. Nasz projekt jest więc modelowym przykładem tego, jak trudna do zdefiniowania jest czasem granica pomiędzy badaniami aplikacyjnymi i podstawowymi, szczególnie w takiej dziedzinie jak fizyka jądrowa - podkreśla dr Rzadkiewicz.

 

Źródło: PAP- Nauka w Polsce. Na zdjęciu dr Jacek Rzadkiewicz (z lewej) i dr Rafał Prokopowicz z zasobnikiem do napromieniania próbek w celu produkcji remu 186m, fot. NCBJ