Eğer yapsan harika olmaz mıydı Asla cep telefonunuzu şarj etmek zorunda mı kaldınız? Eminim son zamanlarda BetaVolt adlı bir şirket, 50 yıl dayanacak madeni para büyüklüğünde bir “nükleer pil” geliştirdiğini söylediğinde pek çok insan bunu düşünüyordu. Gerçekten mi? Evet öyle. Yakın zamanda bu sonsuza kadar telefonlardan birini satın alabilecek misiniz? Muhtemelen hayır, ne yazık ki, çünkü fizik. Nedenini görelim.
Tüm piller aynı şeyi yapar: Bir tür iş yapmak için elektrik akımı üretirler. Ancak enerji bedava değil. Eğer bu iş Bluetooth hoparlörlerinizde müzik çalmaksa, enerjiyi azaltan bir şey olmalı. Eski güzel bir AA'da akımı üretmek için kimyasal bir reaksiyon vardır. Bu kimyasal reaksiyon sonsuza kadar sürmez, dolayısıyla pil eninde sonunda ölür.
Bir nükleer pilde, güç kaynağı bir parça radyoaktif maddedir ve kaynak artık radyoaktif olmayana kadar Energizer tavşanı gibi çalışmaya devam edecektir – ki bu sonsuza kadar değil, ama çok daha uzun bir süre. Bunlar aslında yeni değil. 1977 yılında fırlatılan Voyager 1 uzay sondası nükleer bataryaya sahiptir. Şu anda 15 milyar milden fazla uzakta ve hâlâ biraz gücü var. Bu oldukça iyi bir kilometre!
Voyager'daki spesifik tipe radyoizotop termoelektrik jeneratörü adı veriliyor ve bu, temelde bir kutudaki plütonyum yığınının büyük adıdır. Plütonyum bozundukça kütleyi enerjiye dönüştürerek ısı üretiyor. Üzerine katı hal cihazı yapıştırırsanız, sıcak ve soğuk metaller arasındaki sıcaklık farkı voltaj üretir ve elektrik akımının akmasına neden olur.
Sıcaklık farkının tek başına elektrik üretebilmesi biraz çılgınca ama bunu evde test edin bir miktar bakır tel ve bir ataş (plütonyum olmadan) kullanarak, bir ucunu buzlu suya, diğerini sıcak suya yapıştırarak. Bu tür bir güç kaynağı, uzay sondaları için harikadır çünkü hareketli parçaları yoktur, dolayısıyla bozulmaz ve onlarca yıl dayanır.
Şimdi bu yeni pil BetaVolt tarafından açıklandı betavoltaik nesil adı verilen farklı bir teknoloji kullanıyor. Termal enerjiden yararlanmak yerine, beta parçacıkları olarak bilinen radyoaktif nikel izotopundan çıkan elektronları yakalayarak bir elektrik devresi oluşturuyor. Yarı iletken görevi gören elmas plakalar arasına sıkıştırılmış birkaç nikel tabakasından oluşur. Burada anlatılacak bir sürü güzel şey var, o yüzden hemen dalalım.
Radyoaktif Bozunmada Ne Olur?
Nikel-63, elementin kararlı versiyonu olan nikel-58'in bir izotopudur. Bu sayı atom ağırlığıdır; atomun çekirdeğindeki proton ve nötronların toplam sayısı. Nikel-63'ün fazladan beş nötronu var, bu da onu kararsız kılıyor. Zamanla bu ekstra nötronlardan biri bozunarak bir protona dönüşecek ve yeni bir elektron üretecektir. Fazladan bir protonla atom artık periyodik tablodaki bir sonraki element olan bakır-63 olacaktır. Bu nükleer reaksiyon enerji üretir ve elektronu atomdan yüksek hızda fırlatır.
Radyoaktif bozunma hızının sabit olmadığını bilmek önemlidir; mevcut malzemenin atom sayısına bağlıdır, dolayısıyla elektron üretimi zamanla katlanarak azalır. Nikel-63 durumunda atomların yarısı yaklaşık 96 yıl içinde bozunacaktır; biz onun 96 yıllık bir “yarı ömrü” olduğunu söylüyoruz.
Kaynak bağlantısı