Tulevikutehnoloogia: tuumajäätmetest tehtud teemant-patareid kestavad tuhandeid aastaid

Briti teadlased tutvustasid hiljuti tehnoloogiat, mille abi saab tuumajäätmetest teha aastatuhandeid kestvaid teemant-patareisid. Foto: Pyotr Zuyev/TASS/Scanpix

Suurbritannia teadlaste hiljuti tutvustatud tehnoloogia võimaldab tuumajaamade aeglustite grafiiti pärast eluea lõppu kasutada kauakestvate «roheliste» energiaallikate loomiseks, kirjutab bigthink.com.

Tõenäoliselt on tuumaenergia kõige vastuolulisem energiaallikas. Õnnetuste korral võivad tagajärjed teatavasti olla erakordselt pikaajalised ning pärast Tšornobõli ja Fukushima tuumakatastroofe on levinud tugev tuumaenergeetika vastane liikumine. Samal ajal ei kaasne radioaktiivsete elementide tuumade lõhestamisel saadava energiaga kasvuhoonegaase, mistõttu on tuumajaamade pooldajad aina sagedamini tutvustanud seda kui keskkonnasõbralikku energiaallikat.

Lisaks õnnetuste ohule on tuumakütuste puhul probleemiks ka energiatootmise jääkained. Need on reeglina tugevalt radioaktiivsed ning sõltuvalt kasutatavatest tuumakütustest võib nende poolestusaeg – aeg, mille jooksul radioaktiivse kiirguse hulk poole võrra väheneb – ulatuda kümnete tuhandete aastateni.

Erinevalt levinud arusaamast toodavad tuumajaamad märkimisväärsetes kogustes jäätmeid – tavaliselt on ühe jaama aastase tegevuse tagajärjeks 2300 tonni ohtlikke jääkaineid. Paljude maailma riikide jaoks on tuumakütus aga üks olulisematest energiaallikatest. Näiteks USAs on hetkel aktiivses töös 99 jaama, millest ladustatakse igal aastal ligi 75 000 tonni tuumajäätmeid, mis kõik makstakse kinni maksumaksjate rahakotist.

Nüüd on aga grupp Bristoli ülikooli teadlasi Suubritannias leiutanud tehnoloogia, mille abil saab viia osa jäätmetest teemantide kujule ja ammutada sinna salvestunud energiat. «Taaskasutatud» energiaallika eeliseks on, et sellel ei ole liikuvaid osi, jääkgaase ega hooldust, samuti puuduvad turvalisusega seotud mured.

Esimeses katses salvestasid teadlased teemanti ebastabiilse isotoobi nikkel-63. Veelgi suuremat – ja pikemat – tulevikku nähakse aga vanemates reaktorites neutronite aeglustamiseks kasutatud grafiidil. Kuigi tegemist on tavalise süsinikuga, muutub ka grafiit tuumareaktoris viibides aegamööda radioaktiivseks isotoobiks süsinik-14 poolestusajaga 5730 aastat. Pärast jaama sulgemist peab ka neid süsinikuplokke kusagil talletama.

Välja käidud tehnoloogia näebki peamise rakendusena nende grafiidiplokkide teemantideks ümber vormimist. Selleks kuumutatakse grafiiti, et saada sellest gaas, mis omakorda rõhu ja temperatuuri mõjul teemandiks pressitakse. Kuna süsinik jääb C-14 isotoobi kujule, on ka see teemant jätkuvalt radioaktiivne, kuid kiirgus on nõrk ega ulatu kuigi kaugele. Seetõttu saab seda praktiliselt igasuguse tahke ainega isoleerida. Teadlaste välja käidud mudelis kaetigi kiirgav teemant tavalise teemandi kihiga ja nii tehtigi uus energiaallikas ka turvaliseks.

Nõrga voolu piiritud rakendused

Sellised teemandid eritavad pidevalt nõrka elektrivoolu, kuigi see on näiteks tänapäevaste tavaliste patareidega võrreldes siiski nõrk.

«Kui tänapäevased AA patareid kaaluvad ligi 20 grammi, salvestavad 700 džauli grammi kohta ja suudavad seda energiat välja anda ligi 24 tundi järjest, siis teemandist tehtud patareid annavad 1 grammi C-14 kohta välja vaid 15 džauli, kuid suudavad seda teha 5730 aastat. Kokku mahutab gramm C-14 teemanteid järelikult ligi 2,7 teradžauli energiat,» pani uuringut juhtinud geokeemik Tom Scott saadava energiahulga konteksti.

Samas on tegemist pideva ja turvalise energiaallikaga, mistõttu näevad teadlased teemant-patareidel suurt tulevikku rakendustes, kus ongi vaja pikaealisi ja usaldusväärseid energiaallikaid. Üheks selliseks on näiteks kosmoseruumi pimedates alades ilma päikesepatareideta hakkama saama pidavad kosmosesõidukid. Põhimõtteliselt sobivad sellised energiaallikad kõigile seadmetele, millel ei ole võimalik akusid laadida või vahetada, olgu selleks siis südamestimulaatorid või suure lennukõrgusega droonid. Rakenduste ampluaa on niivõrd lai, et teadlased on algatanud isegi kampaania, kus küsivad avalikult, milleks sellist energiaallikat kõige otstarbekam kasutada oleks.

Vaata ka tehnoloogiat ja rakendusi tutvustavat videot: