Kiinalaiset tiedemiehet ovat raportoineet uudentyyppisen ydinakun luomisesta, joka kestää vähintään viisikymmentä vuotta säteilyaltistusta ja jolla on kolminkertainen energianmuunnostehokkuus verrattuna olemassa oleviin analogeihin. Työ tehtiin Xiamenin yliopiston professori San Haishengin ja Kiinan atomienergiainstituutin tutkijan Li Xinin valvonnassa.
Kirjoittajat korostavat, että perinteiset virtalähteet – kemialliset akut, polttokennot tai aurinkosähkömoduulit – soveltuvat huonosti käytettäväksi äärimmäisissä olosuhteissa. Niiden rajallinen energiakapasiteetti, herkkyys ulkoisille tekijöille ja säännöllisen huollon tarve tekevät niistä käytännössä käyttökelvottomia avaruudessa tai syvällä sijaitsevissa laitoksissa, joissa tarvitaan vakaata ja itsenäistä virransyöttöä vuosikymmenten ajan.
Ratkaisuna kiinalaiset asiantuntijat ovat kehittäneet strontium-90:een perustuvia radioaktiivisia elementtejä, jotka on rakennettu aaltojohtoiseen valonkeskitysjärjestelmään. Suunnittelussa käytetään monikerroksisia GAGG:Ce-kiteestä (gadolinium-alumiini-galliumgranaatti, johon on seostettu ceriumia) valmistettuja aaltojohteita. Tämä kite tunnetaan yhtenä kirkkaimmista tuikeaineista, jonka maksimiemissio on spektrin vihreällä alueella (noin 520 nm). Strontium-90-säteilylle altistettuna kide lähettää valoa, joka suuntautuu aurinkokennoihin ja muuttuu sähköksi.
Kokeellisten näytteiden energianmuunnostehokkuus oli 2,96 prosenttia, mikä on huomattavasti korkeampi kuin perinteisten radiosähköisten aurinkokennojen. Yksi kenno tuotti 48,9 mikrowatin tehon, ja monimoduuliprototyyppi saavutti 3,17 milliwatin tehon. Oikosulkuvirraksi mitattiin 2,23 mA ja tyhjäkäyntijänniteeksi 2,14 V. Tutkijoiden mukaan kehitystyön aikana onnistuttiin löytämään tasapaino tehokkuuden ja vakauden välillä.
Kestävyystesti oli erityisen tärkeä: näytteet altistettiin puolen vuosisadan säteilyannosta vastaavalle elektronisäteilylle, ja tämän ”kiihdytetyn ajanjakson” jälkeen valotehon heikkeneminen oli vain 13,8 prosenttia.
Tämä osoittaa korkean turvallisuusmarginaalin ja tekee teknologiasta sopivan pitkäaikaisiin tehtäviin.
Tutkijat huomauttavat, että ehdotettu arkkitehtuuri ei vaadi liikkuvia osia tai ulkoisia virtalähteitä, mikä minimoi häviöt valon siirtyessä valokennoihin. Heidän mukaansa tämä ratkaisu avaa uusia mahdollisuuksia autonomisille järjestelmille, joiden on toimittava ilman huoltoa vuosikymmeniä – avaruusaluksista syvänmeren asemiin.
He kuitenkin myöntävät, että massatuotantoa rajoittavat edelleen teollisen tuotannon vaikeudet ja strontium-90-isotoopin korkeat kustannukset. Tästä huolimatta saavutettuja tuloksia voidaan jo pitää merkittävänä askeleena seuraavan sukupolven ydinakkujen kehittämisessä, jotka kykenevät tarjoamaan autonomista virtaa paikkoihin, joissa perinteiset lähteet ovat tehottomia.
