Electrones como radiación = radiación beta
Partícula Beta – Wikipedia
Los dispositivos que usan radiación beta se llaman dispositivos betavoltaicos – Wikipedia
También existen dispositivos análogos para la radiación alfa.
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¿Por qué los betavoltaicos y alfavoltaicos no se usan demasiado?
Hay muchas razones para esta situación.
- La potencia producida no es ajustable . La batería produce energía a un ritmo casi constante (decayendo lentamente con el tiempo). No se puede aumentar y si no se consume (o almacena), se pierde la energía.
- (Mencionado por DumpsterDoofus) baja densidad de potencia . 63Ni
por ejemplo, produce ~ 5 W / kg (y kg aquí es solo una masa de material radiactivo, la batería real sería al menos un orden de magnitud más pesado). Por supuesto, hay isótopos con densidades de potencia mucho más altas, pero se encuentran con otros problemas.
Daño en semiconductores . Si tratamos de aumentar la potencia mediante el uso de isótopos con energías de descomposición más altas, encontramos que los electrones de alta energía dañan los semiconductores, reduciendo la vida útil de las baterías a tiempos mucho más cortos que la vida media de los isótopos. Las partículas alfa, especialmente, dañan las uniones pn, por lo que, aunque (por ejemplo) 238Pu
- produce 0,55 W / g de radiación alfa, se usa principalmente en esquemas termoeléctricos en lugar de en convertidores de energía directa.
- Radiación gamma . Muchos isótopos tienen emisión gamma como un modo secundario de descomposición. Dado que este tipo de radiación es difícil de proteger, esto significa que la selección de isótopos utilizables para baterías se limita solo a emisores beta puros .
- Bremsstrahlung . El frenado de electrones produce este tipo de radiación, que tuvo que protegerse. Nuevamente, esto limita nuestra selección de isótopos a aquellos con energías de descomposición relativamente bajas.
- Bajo volumen de producción / Economía . Muchos isótopos cuestan demasiado para ser prácticos en una amplia gama de aplicaciones. Esto se explica en parte por el bajo volumen de producción y en parte por el proceso de producción, que será costoso en todos los volúmenes porque requiere separación de isótopos que consumen energía e instalaciones especiales para trabajar con materiales radiactivos. Por ejemplo, el tritio (uno de los materiales para betavoltaicos) cuesta alrededor de $ 30 000 por gramo y su producción anual mundial es de 400 g (de wikipedia).
Todo esto significa que las baterías nucleares están limitadas a una selección de aplicaciones de nicho, generalmente aquellas con requisitos de baja autonomía / larga vida útil autónoma. Eso no quiere decir que no pueda haber innovaciones que amplíen su uso o reduzcan los costos.
¿Por qué no se usan ampliamente las baterías betavoltaicas y alfavoltaicas?
añadir a eso
5, el miedo inherente e ilógico a la radiación
El paladio 107 generalmente se produce como un subproducto de los reactores de fisión, en cantidades pequeñas pero significativas. Pero aún es un poco difícil de refinar con el combustible gastado.
El tritio se usa generalmente en betavoltaicos ya que es un poco más fácil de obtener. Como gas, simplemente se filtra y se puede recoger. Y con una vida media más corta, debería recibir más radiación por unidad de masa.
Isótopos de paladio – Wikipedia
Curiosamente, el paladio tiene un uso potencial como fuente de energía, pero probablemente no con la física del mundo real.
El isótopo de paladio Pd-103 produce Rh-103 (rodio) a través de la captura de electrones . Esto significa que un núcleo interno es absorbido por el núcleo, fusionándose con un protón para producir un neutrón y un fotón energético, un rayo gamma.
Otro isótopo, Pd-107, produce Ag-107 (plata) a través de la desintegración beta, liberando un electrón cuando un neutrón se convierte en un protón. (Esta es una especie de reacción opuesta a la anterior.) Ahora, en la física del mundo real, los electrones equilibran los núcleos atómicos resultantes: la plata y el rodio tienen diferentes números de protones del paladio, y los electrones producidos / consumidos simplemente equilibran el recuento de protones para que no haya flujo neto de electricidad.
Propongo que Howard Stark haya encontrado una manera (utilizando la física de los cómics) para utilizar la desintegración beta de los iones Pd-107 como fuente de electrones para la captura electrónica de Pd-103, produciendo así un circuito eléctrico entre dos isótopos radiactivos diferentes. El Pd-103 es muy radiactivo (semivida de 17 días) en comparación con el Pd-107 (semivida de 6,5 millones de años), por lo que se necesitaría mucho más del isótopo más pesado para compensar la disparidad en las tasas de descomposición.
El núcleo de paladio del dispositivo probablemente sea Pd-107, que emite electrones de alta energía a medida que se descompone en plata. Este es un isótopo bastante estable que esperaríamos que estuviera presente en el paladio normal (no separado) que Tony podría salvar de un arma convencional.
¿Cuál es la teoría / concepto detrás del “Reactor de arco en miniatura” construido por Tony Stark?
“Debido a que este contraflujo de electrones / fotones crea un déficit de electrones (en relación con los protones) en el núcleo, se desarrolla un potencial electrostático masivo y el núcleo de paladio atrae electrones de baja energía del cableado del traje. La expulsión de electrones del núcleo hacia el El borde del dispositivo produce una celda eléctrica capaz de generar enormes voltajes y corrientes “.
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