Ядерна батарейка буде працювати роками без обслуговування, і зможе виробляти електричний струм за рахунок процесу розкладання молекул води при їх взаємодії з бета-частинками та іншими продуктами розпаду радіоактивного стронцію-90.
Потужності такої батарейки має цілком вистачити для харчування електромобілів і навіть космічних апаратів. Секрет нового продукту в об'єднанні бетавольтаікі і досить нового фізичного віяння - плазмонних резонаторів.
Плазмони активно використовуються в останні кілька років при розробці специфічних оптичних пристроїв, в числі яких надефективні сонячні батареї, абсолютно плоскі лінзи і спеціальна фарба для друку з дозволом, у багато разів перевершує чутливість наших очей. Плазмонів резонатори - це особливі структури, здатні як поглинати, так і випускати енергію у вигляді світлових хвиль і у вигляді інших форм електромагнітного випромінювання.
Сьогодні вже існують радіоізотопні джерела живлення, які перетворюють енергію розпаду атомів в електричну, але це відбувається не безпосередньо, а через ланцюжок проміжних фізичних взаємодій.
Спочатку таблетки радіоактивних речовин нагрівають корпус контейнера, в якому розташовані, потім вже це тепло перетворюється в електрику за допомогою термопар.
На кожному етапі перетворення втрачається величезна кількість енергії, від цього ККД таких радіоізотопних батарейок не перевищує 7%. Бетавольтіка ж довгий час не використовувалася на практиці через вельми швидкого руйнування частин батарейок від радіації.
Зрештою, вчені знайшли спосіб, як безпосередньо перетворювати енергію, що вивільняється разом з продуктами розпаду нестабільних атомів. З'ясувалося, що бета-частинки (електрони, швидкість яких при розпаді атома досить висока) здатні розкладати молекули води на водень, гідроксил-радикал і інші іони.
Дослідження показали, що ці, отримані в результаті розкладання, частини молекул води, можна використовувати для прямого добування енергії, поглиненої ними в результаті зіткнення з бета-частинками.
Для того, щоб водна ядерна батарейка заробила, необхідна особлива структура з сотень мікроскопічних стовпчиків оксиду титану, покритих плівкою з платини, схожа за формою на гребінець. В її зубах і на поверхні платинової оболонки розташовано безліч мікро пір, через які названі продукти розпаду води зможуть проникати всередину пристрою. Так в процесі роботи батарейки в «гребінці» протікає ряд хімічних реакцій - відбувається розкладання і формування молекул води, при цьому виникають і захоплюються вільні електрони.
Що виділяється під час усіх названих реакцій енергія, поглинається «голками» і перетворюється в електрику. Завдяки виникають на поверхні стовпчиків плазмонів, що володіє особливими фізичними властивостями, така водно-ядерна батарейка досягає максимального ККД, який може скласти 54%, а це майже в десять разів перевершує класичні радіоізотопні джерела струму.
Використовуваний тут іонний розчин дуже складно заморозити навіть при досить низьких температурах навколишнього середовища, що дозволяє застосовувати батареї, виготовлені за новою технологією, для харчування електромобілів, а при правильній упаковці, - і в космічних літальних апаратах для різних цілей.
Період напіврозпаду радіоактивного стронцію-90 становить приблизно 28 років, тому ядерна батарейка Квон і Кіма зможе пропрацювати без істотної втрати в потужності протягом кількох десятиліть, причому зниження потужності складе всього 2% за рік. Такі параметри, вважають вчені, відкривають ясну перспективу для повсюдного поширення електромобілів.