18:21 18 Outubro 2019
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    Cientistas da universidade da física nuclear

    Cientistas russos produzirão baterias nucleares para satélites e próteses biônicas

    © Sputnik / Aleksandr Kryazhev
    Ciência e tecnologia
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    Os cientistas da Universidade Politécnica de Tomsk (cidade na Sibéria) vão produzir um lote experimental de recheio para fontes de energia nuclear que podem ser usadas nas várias indústrias, disse a Sputnik o chefe do Departamento de Física Aplicada, Igor Shamanin.

    O projeto de produção de baterias elétricas, que usam a energia de decaimento beta do radioisótopo Níquel-63, se tornou um dos vencedores do concurso do Ministério da Educação e Ciência da Rússia. Este projeto permitirá criar uma nova geração de produtos eletrônicos autônomos e de equipamentos médicos.

    Armadilha de íons
    © Foto / Universidade de Investigação Nuclear adstrita ao Instituto MIFI
    “Depois da obtenção do isótopo Níquel-63 (Ni-63) no reator nuclear experimental da Universidade Politécnica de Tomsk, este é colocado em uma câmara especial (pequena cabine para manipular substâncias perigosas) e, com a ajuda de um braço mecânico que imita a mão humana, os cientistas retiram-no do seu invólucro para ser posteriormente utilizado”, disse Shamanin.

    Segundo ele, a Universidade de Tomsk tornou-se a única instituição de pesquisa que pode irradiar os isótopos estáveis Níquel-62. O custo da operação é 4,5 milhões de rublos, e o primeiro lote será produzido no ano que vem. O produtor desta bateria elétrica nuclear deverá ser a empresa pública GXK (Gorno-Khimishesky Kombinat), que integra a corporação Rosatom.

    Shamanin observou que a necessidade de baterias e pilhas com longa vida útil é muito alta. O prazo de vida útil da maioria dos dispositivos técnicos é muito menor, o que torna esta bateria praticamente “eterna”.

     “A através do enriquecimento do isótopo Ni-62, obtivemos o Ni-63. O Ni-63 é um isótopo instável, puro beta-emissor com baixa energia de radiação e período de semidesintegração (meia vida) relativamente longo. Com base neste isótopo, a GXK irá desenvolver a chamada bateria nuclear, capaz de funcionar cerca de 50 anos”, explica o cientista.

    Uma das principais vantagens das baterias atómicas em relação às tradicionais é o seu pequeno tamanho, o que faz baixar os custos de produção, nomeadamente dos componentes dos dispositivos para os quais a nova bateria será fonte de alimentação. Por exemplo, o peso de uma bateria de lítio é de 14,5g, de níquel – 0,26g. O volume da bateria de lítio é de 7,9 centímetros cúbicos, da de lítio – 0,08 centímetros cúbicos.

    Uma outra vantagem da bateria nuclear é poder funcionar com temperaturas extremas e com vibração. Segundo dados dos especialistas, atualmente na indústria microeletrônica observa-se uma tendência de redução significativa da potência consumida e, por isso, faz sentido utilizar fontes de energia com uma potência de 10 a 60 microwatts (μW), ou cerca de 10 mg Ni-63.

    “Estas fontes autônomas podem ser utilizadas para fornecer energia aos satélites espaciais. Neste momento estes são alimentados por volumosas baterias solares, que são muito caprichosas e estão pouco protegidas contra chuvas de meteoros. Em contrapartida, uma bateria nuclear forneceria energia elétrica durante uns 50 anos, e funcionaria sem ter que estar exposta ao Sol”, diz Shamanin.

    Segundo dados disponíveis, em 2020 existirão no mundo 18 bilhões de sensores que necessitam de alimentação autónoma de baixo consumo, sendo a demanda avaliada em 9 bilhões de dólares por ano.

    São várias as aplicações de tais fontes de alimentação:

    — na medicina (marcapassos cardíacos / pacemakers, desfibriladores, neuroestimuladores, próteses biônicas, implantes auditivos e visuais, próteses ortopédicas, etc.);

    — na indústria e construção de infraestruturas (sistemas de controle da integridade de condutas, controle do estado de válvulas, de analisadores de gazes, placas de identificação, sensores de nível, fluxo de líquido / gás, sensores químicos, biológicos e multiusos, sensores de temperatura e pressão, sensores de posição, sensores de carga, etc.);

    — na indústria militar, na produção de armas e munições (sensores de segurança, controle de acesso, monitoramento do estado físico do soldado, dispositivos de rastreamento telefônico);

    — em equipamentos de telecomunicações (sistemas de alimentação para dispositivos portáteis, sistemas informáticos integrados, etc.).

    De acordo com o Centro de Engenharia do Cluster de Inovação de Zheleznogorsk, o decaimento beta do radioisótopo Níquel-63 ocorre sem a emissão de radiação γ concomitante, sendo a radiação produzida pela desaceleração das partículas β tão suave que é completamente absorvida pelos elementos estruturais do dispositivo.

    Assim, a bateria na base do Ni-63 pode ser totalmente "limpa", não tendo qualquer influência radiológica sobre o meio ambiente.

    A bateria é segura mesmo que seja danificada. O níquel é um metal dúctil, maleável e inerte. Se a bateria for danificada não haverá libertação descontrolada de fontes de radiação para o meio ambiente, nem outros efeitos prejudiciais.

    De acordo com especialistas da indústria nuclear, esta tecnologia também existe hoje no exterior. O Níquel-63 foi obtido em 2004 na Universidade de Cornell (EUA). Com a ajuda da tecnologia MEMS (sistema microeletromecânico) foi inventado um elemento beta-voltaico de alimentação, baseado no isótopo Ni-63, capaz de funcionar durante mais de 50 anos. 

    O protótipo tem a forma de um cubo com menos de 1 mm de lado. Os trabalhos agora desenvolvidos na Universidade Politécnica de Tomsk podem vir a fazer-lhe concorrência.

    Tags:
    energia nuclear, cientistas, Física Nuclear, Sibéria, Rússia
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