Narodowe Centrum Badań Jądrowych bada metastabilny izotop renu 186m

W Narodowym Centrum Badań Jądrowych rozpoczęto prace badawcze nad metastabilnym izotopem renu 186m. Czas życia tego izomeru wynosi ok. 200 tys. lat, ale można wymusić jego przejście do stanu jądrowego, który szybko się rozpada, uwalniając znacznie większą porcję energii niż energia potrzebna do zainicjowania procesu. Dzięki tej własności jądra renu mogą być użytecznymi magazynami energii. Ich badania w Świerku będą finansowane przez Laboratorium Badawcze Armii USA (ARL).

Problem magazynowania energii dotyczy wielu dziedzin naszego życia – od globalnej energetyki, poprzez transport, eksplorację kosmosu, aż do nanorobotyki. Największe wyzwanie to znalezienie sposobu na to, by jak najwięcej energii zgromadzić w jak najmniejszej objętości i jak najmniejszej masie.

Dr Jacek Rzadkiewicz i dr Rafał Prokopowicz z próbką zasobnikiem do napromieniania próbek w celu produkcji remu 186m (foto: NCBJ)

Teoretycznie idealnym magazynem energii są jądra atomowe. Energię, która w wyniku naturalnych procesów zgromadziła się w jądrach uranu wykorzystuje się dziś w elektrowniach jądrowych. Uran lub pluton to jednak paliwo, a nie akumulator, a reaktory są „duże”. Dlatego fizycy poszukują nowych sposobów gromadzenia i uzyskiwania energii z jąder. Jednym z obiecujących pomysłów jest wykorzystanie długożyciowych jąder metastabilnych. Wiemy bowiem od dawna, że niektóre jądra atomowe można wzbudzić do takiego stanu kwantowego, w którym przez długi czas – liczony nawet w setkach czy milionach lat – mogą pozostawać, zachowując dostarczoną im energię wzbudzenia.

Zjawisko wzbudzenia kwantowego nie ma dobrego odpowiednika w skali życia codziennego. Odchodząc bardzo daleko od ścisłości, można powiedzieć, że składniki jądra – po dostarczeniu im energii wzbudzenia – zaczynają względem siebie drgać lub raczej obracać się (bo wysoki spin – kwantowy odpowiednik momentu pędu – jest cechą charakterystyczną takich wzbudzonych, metatrwałych jąder). Jądro pozostające w metatrwałym stanie wzbudzonym można „nakłonić” do oddania energii wzbudzenia, którą nagromadziło. Trzeba tylko dostarczyć mu kolejną porcję energii, by przeszło ono do stanu znacznie mniej trwałego. To trochę tak, jak z kulką, która utknęła w dołku na szczycie góry: jeśli ją trochę potrącimy, to wyjdzie z dołka i stoczy się po zboczu, rozpędzając się na końcu do energii, którą musieliśmy zużyć wnosząc ją wcześniej na tę górę.

Jednym z najbardziej obiecujących kandydatów na akumulator izotopowy są jądra renu 186m. Połowiczny czas deekscytacji takiego izomeru wynosi ok. 200 tys. lat, a wartość wyzwalanej przy tym energii wynosi ok. 150 KeV. Oznacza to, że w 1 gramie renu 186m zgromadzone jest ok. 30 kWh energii, czyli tyle, ile w popularnym akumulatorze do zasilania samochodu elektrycznego! Teoretycznie taki izomer może być bardzo atrakcyjnym źródłem energii, ale trzeba jeszcze umieć taki „akumulator” ładować i rozładowywać. Badania nad tymi zagadnieniami mają być właśnie prowadzone w Narodowym Centrum Badań Jądrowych, a sfinansuje je grant uzyskany z Laboratorium Badawczego Armii USA (ARL).

Źródło: NCBJ