Seberapa kerenkah jika Anda tidak pernah perlu mengisi ulang ponsel Anda? Saya yakin itulah yang banyak orang pikirkan baru-baru ini, ketika sebuah perusahaan bernama BetaVolt mengatakan bahwa mereka telah mengembangkan “baterai nuklir” berukuran koin yang akan bertahan selama 50 tahun. Apakah itu nyata? Ya itu nyata. Apakah Anda akan bisa membeli salah satu ponsel abadi ini segera? Mungkin tidak, sayangnya, karena—ya, fisika. Mari kita lihat mengapa.
Semua baterai melakukan hal yang sama: Mereka menghasilkan arus listrik untuk melakukan beberapa jenis pekerjaan. Namun energi tidak gratis. Jika pekerjaan itu adalah memainkan musik di speaker Bluetooth Anda, harus ada sesuatu yang mengurangi energi. Pada baterai AA biasa, ada reaksi kimia untuk menghasilkan arus. Reaksi kimia itu tidak berlangsung selamanya, jadi baterai akhirnya akan mati.
Pada baterai nuklir, sumber daya adalah bahan radioaktif, dan akan terus berlanjut seperti kelinci Energizer sampai sumbernya tidak lagi radioaktif—yang bukan selamanya, tetapi jauh lebih lama. Ini sebenarnya bukan hal baru. Prob Voyager 1, diluncurkan pada tahun 1977, memiliki baterai nuklir. Saat ini sudah melewati 15 miliar mil, dan masih memiliki sedikit energi. Itu jarak yang cukup jauh!
Tipe spesifik pada Voyager disebut sebagai generator termoelektrik radioisotop, yang merupakan nama besar untuk apa yang pada dasarnya adalah sepotong plutonium dalam sebuah kotak. Saat plutonium mengalami peluruhan, itu mengkonversi massa menjadi energi, menghasilkan panas. Jika Anda meletakkan perangkat solid-state di atasnya, perbedaan suhu antara logam panas dan dingin menghasilkan tegangan dan menyebabkan arus listrik mengalir.
Sedikit gila bahwa perbedaan suhu saja bisa menghasilkan listrik, tetapi Anda dapat mengujinya di rumah menggunakan beberapa kawat tembaga dan klip kertas (tanpa plutonium), dengan memasukkan satu ujung ke dalam air es dan yang lainnya di air panas. Sumber energi semacam ini bagus untuk prob angkasa karena tidak memiliki bagian yang bergerak, sehingga tidak akan rusak, dan bertahan selama beberapa dekade.
Sekarang, baterai baru yang diumumkan oleh BetaVolt menggunakan teknologi berbeda yang disebut generasi betavoltaik. Alih-alih mengambil energi termal, itu menangkap elektron yang dikeluarkan, yang dikenal sebagai partikel beta, dari isotop radioaktif nikel untuk membentuk sirkuit listrik. Ini terdiri dari beberapa lapisan nikel yang ditempel di antara pelat berlian, yang berfungsi sebagai semikonduktor. Ada banyak hal keren yang dapat dibahas di sini, jadi mari kita telusuri.
Apa yang Terjadi dalam Peluruhan Radioaktif?
Nikel-63 adalah isotop versi stabil dari unsur nikel-58. Angka itu adalah berat atom—jumlah total proton dan neutron dalam inti atom. Nikel-63 memiliki lima neutron ekstra, yang membuatnya tidak stabil. Seiring waktu, satu dari lima neutron ekstra itu akan mengalami peluruhan menjadi proton dan menghasilkan elektron baru. Dengan proton ekstra, atom tersebut sekarang menjadi tembaga-63, unsur berikutnya dalam tabel periodik. Reaksi nuklir ini menghasilkan energi, menembakkan elektron keluar dari atom dengan kecepatan tinggi.
Penting untuk diketahui bahwa laju peluruhan radioaktif tidak konstan; itu tergantung pada jumlah atom material yang hadir, sehingga produksi elektron menurun secara eksponensial seiring waktu. Dalam kasus nikel-63, setengah dari atom akan mengalami peluruhan dalam sekitar 96 tahun—kami mengatakan itu memiliki “setengah masa hidup” 96 tahun.