Strom aus Radioaktivität 01.12.2016, 07:12 Uhr

Künstliche Diamanten produzieren 5730 Jahre Strom

Was für eine Batterie: Britische Forscher haben einen künstlichen Diamanten entwickelt, der dank radioaktiver Strahlung über mehrere Tausend Jahre lang Strom produziert. Für ihre Superbatterie nutzen die Forscher britischen Atommüll. Ideal wären die Batteriediamanten für Geräte wie Herzschrittmacher und Satelliten, die lange Zeit Strom benötigen. 

Offener Reaktor im Kernkraftwerk Grundremmingen: In Reaktoren, die Graphit als Moderationsmaterial für die Aufrechterhaltung der Kettenreaktion nutzen, entsteht das Isotop Kohlenstoff-14. Materialwissenschaftler in Bristol haben das Isotop genutzt, um es zu künstlichen Diamanten zu verpressen, die Tausende von Jahren Strom erzeugen.

Offener Reaktor im Kernkraftwerk Grundremmingen: In Reaktoren, die Graphit als Moderationsmaterial für die Aufrechterhaltung der Kettenreaktion nutzen, entsteht das Isotop Kohlenstoff-14. Materialwissenschaftler in Bristol haben das Isotop genutzt, um es zu künstlichen Diamanten zu verpressen, die Tausende von Jahren Strom erzeugen.

Foto: Stefan Puchner/dpa

Abgesehen haben es die Materialwissenschaftler der Universität Bristol auf das radioaktive Kohlenstoffisotop C-14. Es bildet sich in der Graphitummantelung von Kernreaktoren. In Großbritannien gibt es derzeit rund 95.000 Tonnen dieses radioaktiven Graphitabfalls.

Kohlenstoff-14, chemisch C-14, entsteht an der Oberfläche des Graphitmantels im Reaktor, wenn dieser mit radioaktiver Strahlung in Berührung kommt. Nun hatten die Materialforscher in Bristol die Idee, das Isotop aus den Graphitabfällen herauszulösen und in einen künstlichen Diamanten einzubinden. Denn Diamanten, die ja aus reinem Kohlenstoff bestehen, haben die Eigenschaft, eine Spannung zu erzeugen, wenn sie radioaktiver Strahlung ausgesetzt sind.

Diamantbatterien erzeugen fast endlos Energie

Und das Isotop Kohlenstoff-14 strahlt lange, sehr lange. Die Halbwertzeit beträgt 5.730 Jahre – dann erst würde die Leistung der Batterie auf die Hälfte sinken. Für die Versorgung eines Herzschrittmachers wäre das also überhaupt kein Problem. Die Diamantbatterie würde das Gerät dauerhaft mit Strom versorgen.

Und ein Problem mit Radioaktivität gibt es dabei nicht. Denn das Isotop erzeugt Betastrahlung, die sich leicht abschirmen lässt. Deshalb wird der strahlende Diamant von einer nichtstrahlenden Diamantschicht umgeben, die die Strahlung abhält.

Äußere Diamantschicht hält Strahlung ab

Die direkte Berührung des Isotops mit der bloßen Haut wäre gefährlich, nicht aber, wenn die Strahlung blockiert wird durch nichtstrahlenden Kohlenstoff. „Wir haben Kohlenstoff-14 als Ausgangsmaterial gewählt, weil es eine Kurzstrecken-Strahlung emittiert, die schnell von jedem festen Material absorbiert wird“, erklärt der Chemiker Neil Fox.

Das ist der größte, in Australien gefundene pinkfarbenen Diamant mit dem Namen Argyle Pink Jubilee: Forscher in Bristol nutzen das Isotop Kohlenstoff-14, um künstliche Diamanten zu fertigen, die Strom abgeben.

Das ist der größte, in Australien gefundene pinkfarbenen Diamant mit dem Namen Argyle Pink Jubilee: Forscher in Bristol nutzen das Isotop Kohlenstoff-14, um künstliche Diamanten zu fertigen, die Strom abgeben.

Quelle: Rio Tinto/dpa

Hergestellt haben die Forscher in Bristol ihre Batterie, indem sie das Graphit mit dem in der Oberfläche konzentrierten Isotop erhitzt haben. Wenn das Kohlenstoff-14 gasförmig wird, wird es unter hohem Druck und bei hohen Temperaturen zu künstlichen Diamanten gepresst. Diese erzeugen dann bereits Strom. Dieser künstliche Diamant wird dann mit der nichtstrahlenden Kohlenstoffschicht überzogen, um die Radioaktivität abzuwehren.

Den ersten Prototypen haben die britischen Forscher noch mit Nickel-63 als Strahlungsquelle hergestellt. Damit haben sie gezeigt, dass das Verfahren funktioniert. Jetzt soll eine Batterie mit Kohlenstoff-14 gefertigt werden.

Elektrische Spannung genügt für Herzschrittmacher

Und zu welchen Leistungen sind die Diamantbatterien fähig? Das hängt von den Mengen radioaktiven Kohlenstoffs ab. Nach Angaben der Forscher in Bristol kann eine Diamantbatterie, die 1 g Kohlenstoff-14 enthält, 15 Joule pro Tag liefern. Dies ist weniger als eine AA-Batterie.

Und wofür könnte man diese Endlos-Batterien benutzen? Die Forscher denken an den Einsatz in der Medizintechnik, in Satelliten, Raumsondern oder sogar in Drohnen. Aber die Forscher nehmen auch gerne noch Vorschläge entgegen unter dem Hashtag #diamondbattery.

Ach übrigens: Künstliche Diamanten kann man auch aus Erdnussbutter herstellen. Wie das geht? Das lesen Sie hier.

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