Estrictamente hablando, la "radiación", es decir, el resultado de la radiactividad, no es solo una cosa.

Existen (más comúnmente) los siguientes tipos de radiación que pueden ser el resultado de la radiactividad y que nos preocupan en este contexto:

• Radiación alfa (núcleo del átomo de helio)
• Radiación de neutrones (neutrones)
• Radiación beta (electrones)
• Radiación gamma (fotones)

La palabra cosecha tampoco es apropiada, el arnés funciona mejor.

Un generador termoeléctrico contaría como directo, así como cualquier otra forma de tecnología de "radiación EM a electricidad". Muchas cosas diferentes son radiactivas de diferentes maneras. La razón por la que diseñamos los reactores de fisión de la forma en que lo hacemos es porque son la forma más eficiente de obtener electricidad/energía de las sustancias. (por ejemplo, use calor para hacer vapor, use vapor para energía mecánica, energía en electricidad).

"Cosechar directamente" la energía de las diversas formas de radiación nuclear será terriblemente ineficiente, lo que significa que necesitará mucha más. Eso significa que todas las cosas que no estás recolectando matarán todo lo que se encuentre en las inmediaciones.

Los neutrones son notoriamente difíciles de controlar y muy peligrosos cuando se desplazan a las energías que se ven en las reacciones de fisión. Los gammas tampoco son muy divertidos.

Posible, si. Práctico, no, a menos que la definición de conversión directa sea amplia.

Dada su pregunta, debo suponer que cualquier proceso que convierta calor en electricidad con turbinas de vapor no cuenta. Otros han sugerido que los dispositivos RTG son directos. No lo haría y sospecho que no lo haría porque esta es simplemente otra forma de motor térmico.

¿Cuáles son los posibles productos de la desintegración radiactiva? Partículas alfa, partículas beta, rayos gamma, neutrinos, neutrones. Ocasionalmente también puede tener fisión espontánea o decaimiento de racimo.

Los neutrinos son inútiles porque interactúan muy débilmente con otra materia.

Gamma son fotones, típicamente del orden de 100 keV, aunque esto varía ampliamente. Como fotones, pueden convertirse directamente en electricidad a través del efecto fotoeléctrico. Sin embargo, no son adecuados para paneles fotoeléctricos estándar. La luz azul tiene una energía de aproximadamente 3 eV, normalmente la desintegración gamma es más de 1000 veces más energética, en el mejor de los casos la eficiencia sería inferior al 0,1 por ciento, más probablemente inferior al 0,001 por ciento cuando se utiliza una celda estándar. Dado que el efecto fotoeléctrico es una cuestión de soltar electrones, no habrá material alternativo que resulte en células fotovoltaicas eficientes que operen a bajo voltaje. Las fotocélulas de alto voltaje podrían ser posibles, pero ciertamente requerirían una gran cantidad de ingeniería para que fueran prácticas y eficientes. Como el único uso de las celdas de alto voltaje sería capturar la descomposición gamma, tal investigación no será útil en general. El espesor del material nuclear tendría un efecto de eficiencia directamente negativo, como se analiza más adelante.

Las emisiones de partículas se pueden clasificar como partículas cargadas o partículas no cargadas. Las partículas sin carga son esencialmente balas muy pequeñas. Ahora imagine hacer funcionar un generador eléctrico basado en ser golpeado por pequeñas balas disparadas más o menos al azar en todas las direcciones. Las partículas neutras son, en el mejor de los casos, extremadamente difíciles de convertir directamente en electricidad, ya que esto requeriría capturar la cinética directamente de alguna manera para dirigir la conversión.

Las partículas cargadas tienen un resultado posible un poco mejor. Supongamos que tiene una fuente que emite electrones constantemente, podría tener un objetivo de cobre que recoja estas partículas y, por lo tanto, suministre corriente eléctrica. La eficiencia seguiría siendo horrible (mucho menos del 1%) ya que no captura directamente la energía cinética de la partícula beta, ni los productos radiactivos asociados, por ejemplo, la descomposición gamma.

Hay un efecto adicional que podría ser directo. Instale fotocélulas para capturar el resplandor azul asociado con la radiación de Cherenkov. La eficiencia es mucho menos del 1%. Es discutible si se trata de una conversión directa.

Para una fuente de energía práctica a gran escala, realmente debe basarse en Th-232, U-235 o U-238 o K-40, ya que estos son los únicos radioisótopos a largo plazo en abundancia en este planeta. K-40 es una elección muy mala ya que no es fisionable ni fértil, la desintegración beta es mucho menos energética que la fisión. Como emisor beta, no puede desencadenar reacciones en cadena, por lo que la densidad de potencia es muy, muy pobre. El U-235 es igualmente una mala elección debido a su relativa falta de abundancia, pero dado que es el único isótopo fisionable natural en abundancia, es bastante atractivo desde ese punto de vista. Lo que todos los isótopos atractivos tienen en común es que son fisionables o fértiles y, por lo tanto, pueden participar en las reacciones en cadena necesarias para una alta densidad de energía. La dificultad de la conversión directa a electricidad explica por qué todos los sistemas se basan en el accionamiento de un motor térmico.

Una complicación adicional sobre los métodos directos. A menos que su material nuclear sea extremadamente delgado (escala atómica), es muy probable que la radiación interactúe con el resto del material nuclear, terminando la posibilidad de capturar el electrón libre, la partícula gamma, etc., ya que se convierte principalmente en calor dentro del material nuclear. sí mismo.

Sí, solo necesitas uno de estos:

Esa es una imagen de una celda solar, que hace un trabajo fenomenal al convertir la radiación del sol en electricidad. Específicamente, convierte la radiación electromagnética entrante en electricidad. Si bien las celdas solares están diseñadas específicamente para la radiación emitida por el sol, se podría usar una tecnología similar para recolectar energía de otras fuentes de radiación.

La tasa de conversión, por supuesto, dependerá del tipo de radiación que esté recolectando. La radiación EM que coincida con las frecuencias óptimas de la matriz fotovoltaica tendrá tasas de conversión cercanas al 50%, mientras que algo que emita una gran cantidad de partículas beta necesitará un enfoque completamente diferente.

¡Sí!

(Aunque todavía no son muy eficientes).

Aquí hay un artículo de revisión reciente sobre 'baterías nucleares de conversión no térmica', cuyo objetivo es convertir directamente la radiación ionizante en energía eléctrica.

En consecuencia, la eficiencia de conversión actual en el laboratorio es de aproximadamente el 2% , pero este documento dice que es de esperar que cifras tan altas como el 10% sean factibles. En el caso de Sr90, esta eficiencia del 10 % daría como resultado aproximadamente 70 mW/g de material fisionable, lo que haría que todo el conjunto estuviera aproximadamente a la par con las baterías alcalinas (doble As) en términos de potencia por peso.

El documento afirma que las baterías nucleares durarán mucho más que las baterías tradicionales y terminarán ahorrando dinero porque no será necesario reemplazarlas.

Este concepto no es nuevo. Un viejo colega me habló de un proyecto de los años 60 que intentaba lograr lo mismo. Estamos más avanzados ahora, pero aún no a pasos agigantados. Independientemente, las baterías nucleares de larga duración podrían ser una gran mecánica en una historia del futuro cercano.

Usa un reactor de fragmentos de fisión .

... un reactor de fragmentos de fisión es un reactor nuclear que genera electricidad al desacelerar un haz de iones de subproductos de fisión en lugar de usar reacciones nucleares para generar calor. Al hacerlo, evita el ciclo de Carnot y puede lograr eficiencias de hasta el 90 % en lugar del 40-45 % que se logra con reactores térmicos eficientes impulsados ​​por turbinas. El haz de iones del fragmento de fisión pasaría a través de un generador magnetohidrodinámico para producir electricidad.

También puede funcionar como un cohete ISp alto, utilizando el propio haz como masa de reacción.

Bueno, la radiación beta son electrones lanzados a alta energía. Eso deja al material con una carga positiva, y los electrones pueden interactuar con otro material de manera eléctrica.

De hecho, eso lo usan las alarmas de humo, en cierto sentido.

Si "electricidad" significa usar una diferencia de potencial para hacer que una corriente fluya a través de una carga, entonces generar una separación de cargas, de manera bastante directa, ciertamente cuenta.

Creo que lo que está preguntando es si el aumento de entropía cuando un átomo (el núcleo de un átomo) pasa al estado fundamental puede usarse de alguna manera para crear un campo eléctrico: listo, una fuente de electricidad directa. En términos prácticos, significa poco o nada de calor (menos el calor generado por la resistencia presente en los materiales conductores). Si tal cosa pudiera ser descubierta, el final de nuestras necesidades energéticas estaría cerca.

Esto es práctico para aplicaciones inaccesibles de baja corriente/energía: piense como un CR2032 antes de que tuviéramos celdas de moneda de litio, en un lugar donde no puede simplemente levantar y cambiar la batería. La técnica utilizada es betavoltaica , utilizando un emisor beta (como una cápsula de tritio o una capa de potasio-40 sellada) que incide sobre los paneles solares de silicio. Los voltajes y las corrientes involucradas son bastante bajas (unos pocos cientos de microvatios a unos pocos milivatios de potencia dependiendo del tamaño), pero son predecibles a largo plazo debido a la vida media de más de una década del tritio, o la vida media mucho más larga de, digamos, el potasio. -40.

Sí, pero solo para algunos tipos de radiación y requiere un dispositivo grande. Al menos, si esta idea de los aficionados de Farnsworth Fusor es correcta:

Si tiene una fuente de partículas cargadas de alta energía (para fusores, la reacción de fusión; para usted, fuentes alfa o beta), puede reducir su velocidad en un campo eléctrico. Sintonice el campo eléctrico para detener solo las partículas cargadas, puede extraer de manera eficiente la corriente de radiación al voltaje que necesita para detener la radiación (esto requiere una energía de emisión casi constante, lo que limita aún más las fuentes de radiación que puede usar).

Dadas las energías de radiación típicas y el umbral de 3MV/m en el que el aire deja de ser un aislante, existe un tamaño mínimo bastante grande para un sistema de este tipo, independientemente de la poca potencia que desee.

Los RTG (como lo menciona Nicky) pueden usar termopares . La desintegración radiactiva genera calor, el calor se convierte en energía eléctrica. La eficiencia es baja pero la resistencia es alta.

Sí, pero obtienes mucho voltaje pero una corriente extremadamente pequeña.

Tome un cable, cubra un extremo con algo que sufra desintegración beta. Cubra el otro con algo que sufra descomposición alfa. Necesitas el doble de becquereles del emisor beta que del emisor alfa.

Esto funciona, pero hacerlo útil es otro asunto...

¿Es posible con los procesos actualmente conocidos? No.

¿Es posible en absoluto? Tal vez, solo depende de que haya algo que actualmente no sepamos.

Reflexione que una cantidad asombrosa de generación de energía ocurre a través del proceso de inducción electromagnética descubierto en 1831. La mayoría de los avances realizados desde entonces han sido básicamente formas mejores/diferentes de mover un imán a través de una bobina, o una bobina alrededor de un imán.

Por cierto, los efectos del termoacoplamiento se descubrieron en 1821 y la energía fotovoltaica se descubrió en 1839. Un gran avance en el campo realmente sería exactamente eso. La eliminación de los procesos de transferencia de calor y turbinas reduciría drásticamente la pérdida de energía y el espacio necesario.

https://www.google.com/amp/s/www.newscientist.com/article/dn13545-nanomaterial-turns-radiation-directly-into-electricity/amp/

Sugiere que, con la aplicación adecuada de materiales clave, una sola partícula puede desencadenar el flujo de muchas veces más electrones desde el sustrato. La investigación conducirá a muchas y grandes mejoras.

Puede construir fácilmente un generador de este tipo a partir de un material que produzca radiación alfa: la radiación alfa significa que el material arroja iones de helio doblemente positivos. Estos iones tienen energías cinéticas muy altas, generalmente en el rango de varios MeV (Mega-Electron-Volt). Y la mayoría de los radiadores tienen una energía muy específica a la que irradian . Entonces, todas las partículas alfa emitidas por el material A pueden tener una energía de 2,7 MeV, mientras que todas las partículas alfa del material B tienen un golpe de 4 MeV.

Esto es perfecto para su generador. Porque, si una partícula alfa (¡doblemente cargada!) sale de un conductor eléctrico a 4MeV viajando hacia otro conductor con una carga electrostática de 2MV (¡Mega-Voltios!), habrá perdido toda su energía cinética en el campo eléctrico.

Por lo tanto, todo lo que necesita hacer es: colocar una lámina delgada del material radiactivo adecuado entre dos placas de metal, evacuar el espacio intermedio y convertir la energía eléctrica resultante de 2MV en un voltaje utilizable. Todo el conjunto actuará como una batería de 2MV , que reducirá un poco el voltaje a medida que extraiga algo de corriente. La parte más compleja será el convertidor de potencia.

Obviamente, el potencial eléctrico de 2MV pone un límite inferior en el tamaño de todo el conjunto: si lo haces demasiado pequeño, todo lo que obtienes son chispas...

La única forma en que podemos crear "electricidad" es girando un "imán permanente" en una bobina de cobre de forma cilíndrica. La energía mecánica necesaria para la rotación es proporcionada por motores potenciales/cinéticos/y principalmente térmicos. Desafortunadamente, los motores térmicos tienen una eficiencia baja, digamos un 30%... Transformar el voltaje hacia arriba y hacia abajo para la distribución + la resistencia eléctrica y la capacitancia de la red eléctrica "confiscaron" una gran cantidad de electricidad... Entonces, ¿dónde está la salida? Mientras tanto, la electricidad no es "energía". No podemos almacenarlo directamente. Es "trabajo" en un sentido físico. Considere simplemente la situación más simple: estamos girando un generador por medio de una rueda de molino. El motor eléctrico junto con el generador transmitirá la energía mecánica a la maquinaria... Entonces, ¿qué tipo de energía está haciendo el trabajo?