Baterai nuklir

DasarDasar

• Sumber arus searah (DC), timbulnya elektron Sumber arus searah (DC), timbulnya elektron atau muatan listrik akibat dari peristiwa atau muatan listrik akibat dari peristiwa peluruhan zat radioaktif. peluruhan zat radioaktif.

• 9494PuPu239239 → → 22HeHe44 + + 9292UU235235 ( (22HeHe44 = radiasi = radiasi αα))

• 5656BaBa140140 → → -1-1eeoo + +5757LaLa140140 ( (-1-1eeoo = elektron negatif = elektron negatif))

• 77NN1313 → → +1+1eeoo + + 66CC1313 ( (+1+1eeo o = elektron positif)= elektron positif) +1+1eeo o + + -1-1eeo o → 2 → 2 ooγγo o ( 2 foton gamma)( 2 foton gamma)

(annihilasi)(annihilasi)

Kelebihan/kekuranganbaterai nuklir

Tegangan relatif konstan, > 1000 Volt Umur sangat panjang Kekurangan : efisiensi rendah

Pengaruh nuclear barrier transmission (d) yang dinyatakan dalam persamaan:

X1 dan X2 = titik partikel pada saat masuk dan meninggalkan potensial barrier. M = massa partikel. V(X) = potensial energi sebagai fungsi barrier. T = energi kinetik partikel. h = konstanta Planck.

1

2

..24

x

x

dxTxVMh

Baterai Nuklir High Speed Baterai Nuklir High Speed Electrons BatteryElectrons Battery(Sr-90, 28 Tahun, tegangan>1000 volt)(Sr-90, 28 Tahun, tegangan>1000 volt)

Baterai Nuklir High Speed Electrons Battery

Baterai ini dinamakan juga sebagai baterai nuklir Beta, sesuai dg radioisotop yang digunakannya.

Baterai nuklir ini bisa menghasilkan tegangan sampai ribuan volt.

Tegangan yang tinggi ini dipengaruhi oleh kerapatan insulator yang digunakan, sehingga tidak terjadi kebocoran yang dapat menimbulkan ionisasi udara di sekitar terminal elektrodenya.

Arus yang dihasilkan masih rendah dan perlu dinaikkan lagi dengan memperhatikan masalah nuclear barrier transmission. Radioisotop yang digunakan dalam baterai ini adalah Strontium-90 (Sr-90) yang mempunyai waktu paro 28 tahun, shg umurnya 48 th

Baterai Nuklir Contact Potential Difference Battery (CPD)

Work function, suatu bahan yang mempunyai energi diperlukan untuk membebaskan elektron keluar dari orbitnya.

Bahan 2 elektrode yang yang digunakan mempunyai work function yang sangat jauh berbeda seperti Seng (Zn) dan Karbon (C)

Ruang di antara kedua elektrode, (work function tinggi dan work function rendah, diisi gas, yaitu Tritium yang setiap saat dapat diionisasikan oleh radioisotop sehingga menghasilkan elektron dan ion positif.

Hasil ionisasi(elektron dan ion) akan menuju ke masing-masing elektrodenya sesuai dengan muatan listrik yang dibawanya.

Penyerahan muatan listrik ke masing-masing elektrode akan menimbulkan arus listrik searah secara berkesinambungan. Radioisotop yang digunakan sama dengan baterai nuklir pertama, yaitu Strontium 90 (Sr90)

Baterai Nuklir PN Junction

1

Baterai Nuklir PN Junction

Baterai nuklir ini memanfaatkan sifat radioisotop yang dapat menimbulkan berondongan elektron (avalance) pada salah satu elemen diode semikonduktor yang dipasang di dalam wadah baterai.

Bahan semikonduktor yang dapat menghasilkan berondongan elektron akibat terkena radiasi adalah Antimon.

Sedangkan untuk elektrode positifnya digunakan Silikon. Berondongan elektron yang terbentuk akan ditarik oleh elektrode

positif dan pada saat penyerahan muatan listrik akan timbul arus listrik searah seperti yang terjadi pada baterai nuklir CPD.

Baterai nuklir PN junction ini, walaupun tegangannya rendah, tetapi arus yang dihasilkan jauh lebih besar dari pada baterai nuklir lainnya.

Sumber radioisotop yang digunakan adalah Prometium 147 (Pm-147) yang mempunyai waktu paro 2,5 tahun, sehingga umur pakai baterai nuklir jenis ini bisa mencapai 5 tahun.

Partikel /radiasi β mengenai p-n junction, sehingga akan mengakibatkan bias I pada semikonduktor (seperti solar cell). Elektron keluar dari semikonduktormasuk kedalam cirkuit untuk menjadi arur listrik.

Contoh : Betacel 400, Promethium-147, pemancar β- bebas γ, umur paro 2,6 thMempunyai 4,7 Volt, 115 A, dan power370 μWatt. Tidak terdeteksi adanya Kebocoran radiasi setelah 30 th pemakaian.

Betacel 400 betavoltaicbuatan McDonnell Douglas

Baterai Nuklir Termokopel

Baterai nuklir jenis ini memanfaatkan panas yang ditimbulkan oleh radioisotop yang dilengkapi dengan dua jenis logam yang bersifat sebagai termokopel.

Arus yang timbul dari adanya termokopel dapat menjadi tenaga baterai.

2

Baterai Nuklir Termokopel(tetap berjalan selama 35 th, PU-238,T1/2 85th, loss factor capasity 0,81%/th)

Baterai Nuklir Secondary Emitter

Baterai Nuklir Secondary Emitter

Baterai nuklir jenis ini menggunakan radioisotop yang dapat menumbuk bahan target yang peka terhadap radiasi

Akibatnya akan menimbulkan elektron sekunder akibat tumbukan tersebut.

Elektron sekunder ini akan dikumpulkan oleh elektrode yang tidak peka terhadap radiasi.

Perbedaan tegangan pada kedua elektrode tersebut akan menghasilkan arus listrik yang besarnya proporsional dengan energi yang dibawa oleh elektron sekunder.

Baterai Nuklir Photolistrik

4

Baterai Nuklir Photolistrik

Baterai nuklir photolistrik ini memanfaatkan sifat bahan sintilator yang akan mengeluarkan pendar cahaya (photon) bila terkena radasi.

Pendar cahaya (photon) yang timbul kemudian diubah menjadi tenaga listrik oleh bahan semikonduktor yang peka terhadap photon cahaya.

Photon cahaya dapat juga diubah menjadi tenaga listrik oleh sel photolistrik.

Bahan sintilator yang digunakan dapat berupa Posfor, Natrium Iodida yang diberi Thalium

Baterai Nuklir Photon Junction

Baterai Nuklir Photon Junction Baterai nuklir ini menggunakan posfor radioaktif

(P32) sebagai sumber radioisotop yang diapit oleh bahan semikonduktor.

Bahan semikonduktor diletakkan berhimpitan dengan semi-conductor surface layer agar dapat terjadi perpindahan electron hole akibat terkena radiasi P32.

Perpindahan elektron hole pada bahan semikonduktor ini akan menimbulkan pulsa listrik yang besarnya sama dengan energi pendar cahaya yang terjadi.

Tegangan baterai nuklir ini relatif konstan