Johan Antus

Main menu: Home

Kärnkraftsdriven Iphoneladdare

Kärnkraft... Spännande och farligt och inget men pysslar med eller?
Det man direkt tänker på när man hör kärnkraft är naturligtvis kraftverk som Forsmark där man låter en kontrollerad kedjereaktion omvandlas till el. Principen är lika enkel som det är komplicerat i praktiken. Först lite fakta..

Radioaktivitet
Vissa grundämnen kan finnas i olika varianter och kallas då isotoper. Dessa kan vara instabila och för att komma i balans avger de energi i form av strålning. Man kan identifiera en isotop m.h.a. den tid det tar för strålningen att minska till hälften, den s.k. halveringstiden. Den kan vara allt från tusentals år till delar av sekunder.

Joniserande strålning
Är strålning med så mycket energi så att den kan slå ut elektroner ur andra atomer. Delas upp i alfa-, beta- och gammastrålning. För att skydda sig mot exponering tar man hjälp av tre faktorer:
Tid (ju kortare tid ju mindre fara)
Avstånd (strålning minskar snabbt med avståndet)
Skärmning (Bly dämpar effektivt den farligaste gammastrålningen)

Till uran tillför man neutroner. När så sker klyver sig urankärnan varvid två nya neutroner bildas. Dessa två nya neutroner delar i sin tur två andra urankärnor och kedjereaktionen är igång. När den atomkärna klyvs frigörs energi. Energin används för att värma vatten till ånga som i sin tur används i turbiner osv.

Det finns dock fler sätt att omvandla kärnenergi till elkraft. Ett exempel är termonukleära generatorer (sk RTG:s eller SNAP) där man omvandlar värme från radioaktivt sönderfall till elektricitet genom termodynamik. Vanligtvis med isotoper av Cesium eller Plutonium som bränsle.

Dessa "kärnkraftsbatterier" används där man behöver förhållandevis hög effekt under lång tid såsom i satelliter, fyrar, signalspaningsutrustning etc. De är byggda för att ge upp till 100W i uppåt 10 år. Fem SNAP-27 står fortfarande kvar på månen efter rymdprogrammet. Två SNAP:s har "kommit bort"; en försvann när Apollo-13 störtade och en försvann från en signalspaningsstation i Himalaya. Båda med 3,8 kg Plutonium-238 vilket, var för sig, räcker för att förgifta hela världens befolkning..

Detta fick mig att fundera på andra, mindre dramatiska, sätt att omvandla radioaktivt sönderfall till elektrisk ström. Vad jag vet har ingen (för mig ;-) provat fotonukleär energiomvandling: Det är ett väldigt ineffektivt sätt att ladda sin telefon på men oerhört cool. Jag var helt enkelt tvungen att prova! Min idé är enkel. Jag använder det fenomen som kallas radioluminescens som innebär att ett ämne börjar avge synligt ljus när det utsätts för joniserande strålning (t.ex. Beta-partiklar) och som används där man behöver ett svagt, men bestående, ljussken. Exempel på detta är vapensikten, nödbelysning, klockor, fiskeutrustning mm.

tritium
Typisk Tritiumkapsel

Dessa består av små glasrör som invändigt beläggs med ett lager fosfor och fylls med Tritiumgas.
Tritium (3H) är en (svagt) radioaktiv isotop av väte. Det har en halveringstid på 4500 dagar och avger svag betastrålning som får fosforn att avge ljus. Utmärkt!
En ljuskälla med en halveringstid på ca 12 år kan användas till mycket.
Här börjar innovationsverkstan få idéer. Ljus går att omvandla till el med hjälp av solceller, kanske ett eget "kärnkraftverk" går att få till.
Nåväl, en tripp till hovleverantören av billigt junk för tekniska försök gav ett antal billiga miniräknare med solceller som genast dissekerades.

Ett snabbt försök visade att en cell ger ca 50 mV vid belysning av en "bränslestav" i (annars) totalt mörker.

Inte mycket men ett steg på väg

Nu tillverkades en "core" av ett Tritiumrör (ett sk. NITE light nyckelring) omgärdat av seriekopplade solceller. Ett taffligt försök till grafik nedan förklarar det hela. Det visade sig fungera (!) men kräver en hel del jobb då solceller tydligen, vid svag belysning, är väldigt kinkiga på att ha lika stor bestrålning. Geometrin vid placeringen av cellerna är kritisk och kräver mycket pyssel. Får någon av cellerna för lite belysning kommer dess inre motstånd att äta upp seriekopplingsvinsten Måhända kan man hitta solceller som är mindre känsliga för detta men det ligger utanför mitt scoop (det finns så mycket annat som måste provas ;-). Om man lyckas få till placeringen för säg 6 st celler får man ut 300mV. Seriekopplar man då 17 st sådana paket får man ut dryga 5 volt. Vi har dock inte effekt nog att driva något praktiskt men det finns naturligtvis lösningar på detta.

Detta är en s.k. "solarengine" (googla!) som är riktigt klurig i sin enkelhet. Solcellerna laddar upp en stor elektrolytkondensator till full spänning (5V). Detta tar en liten stund då strömmen ut från cellerna är låg. När kondensatorn är fulladdad känner elektroniken av det och kopplar in en spänningsregulator (skulle säker funka utan men man vill ju inte ha en trasig Iphone, en s.k. Ibrick) som matar ut 5 volt till en USB-kontakt för laddning av telefonen. Den stora kondensatorn laddas alltså upp långsamt men laddas ur snabbt till "nyttodelen", nu med ström nog att driva den. Detta förlopp kommer att upprepa sig tills det radioaktiva sönderfallet slutligen omvandlat Tritium till Vätgas. Klang och jubel! Minns var du såg detta först. Konceptet fungerar men känner att jag har annat att göra än prova detta i full skala.

Är detta farligt?

Betastrålningen är så pass svag att den inte tar sig genom glaset varför strålskador inte är något att oroa sig för. För säkerhets skull kontrollerade jag detta med en Geigermätare. Noll....
Läser man det finstilta så finns det risker om man andas in gasen om glaset går sönder etc. Försiktighet således.
Självklart uppmanar jag ingen att experimentera med sådant man inte förstår eller har nödvändig kunskap om!

Är detta lagligt ?

Strålskyddslagen (1988:220) och tillhörande förordning (1988:293) säger:
Livsmedel, leksaker, smycken eller kosmetika där radioaktiva
ämnen avsiktligen har tillsatts får inte heller importeras
eller exporteras. Förordning (2000:809).

Vid kontakt med Strålsäkerhetsmyndigheten konstaterar de att dylika ting "inte är tillståndspliktiga i konsumentledet" och att man t.ex. får köpa en självlysande klocka eller grönt vaselinglas utomlands utan att SSI lägger sig i det. Ett annat alternativ är naturligtvis att utföra sina experiment i de länder där sådant säljs...

-Ja när jag nu ändå håller på så kan jag konstatera att det finns massa radioaktiva saker i vår omgivning. Och det på ställen man inte anar. Vem tänker på att grönt glas (s.k. vaselinglas) är färgat av uranoxid? Förutom en snygg grön färg är glaset dessutom fotoluminent och lyser klart när det utsätts för UV-ljus. Prova!

Brandvarnare är ingen nyhet. Americium-241 joniserar luften mellan två metallplattor varpå en (mycket) svag ström kan flyta mellan dem. Om rökpartiklar stör denna ström går larmet. Det finns svetselektroder med torium. Kanske inte farligt men ändå aktiva.

Glödstrumpor till gaslampor var tidigare toriumdopade för att klara värmen. Dock inte längre. Dessa kan/kunde användas till spännande experiment. Läs gärna "The radioactive boyscout". Radiorör har ibland radioaktiva komponenter, i detta finns Krypton 85.

Innan man visst bättre var radioaktiva saker nyttiga och användes i tvål, vatten mm. Förr fanns det radioaktiva leksaker.. Därtill alla "normala" användningsområden, t.ex. inom sjukvården där strålningsterapi används. Trots att ett av sjukhusen heter Radiumhemmet använder man även Kobolt-60 och andra källor. Inom industrin används strålning för att kontroll av tjocklek, nivåer mm. För att skapa dammfria ytor används strålning för att eliminera statisk elektricitet. Materialkontroll av konstruktioner med hjälp av radiografering. Föremålen avbildas på en bildskärm där eventuella sprickor eller andra fel framträder. Olika material kan steriliseras med hjälp av joniserande strålning genom att så höga stråldoser används att alla bakterier och andra mikroorganismer förstörs.