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Radionuklidbatterie und der Hase läuft und läuft

Wenn man über die Grenzen unseres Sonnensystems hinaus will, hat man früher oder später mit einem Problem zu kämpfen. Da man sich immer weiter von der Sonne entfernt, bekommt man einfach nicht genug Licht um die Systeme mit Energie zu versorgen. Die Energiedichte herkömmlicher Batterien ist nicht groß genug, um zum Beispiel eine Sonde über Jahrzehnte mit Energie zu versorgen. Was tut man also?

Man benutzt eine Radionuklidbatterie oder kurz gesagt eine Atombatterie.

Sie funktioniert mithilfe von radioaktivem Zerfall, dazu wird ein Radionuklid in eine Kapsel zusammen mit einem Thermoelement gegeben.

Ein Thermoelement ist im Prinzip nichts anderes als zwei verschiedene Metalle, an der Spitze zusammengeschweißt. Wird diese Spitze erwärmt, fließt ein geringer Strom. Thermoelemente werden sehr oft zu Temperaturmessungen benutzt. Um den Wirkungsgrad zu erhöhen, werden bei der Atombatterie Peltier-Elemente eingesetzt. Diese benutzen anstatt zwei verschiedenen Metallen zwei verschieden dotierte Halbleitermaterialien, der Effekt ist derselbe. Wird das Peltier-Element auf einer Seite erhitzt, und auf der anderen Seite abgekühlt, fließt ein elektrischer Strom.

Das zerfallende radioaktive Material wird warm (sehr warm sogar) und heizt so die eine Seite des Thermoelements auf. Da wir uns im Weltraum befinden, ist es kein Problem die andere Seite, einfach über die eine Heatpipe an der Boardwand abzukühlen.

Schon fließt ein Strom, die Stromstärke ist vom radioaktiven Zerfall und der daraus resultierenden Wärme abhängig. Das Material wird mit der Zeit immer kälter (oder besser immer weniger warm), daher muss die Halbwertszeit des Materials einem Vielfachen der Missionslauzeit entsprechen.

Dem Vorteil, der extrem langen Laufzeit stehen aber auch einige Nachteile gegenüber, so ist zum Beispiel der Wirkungsgrad extrem schlecht. Er liegt bei etwa 3-8 % das bedeutet, nur 3-8% der abgegebenen Wärmeenergie werden tatsächlich in elektrische Energie umgewandelt. Man versucht den Wirkungsgrad zu erhöhen, indem man die nicht gebrauchte Abwärme benutzt, um zum Beispiel die Raumkapsel oder die Elektronik einer Raumsonde zu beheizen.

Ein weiterer Nachteil ist das schlechte Gewicht / Leistung Verhältnis, aufgrund der schon angesprochenen Leistungsverluste, bedingt durch den Zerfall des radioaktiven Materials, muss man immer etwas mehr Material mitnehmen als eigentlich benötigt. Das ist gerade in der Raumfahrt, wo oft um jedes Gramm gefeilscht wird, ein nicht zu unterschätzender Nachteil.

Die Atombatterien werden aber nicht nur in Sonden eingesetzt, sie finden auch Verwendung in Satelliten oder als Notstromversorgung in Bunkern. In der ehemaligen UdSSR wurden sie auch für die Energieversorgung von Leuchttürmen und Funkstationen eingesetzt. Da diese Anlagen einen großen Energiehunger haben, mussten entsprechend große Battern gebaut werden. Viele von ihnen liegen immer noch da rum und korrodieren. Es kam schon oft zu Unfällen, bei denen Menschen beim Versuch Metall aus den alten Analgen zu entwenden verstrahlt wurden.

Ich war ganz fasziniert von diesen Geräten. Wenn ihr noch mehr darüber wissen wollt, dann schaut doch mal hier vorbei.

thinkJD

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