Was ist eine Radionuklidbatterie?

Als Radionuklidbatterie, oder auch Atombatterie, wird eine Technik bezeichnet, die die thermische Energie des Kernzerfalls eines Radionuklids in elektrische Energie umwandelt. Weil die Energie eben durch diesen Zerfall gewonnen wird, anstatt aus Kernspaltung, unterscheidet sie sich deutlich von herkömmlichen Kernreaktoren.
Radionuklidbatterien sind klein, kompakt und liefern über Jahrzehnte hinweg wartungsfrei elektrische Energie. Ihr Wirkungsgrad ist jedoch mit 3 bis 8% sehr gering. Auch das Masse-Leistungsverhältnis ist gegenüber dem der Kernreaktoren schlechter.

Wozu braucht man Radionuklidbatterien?
Eingesetzt werden die Radionuklidbatterien in sonnenfernen, langlebigen Raumsonden, die auf eine konstante und verschleißfreie Energieversorgung angewiesen sind und auf Grund der zu hohen Entfernung zur Sonne nicht mit Solarzellen betrieben werden. Die Stromversorgung geschieht daher über eine Radionuklidbatterie.

Wie funktionieren Radionuklidbatterien?
Das Prinzip der Energiegewinnung ist einfach: Durch den Zerfall des Radionuklids entsteht Wärme, welche dann in elektrische Energie umgewandelt wird. Auf Grund der Anordnung und der Menge des Radionuklids ist eine Kernspaltungs-Kettenreaktion stets ausgeschlossen.

Welche Brennstoffe werden verwendet?
Um zu verhindern, dass die Leistung der Radionuklidbatterie nicht während der Einsatzdauer stark nachlässt, ist es wichtig solche Radionuklide zu verwenden, deren Halbwertszeit  die vorgesehene Betriebsdauer der Batterie deutlich übersteigt. Natürlich sollte das Radionuklid möglichs viel Wärme im Vergleich zu seinem Volumen abgeben, was dann der Fall ist, wenn das Nuklid eine energiereiche Strahlung abgibt. Gleichzeitig ist dann eine Abschirmung notwendig, die so gering wie möglich ausfallen muss, um das Gewicht der Batterie klein zu halten.

Als Radionuklid eignen sich u.a. die folgenden Stoffe:

  • Cobalt
  • Polonium
  • Plutonium
  • Curium
  • Americium
  • Strontium
  • Ruthenium

Wo kommen Radionuklidbatterien heute zum Einsatz?
Bisher wurden alle Raumsonden, die bis zum Jahr 2010 zum Jupiter oder weiter geschickt wurden, mit Radionuklidbatterien ausgestattet. Dazu gehören unter anderen:

  • Pioneer 10 + 11
  • Voyager 1 + 2
  • Galileo
  • Ulysses
  • Cassini

Teilweise werden die RTGs auch zusätzlich zu Solarmodulen verbaut, wie beispielsweise bei der chinesischen Mondsonde Chang’e-3, damit dieser auch während der Mondnacht weiterarbeiten kann.

Was ist eine Radionuklidbatterie?
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