Los ingenieros utilizan residuos nucleares para construir una batería que dura 30 años

Las baterías nucleares no son un principio fundamentalmente nuevo. Desde hace unas seis décadas, generadores basados ​​en radioisótopos suministran electricidad a sondas espaciales en las que las células solares son demasiado débiles o el mantenimiento es imposible. El diseño clásico, el generador termoeléctrico de radioisótopos, utiliza el calor de desintegración de un isótopo y convierte la diferencia de temperatura resultante en voltaje mediante termopares. Este desvío por el calor cuesta eficiencia y espacio de instalación, razón por la cual estos sistemas siguen siendo grandes, pesados ​​y caros. Por ello, hasta ahora no eran adecuados para plataformas móviles pequeñas, como aviones o sensores submarinos. El enfoque actual omite este paso por completo y, en cambio, accede directamente a las partículas cargadas liberadas durante la desintegración radiactiva. Este diseño promete una densidad de energía significativamente mayor con dimensiones más pequeñas al mismo tiempo y, por lo tanto, pone al alcance de la mano aplicaciones que nunca hubieran sido posibles con sistemas térmicos.

La radiación beta consiste en electrones rápidos que emite un núcleo atómico inestable durante la desintegración. Si un electrón de este tipo incide en un semiconductor adecuado, puede liberar allí portadores de carga y generar así una tensión medible. Este es exactamente el principio que utiliza un componente radiovoltaico, cuya funcionalidad es similar a la de una célula solar: mientras que una célula fotovoltaica convierte la luz en electricidad, la radiovoltaica convierte la radiación ionizante. La ventaja decisiva reside en su consistencia, ya que la desintegración radiactiva continúa de manera uniforme a lo largo de los años, independientemente del sol, la temperatura o las condiciones climáticas. El precio de esto es un rendimiento hasta ahora bajo, por lo que las baterías nucleares existentes normalmente sólo producen microvatios y no son suficientes para dispositivos que consumen mucha energía. Que la radiovoltaica se convierta en una alternativa seria para los sistemas energéticamente autosuficientes depende crucialmente de si se puede aumentar significativamente la densidad de potencia y la estabilidad del material.

Por qué el estroncio-90 es el componente fundamental

El objetivo del proyecto es el isótopo estroncio-90, que se produce en grandes cantidades durante la fisión nuclear y abunda en las instalaciones de almacenamiento de residuos existentes. Según cifras oficiales, sólo en Estados Unidos se almacenan más de 100.000 toneladas de residuos radiactivos en más de cincuenta emplazamientos de reactores, lo que hace que el combustible esté relativamente disponible. A diferencia del plutonio-238 que se encuentra habitualmente en las sondas espaciales, el estroncio-90 se considera menos peligroso de manipular y puede obtenerse a partir de combustible nuclear reprocesado, combinando la producción de energía y el reciclaje de residuos. El verdadero truco físico reside en la cadena de desintegración, porque el estroncio-90 se descompone primero en itrio-90, que a su vez se descompone aún más con una vida media de sólo unas 64 horas. Debido a que ambas desintegraciones están estrechamente relacionadas, en realidad durante la desintegración del estroncio se crean dos electrones de alta energía, el segundo de los cuales transporta un múltiplo de la energía del primero y, por lo tanto, penetra más profundamente en el material semiconductor.

Esta doble emisión es la razón por la que el equipo confía específicamente en el estroncio en lugar de otros emisores beta. El director técnico responsable describe en un informe técnico del servicio industrial de la Sociedad Nuclear Americana que los electrones de alta energía procedentes de la desintegración del itrio viajan más lejos y pueden ser absorbidos por los componentes vecinos del semiconductor, lo que aumenta el rendimiento energético utilizable. Como convertidor se utiliza una estructura PIN multicapa de carburo de silicio, un material semiconductor especialmente resistente a la radiación, que está diseñado para soportar una intensa radiación beta durante largos periodos de tiempo. Precisamente aquí radica un desafío clave, porque la radiación ionizante daña con el tiempo los semiconductores y deteriora sus propiedades eléctricas. La vida útil deseada de varias décadas depende de la capacidad del material para soportar esta carga a largo plazo sin una pérdida significativa de rendimiento.

Un proyecto con objetivos claros y preguntas abiertas

El proyecto cuenta con el apoyo de una red de universidades, la industria y un laboratorio de investigación nacional. La líder es la Universidad Morgan State en Baltimore, a la que se le adjudicó un contrato por valor de 3,37 millones de dólares en junio de 2026, lo que la convierte en la primera universidad históricamente afroamericana en liderar un proyecto DARPA de este tipo. Según las instituciones implicadas, entre los socios se encuentran la empresa de defensa y tecnología Northrop Grumman, el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico y la empresa Proyecto Omega, especializada en el ciclo del combustible nuclear. El proyecto se lleva a cabo bajo el nombre de programa Rads to Watts y tiene el nombre de proyecto SYMPHONEE, que significa un sistema convertidor basado en carburo de silicio para entornos extremos. El equipo cita como objetivo mensurable una densidad de potencia de más de diez vatios por kilogramo, un valor que haría que estos sistemas fueran interesantes por primera vez para impulsar pequeñas plataformas no tripuladas.

El proyecto es relevante para los lectores alemanes por varias razones: porque la cuestión del almacenamiento de energía duradero y de bajo mantenimiento también afecta directamente a la tecnología de sensores civiles, la vigilancia medioambiental y los viajes espaciales en Europa. Al mismo tiempo, los implicados señalan abiertamente los obstáculos que existen antes de su uso, entre ellos la hasta ahora insuficiente eficiencia, fiabilidad a largo plazo, la resistencia a la radiación de los semiconductores y el manejo seguro del material radiactivo. Según el proyecto, un primer prototipo está previsto para principios de 2027 y los próximos meses se destinarán principalmente a reducir el riesgo técnico. Por ello, los expertos clasifican a SYMPHONEE menos como una batería de dron terminada y más como un proyecto de investigación de materiales a largo plazo cuyo éxito sólo se hará evidente con el paso de los años. Si la prueba tiene éxito, la conversión directa de la desintegración nuclear en electricidad podría volverse más importante más allá de las aplicaciones militares y también para microsatélites, implantes médicos y estaciones de medición remotas.