論文の概要: Towards a nuclear isomer quantum battery

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.24935v1
• Date: Sun, 24 May 2026 08:30:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-26 19:50:18.521068
• Title: Towards a nuclear isomer quantum battery
• Title（参考訳）: 核異性体量子電池を目指して
• Authors: Ying-Bo Gao, Fu-Quan Dou,
• Abstract要約: 核異性体を包含する2段核と3段核から構成されるエネルギー貯蔵ユニットである核異性体量子電池(NIQB)の革新的な設計を提案する。 NIQBは、それぞれ101$-106$と106$-1011$の要素によって、蓄積エネルギーと平均充電パワーが強化された、大幅なパフォーマンス向上を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.0035089264995034
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum batteries (QBs) -- quantum devices governed by the principles of quantum mechanics -- hold great promise for next-generation energy storage. However, most existing research efforts focus on atomic or molecular systems featuring low-energy and short-lived energy levels, leaving the exploitation of high-energy, ultra-stable nuclear energy levels for energy storage as a critical unaddressed challenge. Here, we propose an innovative design of referred to as nuclear isomer quantum batteries (NIQBs), whose energy storage unit is typically composed of two-level and three-level nuclei incorporating nuclear isomers. The charging dynamics is driven by the interaction between the nuclear system and x-ray free electron laser (XFEL). Compared to QBs based on atomic systems, NIQBs deliver substantial performance enhancements, with stored energy and average charging power enhanced by factors of $10^{1}$--$10^{6}$ and $10^{6}$--$10^{11}$, respectively, and a markedly extended lifetime range spanning from microseconds to $10^5$ years. Notably, the vast majority of NIQBs enable complete energy extraction as their excited-state lifetimes exceed the laser-nuclear interaction time, rendering spontaneous emission negligible. The proposed NIQBs framework is compatible with diverse nuclear systems, enabling tailored nucleus selection for varied operating conditions. Our results provide a feasible pathway toward realizing high-performance QBs with superior energy-storage efficiency.
• Abstract（参考訳）: 量子バッテリ(QB) - 量子力学の原理によって支配される量子デバイス - は、次世代エネルギー貯蔵に大きな可能性を秘めている。 しかし、既存のほとんどの研究は、低エネルギーで短寿命のエネルギーレベルを特徴とする原子または分子システムに焦点を当てており、エネルギー貯蔵のための高エネルギーで超安定な核エネルギーレベルの利用は、重要な未解決の課題である。 本稿では, 核異性体を包含する2段核と3段核から構成されるエネルギー貯蔵ユニットである, 核異性体量子電池(NIQB)の革新的な設計を提案する。 充電ダイナミクスは、核系とX線自由電子レーザー(XFEL)の相互作用によって駆動される。 原子系に基づくQBと比較すると、NIQBは、それぞれ10^{1}$-$10^{6}$-$10^{6}$-$10^{11}$-$10^{6}$-$10^{11}$で、貯蔵エネルギーと平均充電パワーが強化され、マイクロ秒から10^5ドルの寿命が著しく延長された。 特に、NIQBの大多数は、励起状態の寿命がレーザーと核の相互作用時間を超えるため、完全なエネルギー抽出が可能であり、自然放出は無視される。 提案されたNIQBsフレームワークは多様な核システムと互換性があり、様々な動作条件に対して調整された核選択を可能にする。 本研究は, 高性能QBをエネルギー貯蔵効率良く実現するための, 実現可能な経路を提供する。

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