محققان موفق به تولید نوعی باتری هسته ای و رادیواکتیو شده اند که انرژی حاصل از آن ده برابر بیشتر از باتری های شیمیایی موجود در بازار است. این باتری متشکل از نیمه هادی‌هایی است که با استفاده از الماس و برخی مواد شیمیایی رادیواکتیو تولید شده اند.
این فناوری نوظهور زمینه را برای تولید باتریهایی فراهم می کند که شارژ آنها هرگز به پایان نمی رسد و برای همیشه قابل استفاده هستند. سازمان فضایی ناسا قصد دارد از این باتری‌ها برای تامین انرژی مورد نیاز برخی انواع حسگرها در فضاپیماها بهره بگیرد.
باتری یادشده توسط محققان روس در موسسه فناوری مواد کربنی مستحکم و جدید تولید شده است. این پژوهشگران می گویند هیچ نگرانی بابت میزان امنیت و سهولت استفاده از باتری مذکور وجود ندارد.
شارژ این باتری از طریق تابش برخی ذرات مانند الکترون ها و پوزیترون ها صورت می گیرد که نگهداری آنها در درون بدنه باتری خطرناک نیست، زیرا این ذرات توسط بدن جذب نمیشوند.
باتریهای مذکور میتوانند صنعت رایانه، پزشکی و بخش فضانوردی را متحول کنند. تولید باتری هسته‌ای پدیده تازه‌ای نیست. اما این اولین بار است که یک باتری هسته‌ای با چنین عمر طولانی تولید میشود.
باتری هسته ای در ایران
تا پیش از این كشورهای آمریكا، روسیه، فرانسه و انگلیس به فناوری ساخت باتری های هسته ای دست یافته بودند كه با تلاش كارشناسان و محققان و پژوهشگران، ایران نیز امسال به این فناوری دست یافت.
سیر آزمایش های ساخت باتری اتمی در ایران با موفقیت به پایان رسیده و ساخت این فناوری با ‘نانو ‘ آغاز شده است. مشاور و دستیار رئیس سازمان انرژی اتمی ایران تصریح كرد: این نوع باتری ها در زندگی مردم، سلامت صنعت، كشاورزی، حوزه نفت و گاز و پرتاب ماهواره ها در بخش سوخت كاربرد دارد.
ایران به فناوری ساخت باتری اتمی دست پیدا کرده است؛ سامانه‌ای پیچیده برای تولید انرژی الکتریسیته که بدون نیاز به شارژ دوباره، تا ۵۰سال کار می‌کند.
علي‌اكبر صالحي، رئيس سازمان انرژي اتمي كشورمان روز گذشته با اعلام اين خبر تأكيد كرد كه با دستيابي به اين فناوري، ايران در ميان كشورهاي آمريكا، فرانسه، روسيه و انگليس جاي مي‌گيرد.
باتری هسته ای چیست؟
اصطلاحاتی از قبیل باتری اتمی، باتری هسته‌ای، باتری تریتیومی و ژنراتور رادیوایزوتوپ، همگی برای توصیف یک دستگاه مشخص به کار می‌روند؛ دستگاهی که از واپاشی ایزوتوپ‌های رادیواکتیو برای تولید برق استفاده می‌کند.
این سیستم‌ها همانند راکتورهای هسته‌ای از انرژی اتمی برق تولید می‌کنند؛ اما با همدیگر تفاوت‌هایی دارند و از واکنش زنجیره‌ای همانندی استفاده نمی‌کنند. باتریهای اتمی در مقایسه با باتریهای دیگر بسیار پرهزینه هستند؛ اما در کنار هزینه‌ی ساخت و نگهداری بالا نباید از عمر طولانی و تراکم انرژی بالای باتریهای اتمی به‌راحتی عبور کنیم.
این ویژگی‌ها در واقع همان دلیلی است که آنها را به‌عنوان یک منبع انرژی مناسب برای تجهیزاتی تبدیل می‌کند که باید برای مدت‌های طولانی به‌دور از نظارت و وارسی نزدیک باشند؛ از جمله‌ی این تجهیزات می‌توانیم به فضاپیماها، ضربان‌سازهای قلب، سیستم‌های زیر آب و ایستگاه‌های علمی خودکار در نقاط دورافتاده‌ی کره‌ی خاکی اشاره کنیم.
مشخصات کاربردی باطری هسته ای چیست؟
باتري اتمي يا باتري هسته‌اي شبيه يك رآكتور مينياتوري است كه در آن، انرژي اتمي به انرژي الكتريكي تبديل مي‌شود. در اين سيستم، بر اثر تشعشع يك عنصر راديواكتيو مثل پلوتونيوم انرژي لازم براي كار كردن بسياري از دستگاه‌هاي الكتريكي فراهم مي‌شود؛
هرچند امكان استفاده از اين سيستم در سامانه‌هاي پزشكي – ازجمله باتري قلب انسان – نيز فراهم است اما دانشمندان ناسا از اين روش عمدتا براي تأمين انرژي كاوشگرهاي فضايي‌شان استفاده مي‌كنند. با اين شيوه، يك كاوشگر مي‌تواند تا مسافت‌هاي طولاني بدون نياز به انرژي خورشيدي به راهش ادامه دهد.
استفاده از پلوتونيوم 238
اين ماده راديواكتيو است كه از مدت‌ها قبل به‌عنوان يك منبع انرژي بلندمدت شناخته مي‌شد. پلوتونيوم 238 تا به حال در پروژه‌هاي فضايي مثل وويجر، كنجكاوي، «افق‌هاي تازه» در باتري‌هاي اتمي استفاده شده است.
دارای توانی برابر 100 تا 125وات
توان توليدي اوليه باتري‌هاي اتمي اين كاوشگرها 125وات است كه بعد از 14سال كار بي‌وقفه به 100وات مي‌رسد.
نسل جديد این باتری ها در راه مريخ
چالش ناسا درباره كم كردن مصرف پلوتونيوم در باتري‌هاي هسته ای است كه روي كاوشگرهايش نصب كرده است. در تازه‌ترين برنامه، ناسا قرار است روي كاوشگري كه قرار است سال2020 به مريخ بفرستد، 2نمونه باتري اتمي جديد نصب كند كه يك‌چهارم كمتر پلوتونيوم مصرف مي‌كنند.
عمر طولانی این باتری
هر يك باتري اتمي به اندازه يك ميليون باتري عادي عمر مفيد دارد.
قابلیت طی مسافتی برابر 80 هزار كيلومتر
اين مسافتي است كه يك خودرو با باتري هسته ای مي‌تواند طي كند، اين عدد را با باتري‌هاي خودروهاي برقي امروز مقايسه كنيد كه حداكثر هر 300كيلومتر يك‌بار بايد شارژ شوند.
کاربرد وسیع باتری هسته ای در هوا فضا
اينها كاربردهاي عمده باتري اتمي هستند اما اندازه‌هاي كوچك‌تر اين باتري در دنياي پزشكي كاربرد زيادي دارد.
مقاله پیشنهادی: نحوه تعمیر باتری اتمی خودرو +ویدئو
باتریهای ایزوتوپی
جذب پرتوهای ناشی از یک رادیو نوکلویید توسط یک ماده یا یک منبع سبب بالا رفتن درجه حرارت آن خواهد شد. اختلاف درجه حرارت این منبع با درجه حرارت اطراف آن باعث ایجاد یک باتری ایزوتوپی میشود. به عبارتی نیروگاه‌های هسته‌ای را هم نوعی باتری قلمداد می‌کنند که انرژی حرارتی به‌طور ترمودینامیکی توربین نیروگاه را به حرکت در می‌آورد.
به هرحال امروزه در باتریهای کوچکتر ایزوتوپی مدرن، انرژی گرمایی با راندمان ۵ تا ۱۰ درصد می‌تواند به انرژی الکتریکی تبدیل شود. چنانچه تبدیل به انرژی الکتریکی از طریق روش ترمودینامیک انجام شود راندمان فوق تا حد بالاتری ارتقاء پیدا می‌کند.
بدیهی است رادیواکتیویته ناشی از پرتوها که حاصل فروپاشی اتم‌های رادیواکتیو می‌باشد، نسبتاً چیزی نیست، ولی در عین حال برای منظورهای خاص میتوانند بسیار مفید باشند. از این نوع باتری‌ها در فضاپیماهای طرح آپولو و وویجر استفاده شده‌است.
انواع فناوری های ساخت باطری هسته ای
باتریهایی که از انرژی ناپیوسته‌ی رادیوایزوتوپ برای تأمین انرژی به‌مدت ۱۰ تا ۲۰ سال استفاده می‌کنند، در سطح بین‌المللی در حال توسعه هستند. تکنیک‌های موجود در تبدیل انرژی باتریهای اتمی را می‌توان به دو نوع اصلی تقسیم کرد: روش‌های حرارتی و غیر حرارتی.
تبدیل‌کننده‌های حرارتی که توان خروجی آنها تابعی از وجود اختلاف (دیفرانسیل) درجه‌ی حرارت است، شامل ژنراتور ترموالکتریک و ترموژنیک هستند. تبدیل‌کننده‌های غیر حرارتی هم که توان خروجی آنها تابعی از اختلاف دما نیست، مقدار کمی از انرژی فرایند کلی را مصرف می‌کنند؛
زیرا در آنها به‌جای به حرکت در آوردن الکترون‌ها در یک چرخه، انرژی یادشده به‌صورت گرمایی تحلیل می‌رود. باتریهای اتمی معمولا دارای بازدهی یک‌دهم تا ۵ درصد هستند. راندمان انواع پربازده‌تر آنها باعنوان بتولیتایکا ۶ تا ۸ درصد است.
باتری های هسته ای مایع
مقاله ای که توسط پژوهشگران دانشگاه میسوری در سال ۱۰۱۴ به چاپ رسید، روشی را برای ساخت نسل آینده باتری های هسته ای پیشنهاد کرد. این باتری ها از محیطی مایع برای جذب انرژی ذرات بتا استفاده می کنند.
در این مقاله از پوشش نانو ساختار نیمرسانای اکسید تیتانیوم بر روی پلتونیوم استفاده شده است. این پژوهشگران موفق شدند در ولتاژ ۰٫۹ ولتی به بازده ۵۳٫۸۸ درصدی دست پیدا کنند. استفاده از محیط جذب مایع در این روش سبب افزایش سطح انرژی جذب و کاهش دمای نیمرسانا شد.
مقاله پیشنهادی: چشم انداز تولید باتری های نسل آینده
باتری هسته ای الماس
نیروگاه های هسته ای زباله های رادیو اکتیو تولید می کنند که به سادگی قابل نگهداری یا بازیافت نیستند. بریتانیا به تنهایی، ۹۵۰۰۰ تن زباله هسته ای C-14 تولید شده است. در پژوهشی که در سال ۲۰۱۶ توسط پژوهشگران دانشکاه بریستول منتشر شد، روش دیگری برای توسعه باتری های هسته ای با استفاده از الماس ساخته شده از ایزوتوپ های کربن ارائه شده. در این روش ابتدا با اعمال حرارت به زباله های گرافیتی رادیواکتیو، ایزوتوپ های C-14 به گاز تبدیل می شوند.
سپس با متراکم کردن این گاز الماس مصنوعی ساخته می شود. کریستال های مصنوعی الماس، تحت تابش رادیواکتیو، جریان الکتریکی تولید می کنند. الماس ساخته شده از ایزوتوپ های C-14، خود ساطع کننده تابش رادیواکتیو است و به صورت یک باتری الکتریکی عمل می کند.
هرچند این باتری ها تنها قادرند ۱۵ ژول بر گرم توان تولید کنند (این نسبت در باتری های آلکالاین معمولی ۷۰۰ ژول بر گرم است)، این نوع باتری پس از ۷۷۴۶ سال، تنها ۵۰% از توان خود را از دست می دهد (این زمان در باتری های آلکالاین معمولی یک روز است). الماس ساخته شده از C-14 را می توان با استفاده از مواد غیر رادیواکتیو پوشش داد به گونه ای که تابشی از باتری ساطع نشود و در برابر شرایط محیطی نیز محافظت شود.
خلاصه مطلب
فناوری باتری های هسته ای بدلیل قیمت زیاد و توان کم خروجی در حال حاضر چندان کارآمد به نظر نمی رسند با این حال پیشرفت فناوری در این حوزه، ساخت باتری های کوچکتر، امن تر، با راندمان و طول عمر بیشتر، آینده ای روشن را برای صنعت تولید این نوع باتری نشان می دهد.
با کاهش قیمت، امکان استفاده از این فناوری در ادوات الکترونیکی کم مصرف نظیر اینترنت اشیاء را بدون نیاز به شارژ با تعویض باتری برای هزاران سال فراهم خواهد شد.
با توجه به ویژگی‌های منحصر به فرد باتریهای هسته‌ای، مانند چگالی انرژی بالا و طول عمر بیش از چند دهه، چه کاربردهایی برای این نوع باتری‌ها در صنایع مختلف وجود دارد، به‌ویژه در برنامه‌های فضایی، نظامی، و تجهیزات پزشکی؟ همچنین، چه چالش‌ها و موانع فنی، از جمله ایمنی، مدیریت زباله‌های هسته‌ای، و هزینه‌های تولید باتریهای هسته‌ای وجود دارد که ممکن است بر پذیرش و استفاده‌ی گسترده از این فناوری تأثیر بگذارد؟ و چگونه می‌توان این چالش‌ها را در طراحی و توسعه‌ی آینده‌ی باتریهای هسته‌ای مورد توجه قرار داد؟
با سلام
باتریهای هسته‌ای به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود مانند چگالی انرژی بسیار بالا، طول عمر بسیار طولانی (که می‌تواند از چند دهه تا قرن‌ها باشد) و قابلیت تأمین انرژی در شرایط بسیار سخت، در برخی از صنایع خاص کاربردهای ویژه‌ای دارند. این نوع باتری‌ها به دلیل توانایی تأمین انرژی در شرایطی که سایر باتری‌ها به سرعت تخلیه می‌شوند، در زمینه‌های مختلفی مورد توجه قرار گرفته‌اند.
کاربردهای باتریهای هسته‌ای:
1. فضا و کاوش‌های فضایی
– مأموریت‌های فضایی بلندمدت: یکی از مهم‌ترین کاربردهای باتریهای هسته‌ای در فضا، تأمین انرژی برای فضاپیماهایی است که به منابع انرژی پایدار برای مأموریت‌های طولانی‌مدت نیاز دارند. به عنوان مثال، در فضاپیماهایی که به دور از خورشید (مانند کاوشگرهای مریخ یا فضاپیماهای خارج از مدار زمین) حرکت می‌کنند، استفاده از انرژی خورشیدی ممکن است کافی نباشد. باتریهای هسته‌ای (که اغلب به نام RTG یا “Radioisotope Thermoelectric Generators” شناخته می‌شوند) میتوانند انرژی مورد نیاز سیستم‌های الکتریکی این فضاپیماها را تأمین کنند.
– توان مورد نیاز برای تجهیزات حساس: همچنین در تجهیزات علمی مانند دوربین‌ها، ابزارهای سنجش و سیستم‌های ارتباطی که نیاز به انرژی پایدار دارند، باتریهای هسته‌ای میتوانند نقش حیاتی ایفا کنند.
2. صنعت نظامی
– منابع انرژی بلندمدت: در سیستم‌های نظامی، به ویژه در شرایطی که دسترسی به منابع انرژی خارجی دشوار باشد (برای مثال در زیر دریا یا در مناطق دورافتاده)، باتریهای هسته‌ای میتوانند منبع انرژی پایدار و طولانی‌مدت تأمین کنند. این نوع باتری‌ها به‌ویژه برای زیر دریایی‌ها یا سیستم‌های دفاعی که نیاز به تأمین انرژی در مدت زمان طولانی دارند، مناسب هستند.
– عملکرد در شرایط سخت: همچنین این باتری‌ها میتوانند در شرایط خاص مانند مناطق با دمای پایین یا در اعماق زیاد عملکرد خوبی داشته باشند.
3. تجهیزات پزشکی
– پشتیبانی از دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت: یکی از کاربردهای جدید و مهم باتریهای هسته‌ای در پزشکی، استفاده از آنها در تجهیزات پزشکی قابل کاشت است که نیاز به تأمین انرژی برای مدت زمان طولانی دارند، مانند دستگاه‌های ضربان‌ساز قلب و دیگر ایمپلنت‌ها. باتریهای هسته‌ای میتوانند در این دستگاه‌ها انرژی مورد نیاز را برای سال‌ها تأمین کنند، بدون نیاز به تعویض مکرر باتری.
– دستگاه‌های حسگر و ردیاب‌های زیستی: همچنین در برخی تجهیزات پزشکی که به انرژی برای عملکرد در دراز مدت نیاز دارند، مانند دستگاه‌های تشخیص از راه دور یا ردیاب‌های زیستی، این باتری‌ها میتوانند مفید واقع شوند.
چالش‌ها و موانع فنی در استفاده از باتریهای هسته‌ای:
1. ایمنی و خطرات هسته‌ای
– یکی از بزرگترین چالش‌ها در استفاده از باتریهای هسته‌ای، خطرات ناشی از مواد رادیواکتیو است. این باتری‌ها معمولاً از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو مانند پلوتونیوم-238 برای تولید انرژی استفاده می‌کنند که خطرات بهداشتی و ایمنی جدی دارند. به همین دلیل، باید تدابیر ویژه‌ای برای نگهداری، حمل‌ونقل و نصب این باتری‌ها در نظر گرفته شود.
– آسیب‌پذیری در برابر حوادث: در صورت بروز حادثه یا نقص فنی، امکان آزاد شدن مواد رادیواکتیو وجود دارد که خطرات زیست‌محیطی و انسانی به همراه دارد.
2. مدیریت زباله‌های هسته‌ای
– باتریهای هسته‌ای به دلیل استفاده از مواد رادیواکتیو، مشکل دفع و مدیریت زباله‌های هسته‌ای را ایجاد می‌کنند. پس از اتمام عمر مفید این باتری‌ها، باقی‌مانده مواد رادیواکتیو باید به‌طور ایمن و تحت نظارت‌های سخت‌گیرانه دفن یا مدیریت شوند.
– فرآیندهای بازیابی و پردازش این زباله‌ها بسیار هزینه‌بر و پیچیده است.
3. هزینه‌های تولید
– تولید باتریهای هسته‌ای به دلیل نیاز به فناوری‌های پیشرفته و استفاده از مواد خاص رادیواکتیو، بسیار گران است. هزینه‌های تولید این باتری‌ها ممکن است محدودیت‌هایی برای استفاده گسترده از آنها ایجاد کند.
– علاوه بر هزینه‌های تولید، هزینه‌های مربوط به حمل‌ونقل، نگهداری و مدیریت ایمنی نیز باید در نظر گرفته شوند.
راهکارها و توجهات در طراحی و توسعه باتریهای هسته‌ای:
1. ایمنی و حفاظت در برابر خطرات رادیواکتیو
– برای کاهش خطرات ناشی از مواد رادیواکتیو، طراحی باتریهای هسته‌ای باید با استفاده از پوشش‌ها و ساختارهای ایمن انجام شود که از انتشار مواد رادیواکتیو در صورت نقص جلوگیری کند. همچنین، استفاده از مواد رادیواکتیو با نیمه‌عمر کوتاه‌تر می‌تواند به کاهش خطرات کمک کند.
– فناوری‌های نوین مانند “پوشش‌های محافظ” و طراحی‌هایی که احتمال شکست یا نشتی را کاهش می‌دهند، میتوانند ایمنی را افزایش دهند.
2. پیدا کردن جایگزین‌های کم‌خطرتر
– تحقیقات در زمینه پیدا کردن ایزوتوپ‌های رادیواکتیو با خطرات کمتر یا سیستم‌های تولید انرژی بدون استفاده از مواد رادیواکتیو می‌تواند به کاهش نگرانی‌ها و هزینه‌ها کمک کند.
3. کاهش هزینه‌های تولید
– با پیشرفت در فناوری‌های تولید و افزایش مقیاس تولید باتریهای هسته‌ای، هزینه‌های تولید ممکن است کاهش یابد. استفاده از فناوری‌های نوین برای کاهش هزینه‌های ساخت و کاهش نیاز به منابع رادیواکتیو می‌تواند بر روی هزینه‌های کلی تأثیر بگذارد.
4. مدیریت بهتر زباله‌های هسته‌ای
– ایجاد سیستم‌های مناسب برای بازیابی و پردازش مواد رادیواکتیو از باتریهای هسته‌ای، همراه با استفاده از روش‌های پایدار برای دفن یا دفع ایمن زباله‌ها، می‌تواند به کاهش اثرات زیست‌محیطی کمک کند.
در نتیجه باتریهای هسته‌ای با ویژگی‌های منحصر به فرد خود میتوانند در کاربردهای خاص مانند فضایی، نظامی و پزشکی ارزشمند باشند. با این حال، چالش‌های مرتبط با ایمنی، هزینه‌های تولید و مدیریت زباله‌های هسته‌ای همچنان مانع از پذیرش گسترده این فناوری میشود. برای پذیرش بیشتر این فناوری، باید به توسعه فناوری‌های ایمن‌تر، ارزان‌تر و پاک‌تر توجه کرد و چالش‌های مدیریت زباله را به‌طور مؤثر حل کرد.
کیان باتری بزرگترین استارتآپ تخصصی باتری خودرو در کشور است که به صورت شبانه روزی به حمل و نصب رایگان باتری خودرو در محل مشتری می پردازد.
ما در این مجموعه سعی کرده ایم بهترین محصولات تولیدی داخل کشور را از هر تولیدکننده جمع آوری نموده و با ارائه یک سبد فروش متنوع، به صورت همزمان در اختیار مشتریان خود قرار دهیم.
شما می توانید جهت کسب اطلاعات بیشتر به صورت شبانه روزی با کارشناسان فروش مجموعه کیان باتری به شماره تلفن 88882222-021 تماس حاصل نموده، سوالات خود را مطرح کنید و مشاوره دریافت نمایید.
خیلی خوشحال شدم که دانشمندان ایران توانستند به
این فن آوری دست پیدا کنند که در آینده این فن آوری
انقلابی در صعنت برق محسوب میشود
با سلام توضیحات جالب هستند. ولی بسیار مختصر، البته نظرات کارشناسی این مطلب را گسترش خواهد داد. مایل هستم در مورد مرکزی که تحقیقات عملی در این مورد دارد مطالب کامل و ارایه شود.