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.
