باتری جادویی که با زباله‌های هسته‌ای برق تولید می‌کند
برنا - گروه علمی و فناوری: محققان با کشف شگفت‌انگیزی، باتری‌ای ساخته‌اند که تابش گاما از زباله‌های هسته‌ای را به برق تبدیل می‌کند. این اختراع نوین می‌تواند آینده انرژی و فناوری‌های میکروالکترونیک را متحول کند.
بررسی‌ها نشان داده‌اند که تابش هسته‌ای قوی باعث افزایش کارایی دستگاه می‌شود. براساس مطالعات جدید محققان باتری‌ای توسعه داده‌اند که قادر است انرژی هسته‌ای را از طریق انتشار نور به برق تبدیل کند.
به گزارش ساینس دیلی، نیروگاه‌های هسته‌ای حدود ۲۰ درصد از برق ایالات متحده را تولید کرده و انتشار گاز‌های گلخانه‌ای کمی دارند. با این حال، این نیروگاه‌ها همچنین زباله‌های رادیواکتیو تولید می‌کنند که خطراتی برای سلامت انسان و محیط زیست به همراه دارد و دفع ایمن آنها چالشی بزرگ است.
برای حل این مشکل، تیمی تحت رهبری محققان دانشگاه ایالتی اوهایو سیستمی طراحی کرده‌اند که تابش گاما را برای تولید برق بهره‌برداری می‌کند. این سیستم با ترکیب کریستال‌های آلومینیومی — مواد با چگالی بالا که هنگام برخورد با تابش نور منتشر می‌کنند — و سلول‌های خورشیدی، توانستند انرژی هسته‌ای را به خروجی برقی تبدیل کنند که برای راه‌اندازی الکترونیک میکرو مانند میکروچیپ‌ها کافی بود.
برای آزمایش این باتری که به‌عنوان یک نمونه اولیه حدود ۴ سانتی‌متر مکعب حجم دارد، محققان از دو منبع رادیواکتیو مختلف استفاده کردند: سزیوم-۱۳۷ و کبالت-۶۰ که از مهم‌ترین محصولات شکافت هسته‌ای حاصل از سوخت هسته‌ای مصرف شده هستند. آزمایش باتری در آزمایشگاه رآکتور هسته‌ای دانشگاه ایالتی اوهایو انجام شد. این آزمایشگاه از تحقیقات دانشجویان و اساتید پشتیبانی کرده و خدمات به صنعت ارائه می‌دهد، اما تولید برق ندارد.
عملکرد و پتانسیل مقیاس‌پذیری
نتایج نشان داد که زمانی که سزیوم-۱۳۷ استفاده شد، باتری ۲۸۸ نانووات برق تولید کرد. اما با استفاده از ایزوتوپ قوی‌تر کبالت-۶۰، باتری توانست ۱.۵ میکرووات تولید کند که برای روشن کردن یک حسگر کوچک کافی بود.
به گفته ریموند کائو، نویسنده ارشد این مطالعه و استاد مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشگاه ایالتی اوهایو با وجود آن‌که بیشتر خروجی‌های برق برای خانه‌ها و الکترونیک‌ها بر حسب کیلووات اندازه‌گیری می‌شوند، این نشان می‌دهد که با منبع برق مناسب، این دستگاه‌ها می‌توانند به‌طور بالقوه برای کاربرد‌هایی که نیاز به توان بالاتر دارند، مقیاس‌پذیر شوند.
این مطالعه اخیراً در نشریه Optical Materials: X منتشر شد.
محققان گفته‌اند که این باتری‌ها در مکان‌هایی که زباله‌های هسته‌ای تولید می‌شوند، مانند استخر‌های ذخیره‌سازی زباله‌های هسته‌ای یا سیستم‌های هسته‌ای برای کاوش در فضا و اعماق دریا، مورد استفاده قرار خواهند گرفت و برای استفاده عمومی طراحی نشده‌اند. خوشبختانه، با اینکه تابش گاما در این تحقیق حدود صد برابر از تابش ایکس‌ری یا سی‌تی‌اسکن عادی بیشتر نفوذ دارد، خود باتری مواد رادیواکتیو را دربر ندارد و بنابراین هنوز هم می‌توان آن را لمس کرد.
کائو، که همچنین مدیر آزمایشگاه رآکتور هسته‌ای دانشگاه ایالتی اوهایو است، گفته است: «ما چیزی را که به عنوان زباله در نظر گرفته می‌شود برداشت کرده و به‌طور طبیعی در تلاش هستیم آن را به گنج تبدیل کنیم.»
بهینه‌سازی طراحی کریستال برای کارایی بیشتر
بر اساس این مطالعه، تیم تحقیقاتی همچنین دریافت که ممکن است باتری با توجه به ساختار کریستال آلومینیومی انتخابی افزایش قدرت پیدا کرده باشد. آنها فهمیدند که حتی شکل و اندازه کریستال‌ها می‌تواند بر خروجی الکتریکی نهایی تأثیر بگذارد، زیرا حجم بزرگتر به آنها این امکان را می‌دهد که تابش بیشتری را جذب کرده و آن انرژی اضافی را به نور تبدیل کنند. همچنین، مساحت سطح بزرگتر به سلول خورشیدی کمک می‌کند تا برق تولید کند.
ایبراهیم اوکسوز، نویسنده همکار این مطالعه و پژوهشگر در مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشگاه ایالتی اوهایو، گفت: «این نتایج برای خروجی توان یک پیشرفت بزرگ است. این فرآیند دو مرحله‌ای هنوز در مراحل ابتدایی خود است، اما گام بعدی شامل تولید توان بیشتر با ساختار‌های مقیاس بزرگتر است.»
چنین باتری‌هایی احتمالاً در محیط‌هایی که سطوح بالایی از تابش وجود دارد و دسترسی عمومی به آنها سخت است، قرار می‌گیرند. بنابراین، این دستگاه‌های بادوام نه‌تنها محیط زیست را آلوده نخواهند کرد بلکه می‌توانند بدون نیاز به نگهداری منظم عمل کنند.
مقیاس‌پذیری این فناوری ممکن است پرهزینه باشد مگر اینکه این باتری‌ها بتوانند به‌طور قابل اعتماد تولید شوند، به گفته کائو. تحقیقات بیشتری برای ارزیابی مفید بودن و محدودیت‌های این باتری‌ها مورد نیاز است، از جمله اینکه باتری‌ها پس از پیاده‌سازی ایمن چقدر دوام خواهند آورد، به گفته اوکسوز.
او گفت: «مفهوم باتری هسته‌ای بسیار امیدوارکننده است. هنوز جای زیادی برای پیشرفت وجود دارد، اما من معتقدم که در آینده این روش فضایی مهم برای خود در صنعت تولید انرژی و سنسور‌ها پیدا خواهد کرد.»
انتهای پیام/
نظر شما
پیشنهاد سردبیر
پرونده ویژه
