أعلن علماء صينيون مؤخرا رسميا عن نتائج أبحاثهم حول بطاريات الطاقة النووية في مجلة Nature . وبناء على ذلك، قام فريق البحث التابع للأستاذ الجامعي فونغ ثو آو من جامعة دونغ نجو (الصين) باستغلال أشعة ألفا المنبعثة من النظائر المشعة لإنشاء هذا النوع من البطاريات.

في الوقت الحالي، تعد النظائر المشعة ألفا "مرشحين" لامعين للبطاريات النووية الدقيقة، بسبب طاقة اضمحلالها العالية، من 4 إلى 6 ميجا إلكترون فولت (MeV). تتمتع طاقة الإشعاع ألفا بالقدرة على تجاوز طاقة أجهزة التعدين بالنظائر المشعة بيتا. وفي الوقت نفسه، تبلغ أعلى طاقة اضمحلال للنظائر المشعة بيتا حوالي عشرات الكيلو إلكترون فولت (KeV).

على الرغم من أن البطاريات النووية الدقيقة أكثر كفاءة بنحو 8000 مرة من البطاريات التقليدية، إلا أنها لا تزال محدودة بسبب قدرتها على اختراق المواد الصلبة لفترة قصيرة للغاية، مما يتسبب في فقدان جسيمات ألفا لكثير من طاقتها من خلال الامتصاص الذاتي. وبحسب البروفيسور فونغ ثو آو - رئيس فريق البحث: "إن تأثير الامتصاص الذاتي يقلل من القدرة الفعلية للبطارية النووية الدقيقة النظيرية المشعة ألفا أكثر بكثير مما هو عليه في النظرية".

462545951_502359769364359_3303031661309682622_n.jpg
رسم توضيحي لبطارية نووية دقيقة صنعها علماء صينيون. مصدر الصورة: صحيفة ساوث تشاينا مورنينغ بوست

يحتوي تصميم البطارية النووية الدقيقة على طبقة متكاملة تعمل كخلية شمسية للاستفادة المثلى من الإشعاع ألفا. قام الفريق بدمج محول الطاقة - وهو عبارة عن طبقة بوليمرية تحيط بالنظير الذي ينقل الطاقة المنبعثة أثناء الإشعاع. عن طريق تحويلها إلى ضوء وكهرباء، مثل الخلية الكهروضوئية.

وبحسب هذا البحث، وباستخدام 11 ميكروكوري فقط (μCi) من المادة المشعة الاصطناعية 243Am، أنتج المركب تألقاً من أشعة ألفا المنبعثة من عملية اضمحلال النظائر. وفي تجربة أخرى، تم تحديد الطاقة الضوئية بـ 11.88 نانوواط (nW)، مع كفاءة تحويل الطاقة من الاضمحلال إلى الضوء تصل إلى 3.43%.

وقال فريق البحث إن البطارية النووية الكهروضوئية تحول الإشعاع إلى طاقة كهربائية، وتتمتع بعمر طويل وتعمل بشكل مستقل عن التغيرات في درجات الحرارة. وعلى وجه التحديد، تتمتع البطارية النووية الدقيقة التجريبية بكفاءة تحويل طاقة إجمالية تبلغ 0.889% وتولد 139 ميكروواط/كوري.

تم التحقق بدقة من البطارية النووية الدقيقة التي طورها فريق البحث من خلال النظريات والعديد من التجارب، والتي أظهرت أن كفاءة تحويل الطاقة الخاصة بها أعلى بنحو 8000 مرة من كفاءة هياكل البطاريات التقليدية.

وبالمثل، فإن محول الطاقة يتمتع أيضًا بثبات كبير، حيث تظل معلمات الأداء ثابتة تقريبًا لأكثر من 200 ساعة من التشغيل المستمر. تتمتع البطارية النووية الدقيقة بنصف عمر يبلغ 243 أمبير من المواد المشعة الاصطناعية، ويبلغ عمرها الافتراضي عدة قرون.

بنية البطارية (الصورة 1)، وخصائص محول الطاقة (الصورة 2)، ونتائج الأبحاث النظرية والتجريبية (الصورة 3)، ونتائج أداء البطارية (الصورة 4). مصدر الصورة: مختبر الصين الرئيسي للطب النووي والسلامة الإشعاعية.

وعلقت صحيفة العلوم والتكنولوجيا الصينية قائلة: "يعتبر هذا أحد الإنجازات الكبرى في مجال البطاريات النووية في العقود الأخيرة". ولا يتناول البحث الاحتياجات الاستراتيجية والسلامة للطاقة النووية في الصين فحسب، بل يقدم أيضًا نهجًا جديدًا لاستخدام النفايات النووية ونويدات الأكتينيد خارج دورة الوقود النووي.

قيّمت صحيفة ساوث كارولينا ما يلي: "تتجلى أعمار النصف الطويلة وتحلل ألفا عالي الطاقة لبعض النظائر في شكل سمية إشعاعية للنفايات النووية. ومع ذلك، لا تزال هذه النظائر تتمتع بميزة العمر الطويل والطاقة العالية".

البروفيسور وانغ شو آو هو عالم صيني حقق العديد من الإنجازات العظيمة في مشاريع معالجة النفايات النووية ومياه الصرف الصحي، إلى جانب الأبحاث المتعلقة بالاستجابة لحالات الطوارئ في الحوادث. لقد أمضى سنوات عديدة في التركيز على الاحتياجات الاستراتيجية للصين في مجال التنمية النووية المستدامة والآمنة.

الصين - في سن 63 عاما، قرر السيد فونج ترونج لام، العالم الرائد في مجال تكنولوجيا النانو في العالم، العودة إلى وطنه بعد ما يقرب من 30 عاما من العمل في الولايات المتحدة.