اخیراً دانشمندان چینی رسماً نتایج تحقیقات خود در مورد باتری‌های انرژی هسته‌ای را در مجله Nature اعلام کردند. بر این اساس، تیم تحقیقاتی پروفسور وانگ شو آئو از دانشگاه دونگوو (چین) از پرتوهای آلفای آزاد شده از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو برای ساخت این نوع باتری استفاده کردند.

در حال حاضر، ایزوتوپ‌های رادیواکتیو آلفا به دلیل انرژی واپاشی بالای خود، از ۴ تا ۶ مگاالکترون ولت (MeV)، "کاندیداهای" روشنی برای باتری‌های میکرونوکلئار هستند. انرژی تابش آلفا پتانسیل بسیار بیشتری از دستگاه‌های استخراج ایزوتوپ رادیواکتیو بتا دارد. در همین حال، بالاترین انرژی واپاشی ایزوتوپ رادیواکتیو بتا حدود چند ده کیلوالکترون ولت (KeV) است.

اگرچه راندمان این باتری ۸۰۰۰ برابر بیشتر از باتری‌های معمولی است، اما باتری میکرونوکلئار هنوز محدودیت‌هایی دارد زیرا توانایی نفوذ بسیار کوتاه به داخل جامدات باعث می‌شود ذرات آلفا از طریق اثر خودجذبی انرژی زیادی از دست بدهند. به گفته پروفسور وونگ تو آئو - رئیس تیم تحقیقاتی: "اثر خودجذبی، ظرفیت واقعی باتری میکرونوکلئار ایزوتوپ آلفا را بسیار بیشتر از مقدار نظری کاهش می‌دهد."

462545951_502359769364359_3303031661309682622_n.jpg
تصویری از یک باتری میکرو هسته‌ای ساخته شده توسط دانشمندان چینی. منبع عکس: SCMP

طراحی باتری میکرونوکلئار دارای یک لایه یکپارچه است که مانند یک سلول خورشیدی عمل می‌کند تا از تابش آلفا نهایت استفاده را ببرد. این تیم یک مبدل انرژی - یک لایه پلیمری اطراف ایزوتوپ که انرژی آزاد شده در طول تابش را منتقل می‌کند - را در آن گنجانده است. با تبدیل آن به نور و الکتریسیته، مانند یک سلول فتوولتائیک.

طبق این تحقیق، با استفاده از تنها ۱۱ میکروکوری (μCi) از ماده رادیواکتیو مصنوعی ۲۴۳Am، این کمپلکس از پرتوهای آلفای ساطع شده توسط فرآیند واپاشی ایزوتوپ، لومینسانس تولید کرد. در آزمایش دیگری، توان لومینسانس ۱۱.۸۸ نانووات (nW) تعیین شد و راندمان تبدیل انرژی حاصل از فرآیند واپاشی به نور به ۳.۴۳٪ رسید.

تیم تحقیقاتی اعلام کرد که باتری هسته‌ای فتوولتائیک که تابش را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند، طول عمر بالایی دارد و مستقل از تغییرات دما عمل می‌کند. به طور خاص، باتری میکرونوکلئار آزمایشی دارای راندمان تبدیل توان کل 0.889٪ است و 139 میکرووات بر کوری تولید می‌کند.

باتری میکرونوکلئار توسعه‌یافته توسط تیم تحقیقاتی، از طریق نظریه‌ها و آزمایش‌های فراوان به دقت تأیید شده است و نشان می‌دهد که راندمان تبدیل انرژی آن ۸۰۰۰ برابر بیشتر از ساختارهای باتری معمولی است.

به طور مشابه، مبدل برق نیز بسیار پایدار است، پارامترهای عملکرد تقریباً برای بیش از ۲۰۰ ساعت کار مداوم ثابت هستند. با نیمه عمر ماده رادیواکتیو مصنوعی ۲۴۳Am، باتری میکرونوکلئار طول عمری تا چند قرن دارد.

ساختار باتری (عکس ۱)، ویژگی‌های مبدل انرژی (عکس ۲)، نتایج تحقیقات نظری و تجربی (عکس ۳) و نتایج عملکرد باتری (عکس ۴). منبع عکس: آزمایشگاه تحقیقات کلیدی پزشکی هسته‌ای و ایمنی تشعشعات چین.

روزنامه علم و فناوری چین نوشت: «این یکی از پیشرفت‌های بزرگ در زمینه باتری‌های هسته‌ای در دهه‌های اخیر است.» این تحقیق نه تنها به نیازهای استراتژیک و ایمنی چین برای انرژی هسته‌ای می‌پردازد، بلکه رویکرد جدیدی را برای استفاده از زباله‌های هسته‌ای و نوکلئیدهای اکتینید خارج از چرخه سوخت هسته‌ای ارائه می‌دهد.

روزنامه SCMP اینگونه ارزیابی کرد: «نیمه عمرهای طولانی و واپاشی آلفای پرانرژی برخی ایزوتوپ‌ها، به عنوان سمیت رادیواکتیو زباله‌های هسته‌ای آشکار می‌شود. با این حال، این ایزوتوپ‌ها همچنان مزیت عمر طولانی و انرژی بالا را به همراه دارند.»

پروفسور وانگ شو آئو دانشمند چینی است که دستاوردهای بزرگی در پروژه‌های تصفیه زباله‌های هسته‌ای و فاضلاب و همچنین تحقیقات در زمینه واکنش اضطراری به حوادث داشته است. او سال‌های زیادی را صرف تمرکز بر نیازهای استراتژیک چین برای توسعه هسته‌ای پایدار و ایمن کرده است.

دانشمند برجسته فناوری نانو جهان ، ایالات متحده را ترک کرد تا برای کمک به چین به کشورش بازگردد - آقای وونگ ترونگ لام، دانشمند برجسته فناوری نانو جهان، در سن ۶۳ سالگی پس از نزدیک به ۳۰ سال کار در ایالات متحده، تصمیم گرفت به خانه بازگردد.