לאחרונה, מדענים סינים הכריזו רשמית על תוצאות מחקרם על סוללות אנרגיה גרעינית בכתב העת Nature . בהתאם לכך, צוות המחקר של פרופסור וואנג שו אאו מאוניברסיטת דונגוו (סין) ניצל קרני אלפא המשתחררות מאיזוטופים רדיואקטיביים כדי ליצור סוללה מסוג זה.

נכון לעכשיו, איזוטופים רדיואקטיביים מסוג אלפא הם "מועמדים" בהירים לסוללות מיקרו-גרעיניות, בשל אנרגיית הדעיכה הגבוהה שלהם, מ-4 עד 6 מגה-אלקטרון וולט (MeV). לאנרגיית קרינת אלפא יש פוטנציאל לעלות בהרבה על התקני כריית איזוטופים רדיואקטיביים מסוג בטא. בינתיים, אנרגיית הדעיכה הגבוהה ביותר של איזוטופים רדיואקטיביים מסוג בטא היא ככמה עשרות קילו-אלקטרון וולט (KeV).

למרות שהיעילות גבוהה פי 8,000 מזו של סוללות קונבנציונליות, לסוללה המיקרו-גרעינית עדיין יש מגבלות משום שהיכולת לחדור למרחקים קצרים ביותר לתוך מוצקים גורמת לחלקיקי אלפא לאבד אנרגיה רבה באמצעות אפקט הספיגה העצמית. לדברי פרופסור וונג ת'ו אאו - ראש צוות המחקר: "אפקט הספיגה העצמית מפחית את הקיבולת בפועל של סוללת המיקרו-גרעינית האיזוטופית של אלפא הרבה יותר מהקיבולת התאורטית."

462545951_502359769364359_3303031661309682622_n.jpg
איור של סוללה מיקרו-גרעינית שנוצרה על ידי מדענים סינים. מקור התמונה: SCMP

תכנון הסוללה המיקרו-גרעינית כולל שכבה משולבת הפועלת כמו תא סולארי כדי להפיק את המרב מקרינת אלפא. הצוות שילב ממיר אנרגיה - שכבת פולימר המקיפה את האיזוטופ שמעבירה את האנרגיה המשתחררת במהלך הקרינה. על ידי המרתה לאור וחשמל, כמו תא פוטו-וולטאי.

על פי מחקר זה, תוך שימוש ב-11 מיקרוקירי (μCi) בלבד של החומר הרדיואקטיבי הסינתטי 243Am, הקומפלקס ייצר הארה מקרני אלפא הנפלטות מתהליך הדעיכה האיזוטופית. בניסוי אחר, נקבע כי עוצמת הארה היא 11.88 ננו-וואט (nW), עם יעילות המרת אנרגיה מתהליך הדעיכה לאור שהגיעה ל-3.43%.

צוות המחקר אמר כי לסוללה הגרעינית הפוטו-וולטאית הממירה קרינה לאנרגיה חשמלית יש אורך חיים ארוך והיא פועלת באופן עצמאי משינויי טמפרטורה. באופן ספציפי, לסוללה המיקרו-גרעינית הניסויית יש יעילות המרת הספק כוללת של 0.889% והיא מייצרת 139 מיקרו-וואט/קירי.

הסוללה המיקרו-גרעינית שפותחה על ידי צוות המחקר אומתה בקפדנות באמצעות תיאוריות וניסויים רבים, והראו כי יעילות המרת האנרגיה שלה גבוהה פי 8,000 מזו של מבני סוללות קונבנציונליים.

באופן דומה, ממיר החשמל יציב מאוד, פרמטרי הביצועים כמעט קבועים במשך יותר מ-200 שעות של פעולה רציפה. עם זמן מחצית החיים של החומר הרדיואקטיבי הסינתטי שהוא 243Am, לסוללה המיקרו-גרעינית יש אורך חיים של עד כמה מאות שנים.

מבנה הסוללה (תמונה 1), מאפייני ממיר האנרגיה (תמונה 2), תוצאות מחקר תיאורטיות וניסוייות (תמונה 3) ותוצאות ביצועי הסוללה (תמונה 4). מקור התמונה: מעבדת המחקר המרכזית של סין לרפואה גרעינית ובטיחות קרינה.

"זוהי אחת מפריצות הדרך הגדולות בתחום סוללות גרעיניות בעשורים האחרונים", כתב העיתון "צ'יינה סיינס אנד טכנולוגי דיילי ". המחקר לא רק עוסק בצרכים האסטרטגיים והבטיחותיים של סין בנוגע לאנרגיה גרעינית, אלא גם מציע גישה חדשה לשימוש בפסולת גרעינית ובנוקלידים של אקטיניד מחוץ למחזור הדלק הגרעיני.

עיתון SCMP העריך כדלקמן: "זמן מחצית החיים הארוך ודלדול אלפא בעל אנרגיה גבוהה של איזוטופים מסוימים מתבטאים ברעילות רדיואקטיבית של פסולת גרעינית. עם זאת, איזוטופים אלה עדיין מביאים את היתרון של אורך חיים ארוך ואנרגיה גבוהה."

פרופסור וואנג שו אאו הוא מדען סיני שהגיע להישגים גדולים בפרויקטים של פסולת גרעינית וטיפול בשפכים, כמו גם במחקר על תגובת חירום לתאונות. הוא הקדיש שנים רבות להתמקדות בצרכים האסטרטגיים של סין לפיתוח גרעיני בר-קיימא ובטוח.

מדען הננוטכנולוגיה המוביל בעולם עוזב את ארה"ב כדי לחזור הביתה ולתרום סין - בגיל 63, מר וונג טרונג לאם, מדען הננוטכנולוגיה המוביל בעולם, החליט לחזור הביתה לאחר כמעט 30 שנות עבודה בארה"ב.