वैज्ञानिकों ने 8,000 गुना अधिक दक्षता वाली परमाणु बैटरी बनाई, जो कई सौ वर्षों तक चल सकती है

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हाल ही में, चीनी वैज्ञानिकों ने नेचर पत्रिका में परमाणु ऊर्जा बैटरियों पर अपने शोध के परिणामों की आधिकारिक घोषणा की। इसके अनुसार, डोंगवु विश्वविद्यालय (चीन) के प्रोफेसर वांग शू एओ की शोध टीम ने इस प्रकार की बैटरी बनाने के लिए रेडियोधर्मी समस्थानिकों से निकलने वाली अल्फा किरणों का उपयोग किया।

वर्तमान में, अल्फा रेडियोधर्मी समस्थानिक अपनी उच्च क्षय ऊर्जा, 4 से 6 मेगाइलेक्ट्रॉन वोल्ट (MeV) के कारण, सूक्ष्म-नाभिकीय बैटरियों के लिए उज्ज्वल "उम्मीदवार" हैं। अल्फा विकिरण ऊर्जा में बीटा रेडियोधर्मी समस्थानिक खनन उपकरणों से कहीं अधिक क्षमता है। इस बीच, उच्चतम बीटा रेडियोधर्मी समस्थानिक क्षय ऊर्जा लगभग कई दसियों किलोइलेक्ट्रॉन वोल्ट (KeV) है।

हालाँकि इसकी दक्षता पारंपरिक बैटरियों की तुलना में 8,000 गुना ज़्यादा है, फिर भी माइक्रोन्यूक्लियर बैटरी की अपनी सीमाएँ हैं क्योंकि ठोस पदार्थों में बेहद कम गहराई तक प्रवेश करने की क्षमता के कारण अल्फा कण स्व-अवशोषण प्रभाव के कारण बहुत अधिक ऊर्जा खो देते हैं। शोध दल के प्रमुख प्रोफ़ेसर वुओंग थू आओ के अनुसार: "स्व-अवशोषण प्रभाव अल्फा आइसोटोप माइक्रोन्यूक्लियर बैटरी की वास्तविक क्षमता को सैद्धांतिक क्षमता से कहीं ज़्यादा कम कर देता है।"

चीनी वैज्ञानिकों द्वारा निर्मित एक सूक्ष्म-परमाणु बैटरी का चित्रण। चित्र स्रोत: SCMP

माइक्रोन्यूक्लियर बैटरी के डिज़ाइन में एक एकीकृत परत है जो अल्फा विकिरण का अधिकतम लाभ उठाने के लिए सौर सेल की तरह काम करती है। टीम ने एक ऊर्जा परिवर्तक (एनर्जी कन्वर्टर) भी शामिल किया है - आइसोटोप के चारों ओर एक पॉलीमर परत जो विकिरण के दौरान निकलने वाली ऊर्जा को स्थानांतरित करती है। इसे एक फोटोवोल्टिक सेल की तरह प्रकाश और बिजली में परिवर्तित करके।

इस शोध के अनुसार, सिंथेटिक रेडियोधर्मी पदार्थ 243Am के केवल 11 माइक्रोक्यूरी (μCi) का उपयोग करके, इस परिसर ने समस्थानिक क्षय प्रक्रिया द्वारा उत्सर्जित अल्फा किरणों से प्रकाश उत्पन्न किया। एक अन्य प्रयोग में, प्रकाश की शक्ति 11.88 नैनोवाट (nW) निर्धारित की गई, जिसमें क्षय प्रक्रिया से प्राप्त ऊर्जा को प्रकाश में परिवर्तित करने की दक्षता 3.43% तक पहुँच गई।

शोध दल ने बताया कि विकिरण को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने वाली फोटोवोल्टिक परमाणु बैटरी का जीवनकाल लंबा होता है और यह तापमान परिवर्तनों से स्वतंत्र रूप से संचालित होती है। विशेष रूप से, प्रायोगिक माइक्रोन्यूक्लियर बैटरी की कुल ऊर्जा रूपांतरण दक्षता 0.889% है और यह 139 माइक्रोवाट/क्यूरी उत्पन्न करती है।

अनुसंधान दल द्वारा विकसित सूक्ष्म नाभिकीय बैटरी को सिद्धांतों और कई प्रयोगों के माध्यम से कठोरता से सत्यापित किया गया है, जिससे पता चला है कि इसकी ऊर्जा रूपांतरण दक्षता पारंपरिक बैटरी संरचनाओं की तुलना में 8,000 गुना अधिक है।

इसी प्रकार, पावर कन्वर्टर भी अत्यधिक स्थिर है, और इसके प्रदर्शन पैरामीटर 200 घंटे से अधिक निरंतर संचालन के लिए लगभग स्थिर रहते हैं। सिंथेटिक रेडियोधर्मी पदार्थ की अर्ध-आयु 243Am होने के कारण, इस माइक्रोन्यूक्लियर बैटरी का जीवनकाल कई शताब्दियों तक का होता है।

बैटरी संरचना (फोटो 1), ऊर्जा परिवर्तक विशेषताएँ (फोटो 2), सैद्धांतिक और प्रायोगिक अनुसंधान परिणाम (फोटो 3) और बैटरी प्रदर्शन परिणाम (फोटो 4)। फोटो स्रोत: चीन की परमाणु चिकित्सा एवं विकिरण सुरक्षा अनुसंधान प्रयोगशाला।

चाइना साइंस एंड टेक्नोलॉजी डेली ने टिप्पणी की, "यह हाल के दशकों में परमाणु बैटरियों के क्षेत्र में हुई प्रमुख सफलताओं में से एक है।" यह शोध न केवल परमाणु ऊर्जा के लिए चीन की रणनीतिक और सुरक्षा संबंधी ज़रूरतों को संबोधित करता है, बल्कि परमाणु ईंधन चक्र के बाहर परमाणु अपशिष्ट और एक्टिनाइड न्यूक्लाइड के उपयोग के लिए एक नया दृष्टिकोण भी प्रस्तुत करता है।

एससीएमपी अखबार ने इस प्रकार मूल्यांकन किया: "कुछ समस्थानिकों की लंबी अर्ध-आयु और उच्च-ऊर्जा अल्फा क्षय, परमाणु अपशिष्ट की रेडियोधर्मी विषाक्तता के रूप में प्रकट होते हैं। हालाँकि, ये समस्थानिक अभी भी लंबी आयु और उच्च ऊर्जा का लाभ प्रदान करते हैं।"

प्रोफ़ेसर वांग शु आओ एक चीनी वैज्ञानिक हैं जिन्होंने परमाणु अपशिष्ट और अपशिष्ट जल उपचार परियोजनाओं के साथ-साथ दुर्घटनाओं के आपातकालीन प्रतिक्रिया पर शोध में उल्लेखनीय उपलब्धियाँ हासिल की हैं। उन्होंने कई वर्षों तक चीन की सतत और सुरक्षित परमाणु विकास संबंधी रणनीतिक ज़रूरतों पर ध्यान केंद्रित किया है।