เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์ ชาวจีนได้ประกาศผลการวิจัยแบตเตอรี่พลังงานนิวเคลียร์อย่างเป็นทางการใน นิตยสาร Nature ด้วยเหตุนี้ ทีมวิจัยของศาสตราจารย์ Wang Shu Ao จากมหาวิทยาลัย Dong Wu (ประเทศจีน) จึงได้ใช้ประโยชน์จากรังสีแอลฟาที่ปล่อยออกมาจากไอโซโทปกัมมันตรังสีเพื่อสร้างแบตเตอรี่ประเภทนี้

ปัจจุบัน ไอโซโทปกัมมันตรังสีแอลฟาเป็น "ตัวเลือก" ที่น่าสนใจสำหรับแบตเตอรี่ไมโครนิวเคลียร์ เนื่องจากมีพลังงานสลายตัวสูง ตั้งแต่ 4 ถึง 6 เมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV) พลังงานศักย์ของรังสีแอลฟาสูงกว่าพลังงานศักย์ของอุปกรณ์ขุดไอโซโทปกัมมันตรังสีบีตามาก ในขณะเดียวกัน พลังงานสลายตัวสูงสุดของไอโซโทปกัมมันตรังสีบีตาอยู่ที่ประมาณหลายสิบกิโลอิเล็กตรอนโวลต์ (KeV)

แม้ว่าแบตเตอรี่ไมโครนิวเคลียร์จะมีประสิทธิภาพสูงกว่าแบตเตอรี่ทั่วไปถึง 8,000 เท่า แต่แบตเตอรี่ไมโครนิวเคลียร์ก็ยังมีข้อจำกัดอยู่ เนื่องจากการแทรกซึมเข้าสู่ของแข็งในระยะเวลาสั้นมากทำให้อนุภาคแอลฟาสูญเสียพลังงานจำนวนมากผ่านปรากฏการณ์การดูดซับพลังงาน ศาสตราจารย์หว่อง ธู อ้าว หัวหน้าทีมวิจัย กล่าวว่า "ปรากฏการณ์การดูดซับพลังงานทำให้ความจุจริงของแบตเตอรี่ไมโครนิวเคลียร์ไอโซโทปรังสีแอลฟาลดลงมากกว่าในเชิงทฤษฎี"

462545951_502359769364359_3303031661309682622_n.jpg
ภาพประกอบแบตเตอรี่ไมโครนิวเคลียร์ที่สร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวจีน ที่มาของภาพ: SCMP

การออกแบบแบตเตอรี่ไมโครนิวเคลียร์มีชั้นแบบบูรณาการที่ทำหน้าที่คล้ายเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อใช้ประโยชน์จากรังสีแอลฟาให้ได้มากที่สุด ทีมงานได้ติดตั้งตัวแปลงพลังงาน ซึ่งเป็นชั้นโพลิเมอร์ที่หุ้มไอโซโทปไว้ ซึ่งจะถ่ายโอนพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการแผ่รังสี โดยการแปลงพลังงานดังกล่าวให้เป็นแสงและไฟฟ้า เช่นเดียวกับเซลล์แสงอาทิตย์

จากงานวิจัยนี้ การใช้สารกัมมันตรังสีสังเคราะห์ 243Am เพียง 11 ไมโครคูรี (μCi) ทำให้เกิดการเรืองแสงจากรังสีแอลฟาที่ปล่อยออกมาจากกระบวนการสลายตัวของไอโซโทป ในการทดลองอื่น พบว่ากำลังการเรืองแสงอยู่ที่ 11.88 นาโนวัตต์ (nW) โดยมีประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานจากกระบวนการสลายตัวเป็นแสงสูงถึง 3.43%

ทีมวิจัยกล่าวว่าแบตเตอรี่นิวเคลียร์โฟโตโวลตาอิกที่แปลงรังสีเป็นพลังงานไฟฟ้ามีอายุการใช้งานยาวนานและทำงานได้อย่างอิสระตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แบตเตอรี่ไมโครนิวเคลียร์ที่ใช้ในการทดลองนี้มีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานรวม 0.889% และผลิตกระแสไฟฟ้าได้ 139 ไมโครวัตต์ต่อคูรี

แบตเตอรี่ไมโครนิวเคลียร์ที่พัฒนาโดยทีมวิจัยได้รับการพิสูจน์อย่างเข้มงวดผ่านทฤษฎีและการทดลองมากมาย แสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูงกว่าโครงสร้างแบตเตอรี่แบบเดิมถึง 8,000 เท่า

ในทำนองเดียวกัน ตัวแปลงพลังงานยังมีความเสถียรสูง โดยพารามิเตอร์ประสิทธิภาพแทบจะคงที่ตลอดระยะเวลาการทำงานต่อเนื่องนานกว่า 200 ชั่วโมง ด้วยครึ่งชีวิต 243 แอมแปร์ของวัสดุกัมมันตรังสีสังเคราะห์ แบตเตอรี่ไมโครนิวเคลียร์จึงมีอายุการใช้งานยาวนานถึงหลายศตวรรษ

โครงสร้างแบตเตอรี่ (ภาพที่ 1) ลักษณะของตัวแปลงพลังงาน (ภาพที่ 2) ผลการวิจัยเชิงทฤษฎีและเชิงทดลอง (ภาพที่ 3) และผลประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ (ภาพที่ 4) ที่มาของภาพ: ห้องปฏิบัติการวิจัยเวชศาสตร์นิวเคลียร์และความปลอดภัยจากรังสีแห่งประเทศจีน

“นี่เป็นหนึ่งในความก้าวหน้าครั้งสำคัญด้านแบตเตอรี่นิวเคลียร์ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา” หนังสือพิมพ์ ไชน่าไซแอนซ์แอนด์เทคโนโลยีเดลี ให้ความเห็น งานวิจัยนี้ไม่เพียงแต่ตอบโจทย์ความต้องการเชิงยุทธศาสตร์และความปลอดภัยของพลังงานนิวเคลียร์ของจีนเท่านั้น แต่ยังนำเสนอแนวทางใหม่ในการใช้ประโยชน์จากกากนิวเคลียร์และนิวไคลด์แอกทิไนด์นอกวงจรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์อีกด้วย

หนังสือพิมพ์ SCMP ประเมินไว้ดังนี้: "ครึ่งชีวิตที่ยาวนานและการสลายตัวของแอลฟาพลังงานสูงของไอโซโทปบางชนิดปรากฏให้เห็นในรูปแบบของพิษกัมมันตรังสีของกากนิวเคลียร์ อย่างไรก็ตาม ไอโซโทปเหล่านี้ยังคงมีข้อได้เปรียบในเรื่องอายุการใช้งานที่ยาวนานและพลังงานสูง"

ศาสตราจารย์หวัง ซู่ อ้าว เป็นนักวิทยาศาสตร์ชาวจีนผู้ประสบความสำเร็จอย่างสูงในโครงการบำบัดกากนิวเคลียร์และน้ำเสีย รวมถึงการวิจัยเกี่ยวกับการตอบสนองต่อเหตุฉุกเฉินจากอุบัติเหตุ เขาใช้เวลาหลายปีในการมุ่งเน้นไปที่ความต้องการเชิงกลยุทธ์ของจีนเพื่อการพัฒนานิวเคลียร์ที่ยั่งยืนและปลอดภัย

นักวิทยาศาสตร์นาโนเทคโนโลยีชั้นนำของโลก เดินทางออกจากสหรัฐอเมริกาเพื่อกลับบ้านเกิดเพื่อสร้างคุณประโยชน์ให้ กับประเทศ จีน - เมื่ออายุ 63 ปี นายหวู่ จุง ลัม นักวิทยาศาสตร์นาโนเทคโนโลยีชั้นนำของโลกตัดสินใจกลับบ้านเกิดหลังจากทำงานในสหรัฐอเมริกามานานเกือบ 30 ปี