تحول در فناوری انرژی: باتری‌هایی که از ضایعات هسته‌ای نیرو می‌گیرند

انرژی هسته‌ای یکی از معدود منابع تولید برق است که تقریباً هیچ گاز گلخانه‌ای منتشر نمی‌کند، اما مسأله‌ی مدیریت ضایعات هسته‌ای همچنان به‌عنوان چالشی بزرگ بر سر راه باقی مانده است. اکنون، گروهی از دانشمندان در پژوهشی جدید، راهکاری نوین برای استفاده‌ی دوباره از این پسماندها ارائه داده‌اند: تأمین انرژی باتری‌هایی که می‌توانند در ریزالکترونیک به کار روند.

در مطالعه‌ی جدید، پژوهشگران آمریکایی اثبات کرده‌اند که پرتو گامای منتشرشده از ضایعات هسته‌ای را می‌توان برای تولید انرژی کافی، به‌منظور راه‌اندازی میکروتراشه‌ها به کار گرفت. اگرچه در حال حاضر این روش فقط برای تأمین انرژی حسگرهای کوچک کاربرد دارد، پژوهشگران امید دارند که بتوان آن را در مقیاس بزرگ‌تر نیز توسعه داد.

به‌گزارش ساینس‌آلرت، ریموند کائو، مهندس هسته‌ای در دانشگاه ایالتی اوهایو می‌گوید: «ما در حال استفاده‌ی بهینه از چیزی هستیم که تاکنون به‌عنوان پسماند در نظر گرفته می‌شد و تلاش داریم آن را به منبعی ارزشمند تبدیل کنیم.»

در حال حاضر، حدود ۱۰ درصد از برق جهان توسط نیروگاه‌های هسته‌ای تأمین می‌شود. این فناوری نوین به‌عنوان جایگزینی برای سوخت‌های فسیلی مطرح شده است، اما اگر امکان استفاده‌ی بهینه از پسماندها نیز فراهم شود، به گزینه‌ای جذاب‌تر تبدیل می‌شود.

در مرحله‌ی اول، دانشمندان کریستال‌های سوسوزن پرتو گاما را به نور تبدیل و سپس، سلول‌های خورشیدی نور حاصل را به الکتریسیته تبدیل کردند. حجم نمونه‌ی اولیه‌ی این باتری حدود چهار سانتی‌متر مکعب بود. سپس، باتری با دو منبع رادیواکتیو سزیم ۱۳۷ و کبالت ۶۰ که هر دو از پسماندهای رایج شکافت هسته‌ای هستند، آزمایش شد. باتری به‌ترتیب، توان خروجی ۲۸۸ نانووات و ۱٫۵ میکرووات را برای این دو ماده تولید کرد.

ابراهیم اوکسوز، مهندس هوافضا از دانشگاه ایالتی اوهایو، یافته‌ها را «پیشرفتی چشمگیر» می‌داند و می‌افزاید: «اگرچه این فناوری هنوز در مراحل اولیه‌ی توسعه قرار دارد، با بهینه‌سازی طراحی و گسترش مقیاس تولید، توان خروجی نیز افزایش می‌یابد.»

البته، باتری‌ها قرار نیست جایگزین منابع متداول انرژی شوند و یا با کاربرد استفاده‌ی عمومی در دسترس قرار گیرند، بلکه بیشتر در تأسیسات هسته‌ای به کار خواهند رفت. در تأسیسات هسته‌ای، حسگرها و سامانه‌های پایشی به انرژی کم اما مداوم نیاز دارند. یکی از مزایای کلیدی این فناوری، کمترین نیاز به تعمیر و نگهداری است که می‌تواند به کارآمدتر شدن برخی فرایندهای صنعتی کمک کند.

پژوهشگران تأکید دارند که باتری‌ها از نظر ایمنی مشکلی ایجاد نمی‌کنند و آلودگی محیطی نیز ندارند. بااین‌حال، هنوز پرسش‌هایی درباره‌ی طول عمر این منبع انرژی وجود دارد که بی‌پاسخ باقی مانده‌اند. یکی از چالش‌های اساسی، بررسی میزان مقاومت کریستال‌های سوسوزن و سلول‌های خورشیدی در برابر تابش رادیواکتیو است. کشف این مسئله به تحقیقات بیشتری نیاز دارد.

امکان استفاده از فناوری جدید در دیگر محیط‌های دارای تابش گاما، مانند فضا، مورد توجه قرار گرفته است. هرچند هنوز مسیری طولانی تا دستیابی به نمونه‌های عملی و کارآمد باقی مانده، پژوهشگران اطمینان دارند که این ایده از لحاظ علمی، اجراشدنی خواهد بود. در جریان پژوهش، آن‌ها دریافتند که نحوه‌ی چیدمان کریستال‌ها و سلول‌های خورشیدی تأثیر مستقیمی بر میزان انرژی تولیدی دارد. این یافته می‌تواند مسیر پژوهش‌های آینده را هموارتر کند.

اوکسوز در پایان می‌گوید: «ایده‌ی باتری هسته‌ای بسیار امیدوارکننده است. هنوز راه بسیاری برای پیشرفت وجود دارد، اما تصور می‌کنم در آینده این فناوری بتواند جایگاه مهمی را در حوزه‌ی تولید انرژی و صنعت حسگرها به دست آورد.»

یافته‌ها در Optical Materials: X منتشر شده است.