أعلن علماء صينيون رسميًا مؤخرًا عن نتائج أبحاثهم حول بطاريات الطاقة النووية في مجلة نيتشر . وبناءً على ذلك، استغل فريق البحث التابع للأستاذ وانغ شو آو من جامعة دونغ وو (الصين) أشعة ألفا المنبعثة من النظائر المشعة لإنشاء هذا النوع من البطاريات.

حاليًا، تُعدّ نظائر ألفا المشعة مرشحةً بقوة للبطاريات النووية الدقيقة، نظرًا لطاقة اضمحلالها العالية، التي تتراوح بين 4 و6 ميجا إلكترون فولت (MeV). وتتجاوز الطاقة الكامنة لأشعة ألفا بكثير طاقة أجهزة تعدين النظائر المشعة بيتا. في المقابل، تبلغ أعلى طاقة اضمحلال لنظائر بيتا المشعة حوالي عشرات الكيلو إلكترون فولت (KeV).

على الرغم من أن كفاءتها أعلى بـ 8000 مرة من كفاءة البطاريات التقليدية، إلا أن البطارية النووية الدقيقة لا تزال تعاني من بعض القيود، إذ إن اختراقها القصير للغاية للمواد الصلبة يُسبب فقدان جسيمات ألفا لكميات كبيرة من الطاقة من خلال تأثير الامتصاص الذاتي. ووفقًا للبروفيسور فونغ ثو آو، رئيس فريق البحث: "إن تأثير الامتصاص الذاتي يُقلل من السعة الفعلية لبطارية ألفا النووية الدقيقة العاملة بالنظائر المشعة بشكل أكبر بكثير من السعة النظرية".

462545951_502359769364359_3303031661309682622_n.jpg
رسم توضيحي لبطارية نووية دقيقة ابتكرها علماء صينيون. مصدر الصورة: صحيفة ساوث تشاينا مورنينغ بوست

يتميز تصميم البطارية النووية الدقيقة بطبقة متكاملة تعمل كخلية شمسية لتحقيق أقصى استفادة من إشعاع ألفا. وقد أدرج الفريق محول طاقة - طبقة بوليمر تحيط بالنظير المشع - تنقل الطاقة المنبعثة أثناء الإشعاع إلى ضوء وكهرباء، تمامًا مثل الخلية الكهروضوئية.

وفقًا لهذا البحث، وباستخدام 11 ميكروكوري فقط (μCi) من المادة المشعة الاصطناعية 243Am، أنتج المركب تألقًا ضوئيًا من أشعة ألفا المنبعثة من عملية اضمحلال النظائر. وفي تجربة أخرى، حُددت قوة التألق الضوئي بـ 11.88 نانوواط (nW)، مع كفاءة تحويل طاقة عملية الاضمحلال إلى ضوء تصل إلى 3.43%.

أفاد فريق البحث بأن البطارية النووية الكهروضوئية، التي تُحوّل الإشعاع إلى طاقة كهربائية، تتميز بعمر طويل وتعمل بشكل مستقل عن تغيرات درجة الحرارة. وتحديدًا، تتميز البطارية النووية الدقيقة التجريبية بكفاءة تحويل طاقة إجمالية تبلغ 0.889%، وتُولّد 139 ميكروواط/كوري.

تم التحقق بدقة من البطارية النووية الدقيقة التي طورها فريق البحث من خلال النظريات والعديد من التجارب، والتي أظهرت أن كفاءة تحويل الطاقة الخاصة بها أعلى بنحو 8000 مرة من كفاءة هياكل البطاريات التقليدية.

وبالمثل، يتميز محول الطاقة بثبات عالٍ، حيث تبقى معايير الأداء ثابتة تقريبًا لأكثر من 200 ساعة من التشغيل المتواصل. بعمر نصف يبلغ 243 أمبير من مادة مشعة اصطناعية، يصل عمر البطارية النووية الدقيقة إلى عدة قرون.

بنية البطارية (الصورة ١)، خصائص مُحوِّل الطاقة (الصورة ٢)، نتائج الأبحاث النظرية والتجريبية (الصورة ٣)، ونتائج أداء البطارية (الصورة ٤). مصدر الصورة: مختبر أبحاث الطب النووي والسلامة الإشعاعية الرئيسي في الصين.

علّقت صحيفة "تشاينا ساينس آند تكنولوجي ديلي " قائلةً: "يُعدّ هذا أحد أهم الإنجازات في مجال البطاريات النووية خلال العقود الأخيرة". لا يقتصر البحث على معالجة الاحتياجات الاستراتيجية والسلامة للطاقة النووية في الصين فحسب، بل يُقدّم أيضًا نهجًا جديدًا لاستخدام النفايات النووية ونويدات الأكتينيد خارج دورة الوقود النووي.

قيّمت صحيفة ساوث كارولينا ما يلي: "تتجلى أعمار النصف الطويلة وتحلل ألفا عالي الطاقة لبعض النظائر في شكل سمية إشعاعية للنفايات النووية. ومع ذلك، لا تزال هذه النظائر تتمتع بميزة العمر الطويل والطاقة العالية".

البروفيسور وانغ شو آو عالم صيني حقق إنجازات عظيمة في مشاريع معالجة النفايات النووية ومياه الصرف الصحي، بالإضافة إلى أبحاثه في مجال الاستجابة لحالات الطوارئ. أمضى سنوات عديدة في التركيز على الاحتياجات الاستراتيجية للصين للتنمية النووية المستدامة والآمنة.

الصين - في سن 63 عاما، قرر السيد فونج ترونج لام، العالم الرائد في مجال تكنولوجيا النانو في العالم، العودة إلى وطنه بعد ما يقرب من 30 عاما من العمل في الولايات المتحدة.