محققان دانشگاه ایالتی اوهایو باتری‌ای را توسعه داده‌اند که می‌تواند زباله‌های هسته‌ای را به برق تبدیل کند.
این فناوری نوآورانه از تابش گاما محیطی ناشی از سوخت هسته‌ای مصرف‌شده برای تأمین انرژی الکترونیک استفاده می‌کند و منبع انرژی پاک‌تر و کارآمدتری را ارائه می‌دهد.
ریموند کائو، نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: «ما در حال برداشت چیزی هستیم که به عنوان زباله در نظر گرفته می‌شود و به طور طبیعی، سعی می‌کنیم آن را به گنج تبدیل کنیم.»
استفاده از کریستال‌های سوسوزن برای باتری
انرژی هسته‌ای یک منبع انرژی قابل اعتماد است. با این حال، زباله‌های رادیواکتیو تولید می‌کند که تابش گاما ساطع می‌کنند، که نوعی از انرژی است که مهار ایمن آن به طور سنتی دشوار بوده است.
نمونه اولیه باتری تیم اوهایو استیت این مشکل را با استفاده از کریستال‌های سوسوزن حل می‌کند، که هنگام قرار گرفتن در معرض تابش، نور ساطع می‌کنند. این نور سپس توسط سلول‌های خورشیدی جذب می‌شود، که مانند سلول‌های موجود در پنل‌های خورشیدی پشت‌بام، آن را به برق تبدیل می‌کنند.
کائو اظهار داشت: «مفهوم باتری هسته‌ای بسیار امیدوارکننده است.»
«هنوز جای زیادی برای پیشرفت وجود دارد، اما من معتقدم در آینده، این رویکرد جای مهمی را برای خود در صنعت تولید انرژی و حسگرها باز خواهد کرد.»
این باتری تقریباً به اندازه یک مکعب چهار سانتی‌متری است. محققان از دو ایزوتوپ رادیواکتیو رایج موجود در سوخت هسته‌ای مصرف‌شده، سزیم-137 و کبالت-60، برای آزمایش نمونه اولیه استفاده کردند.
نتایج نشان داد که باتری 288 نانووات با سزیم-137 و 1.5 میکرووات قابل توجه‌تر با کبالت-60 تولید می‌کند، که برای تأمین انرژی یک حسگر کوچک کافی است.
کائو خاطرنشان کرد: «اگرچه بیشتر توان خروجی برای خانه‌ها و وسایل الکترونیکی بر حسب کیلووات اندازه‌گیری می‌شود، اما این نشان می‌دهد که با منبع تغذیه مناسب، چنین دستگاه‌هایی می‌توانند برای هدف قرار دادن کاربردها در سطح وات یا بالاتر مقیاس‌بندی شوند.»
رسیدگی به مشکل زباله‌های رادیواکتیو
این فناوری یک راه حل امیدوارکننده برای چالش‌های ناشی از زباله‌های رادیواکتیو، یک محصول جانبی مهم تولید برق هسته‌ای، ارائه می‌دهد.
نیروگاه‌های هسته‌ای حدود 20 درصد از برق ایالات متحده را با حداقل انتشار گازهای گلخانه‌ای تأمین می‌کنند.
محققان در یک بیانیه مطبوعاتی گفتند: «با این حال، این سیستم‌ها زباله‌های رادیواکتیو تولید می‌کنند که می‌تواند برای سلامت انسان خطرناک باشد.»
با تبدیل این زباله به برق، باتری یک مسیر بالقوه برای تبدیل یک بدهی به یک منبع ارزشمند ارائه می‌دهد.
علاوه بر این، طراحی باتری آن را به ویژه برای محیط‌هایی که در حال حاضر سطوح بالایی از تابش وجود دارد، مانند تأسیسات ذخیره زباله‌های هسته‌ای، اکتشافات اعماق دریا و حتی مأموریت‌های فضایی مناسب می‌سازد.
محققان تأکید کردند: «خوشبختانه، اگرچه تابش گامای مورد استفاده در این کار حدود صد برابر نافذتر از یک اشعه ایکس یا سی‌تی اسکن معمولی است، اما خود باتری مواد رادیواکتیو را در خود جای نداده است، به این معنی که لمس آن هنوز بی خطر است.»
تأثیر طراحی بر توان خروجی
این مطالعه همچنین تأثیر طراحی کریستال سوسوزن بر توان خروجی را برجسته کرد، به طوری که حجم و مساحت سطح بیشتر، جذب تابش و تبدیل نور را افزایش می‌دهد.
این فناوری نوید زیادی نشان می‌دهد، اما مقیاس‌بندی آن برای کاربردهای گسترده‌تر مستلزم رسیدگی به هزینه‌های تولید و انجام تحقیقات بیشتر است.
گفته می‌شود، این توسعه نشان دهنده یک گام مهم به سوی استفاده پایدارتر و کارآمدتر از انرژی هسته‌ای است.
ابراهیم اوکسوز، یکی از نویسندگان این مطالعه، نتیجه گرفت: «اینها نتایج پیشگامانه‌ای از نظر توان خروجی هستند.»
این فرآیند دو مرحله‌ای هنوز در مراحل اولیه خود است، اما گام بعدی شامل تولید وات بیشتر با ساختارهای مقیاس بزرگ است.