طوّر علماء أول بطارية نووية في الصين، باستعمال الكربون 14 المشع، لديها القدرة على العمل بكفاءة لمدة 100 عام دون شحن، وفق متابعات القطاع لدى منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).
ولدى البطارية النووية الجديدة القدرة على تشغيل أجهزة لمدة تصل إلى آلاف السنين؛ ما يجعلها مصدر طاقة طويل الأمد.
وعلى الرغم من أن العمر التشغيلي للبطارية مُصمم ليبلغ 50 عامًا؛ فإنه قد يدوم لأكثر من 100 عام في ظل الظروف القاسية مثل أعماق البحار والمناطق القطبية.
وتستغل البطارية النظير المشع، الكربون 14، المعروف بالكربون المشع، لتوليد مستويات منخفضة من الكهرباء.
وتقترن البطارية النووية بالعديد من التطبيقات المُبتكرة؛ بما في ذلك الأجهزة الطبية، مثل غرسات العين، وأجهزة السمع، وأجهزة تنظيم ضربات القلب؛ ما يُقلل الحاجة إلى استبدالها ويُخفف العبء على المرضى.
إنجاز صيني كبير
طوّر باحثون صينيون بطارية نووية من الكربون 14 المشع مغلفة في رقائق إلكترونية من كربيد السيليكون؛ ما يجعلها إنجازًا كبيرًا في تقنية البطاريات النووية.
ويُدعى النموذج الأولى من البطارية النووية التي تحمل اسم كاندل دراغون وان (Candle Dragon One) والمطورة بوساطة بيتا فارماتيك شركة (Beita Pharmatech) ومقرها جيانغسو الصينية بالتعاون مع جامعة نورث ويست نورمال، ويَعِد بعُمْر تشغيلي تصل إلى آلاف السنين.
وخضعت العينة الهندسية للبطارية لاختبارات مستمرة لمدة 4 أشهر في معمل النظائر المشعة في بيتا فارماتيك؛ ما أكمل بنجاح 35 ألف ومضة من ضوء ليد (LED).
وأدمج الباحثون كذلك البطارية في أجهزة تخزين الكهرباء بهدف تشغيل رقائق البلوتوث آر إف؛ ما ينقل الإشارات ويستقبلها بنجاح.
كثافة طاقة عالية وتصميم خالٍ من الإشعاع
تستغل أول بطارية نووية في الصين البنية المركّبة التي تجمع بين نظائر الكربون سي 14 المشع وكربيد السيليكون؛ ويضمن تغليف مصدر الكربون 14 داخل كربيد السيليكون امتصاصًا كاملًا للإشعاع المنبعث؛ ما يزيل مخاطر التسرب ويضمن التشغيل الآمن.
وتوضح الاختبارات التي أجرتها معاهد هيفاي للعلوم الفيزيائية، وهي جزء من الأكاديمية الصينية للعلوم، كفاءةً في تحويل الطاقة تتجاوز 8%، وكثافة طاقة تصل إلى 2.2 واط/غرام، ما يعادل 10 مرات من بطاريات الليثيوم أيون السائدة.
وتُنتج البطارية تيارًا كهربائيًا 282 نانو أمبير، وجهد دائرة مفتوحة 2.1 فولت، وطاقة خرج قصوى قدرها 433 نانو واط، وفق أرقام طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.
ونظرًا لمتوسط عمر الكربون 14 المشع البالغ 5700 عام، تُوفر البطارية نظريًا مصدر طاقة يستمر آلاف السنين.
تطبيقات واسعة
قال نائب رئيس شركة بيتا فارماتيك ومدير البحث والتطوير بالشركة كاي دينغلونغ، إن البطارية النووية تعمل في نطاق درجات حرارة قصوى تتراوح من سالب 100 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية، مع معدل تدهور في الأداء أقل من 5% على مدى عمر التصميم البالغ 50 عامًا.
وتَعِد التقنية الجديدة بإمكانات كبيرة في العديد من القطاعات، بما في ذلك:
- الغرسات الطبية: تقدم مصدر طاقة دائمًا لواجهات الدماغ والحاسوب، وأجهزة تنظيم ضربات القلب، وغيرها من الأجهزة الأخرى القابلة للزرع.
- إنترنت الأشياء والأنظمة الذكية: دعم شبكات الاستشعار واسعة النطاق والأنظمة الذكية الموزعة.
- البيئات القاسية: تمكن حلول الطاقة في أنشطة الاستكشاف المنفذة في أعماق الحار، والبعثات القطبية، والمهام المنفذة على سطح القمر والمريخ.
- استكشافات الفضاء: استدامة الطاقة على المدى الطويل للمسبارات دون صيانة.
وقال الرئيس التنفيذي لشركة بيتا فارماتيك الدكتور لي غانغ: "تمثل تقنية البطاريات النووية بيتا الفولتية الجيل التالي من حلول الطاقة الدقيقة؛ ما يقود التحول في التصنيع المتطور والأمن القومي والتطبيقات الفضائية".
تحديات المستقبل وتطوراته
على الرغم من أن طول العمر التشغيلي للبطارية يجعل إنتاج الطاقة الحالية المقدرة بالميكروواط البطارية مقصور على تطبيقات صغيرة النطاق، وفق معلومات اطلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.
ويقر الباحثون بأن إدخال تحسينات إضافية في كثافة الطاقة وكفاءتها سيكون ضروريًا لاستغلال مقوماتها التجارية الكاملة.
وتحول البطاريات النووية المعروفة كذلك ببطاريات النظائر المشعة، طاقة النظائر المشعة إلى طاقة كهربائية عبر الآليات المختلفة.
وفي شهر ديسمبر/كانون الأول الماضي قال العلماء والمهندسون من هيئة الطاقة الذرية في المملكة المتحدة "يو كيه إيه إي إيه" وجامعة بريستول إنهم قد نجحوا في تصنيع أول بطارية ألماس من الكربون المشع في العالم.
وتعمل البطارية بشكل مشابه للألواح الشمسية، التي تحول الضوء إلى كهرباء، ولكن بدلًا من استعمال جزيئات الضوء (الفوتونات)، فإنها تلتقط الإلكترونات سريعة الحركة من داخل بنية الماس.
وعلى الرغم من أن التقدم في تلك التقنية يقتصر حاليًا على تطبيقات محددة؛ فإنها قد تعيد رسم مستقبل حلول تخزين الطاقة.
موضوعات متعلقة..
اقرأ أيضًا..
المصدر:
