تحولی در صنعت انرژی؛ تبدیل زباله‌های هسته‌ای به منبعی برای تأمین برق

این باتری با استفاده از کریستال‌هایی که هنگام جذب تشعشعات، نور منتشر می‌کنند، انرژی خورشیدی تولید می‌کند.

کد خبر: ۸۵۴۸۷۳

تاریخ: ۱۸ اسفند ۱۴۰۳ - ۱۹:۰۵

مدیریت زباله‌های هسته‌ای

به گزارش انتخاب و به نقل از gizmodo؛ برخلاف سوخت‌های فسیلی، نیروگاه‌های هسته‌ای گازهای گلخانه‌ای بسیار کمی منتشر می‌کنند. این نیروگاه‌ها اکنون ایمن‌تر از همیشه هستند و تقریباً یک‌پنجم از برق ایالات متحده را تأمین می‌کنند. با این حال، یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های آن‌ها تولید زباله‌های خطرناک رادیواکتیو است که هنوز روش‌های مؤثری برای مدیریت آن‌ها در حال بررسی است. اما اگر بتوانیم فراتر از ذخیره‌سازی این زباله‌ها عمل کنیم—اگر بتوانیم از آن‌ها برای تولید انرژی بیشتر استفاده کنیم چه؟

با الهام از این ایده، پژوهشگرانی در اوهایو موفق به ساخت یک باتری کوچک شدند که از زباله‌های هسته‌ای تغذیه می‌کند. آن‌ها کریستال‌های سنتیلاتور—موادی که هنگام جذب تشعشعات، نور منتشر می‌کنند—را در معرض اشعه‌ی گاما، که یکی از محصولات جانبی زباله‌های هسته‌ای است، قرار دادند. سپس، نور منتشر شده توسط این کریستال‌ها برای تأمین انرژی یک باتری خورشیدی مورد استفاده قرار گرفت. این مطالعه که در ۲۹ ژانویه در مجله‌ی Optical Materials: X منتشر شد، نشان می‌دهد که سطح پس‌زمینه‌ای از تشعشعات گاما می‌تواند برای تأمین انرژی دستگاه‌های کوچک الکترونیکی مانند میکروچیپ‌ها استفاده شود.

«ما در حال برداشت چیزی هستیم که به‌عنوان زباله در نظر گرفته می‌شود و تلاش می‌کنیم آن را به گنج تبدیل کنیم.»
ریموند کائو، نویسنده‌ی ارشد این پژوهش و مدیر آزمایشگاه رآکتور هسته‌ای دانشگاه ایالتی اوهایو

آزمایش با مواد رادیواکتیو و تولید انرژی

تیم پژوهشی این باتری را با استفاده از سزیوم-۱۳۷ و کبالت-۶۰، دو ماده‌ی رادیواکتیو رایج در زباله‌های نیروگاه‌های هسته‌ای، آزمایش کرد. باتری هنگام استفاده از سزیوم-۱۳۷ توانست ۲۸۸ نانووات انرژی تولید کند، در حالی که کبالت-۶۰ توانست ۱.۵ میکرووات انرژی ایجاد کند—میزانی که برای تأمین انرژی یک حسگر کوچک کافی است.

شاید این میزان انرژی ناچیز به نظر برسد—یک لامپ LED استاندارد ۱۰ واتی به ۱۰ میلیون میکرووات انرژی نیاز دارد—اما کائو و همکارانش بر این باورند که این فناوری می‌تواند مقیاس‌پذیر باشد و در نهایت انرژی را در مقیاس وات (و حتی بیشتر) تأمین کند. چنین باتری‌هایی می‌توانند در محیط‌هایی که زباله‌های هسته‌ای تولید می‌شوند، مانند استخرهای ذخیره‌ی زباله‌ی هسته‌ای، مورد استفاده قرار بگیرند. این باتری‌ها دارای پتانسیل ماندگاری طولانی هستند و تقریباً به هیچ‌گونه تعمیر و نگهداری دوره‌ای نیاز ندارند.

«مفهوم باتری هسته‌ای بسیار امیدوارکننده است،»
ابراهیم اوکزوز، یکی از نویسندگان این پژوهش و مهندس مکانیک و هوافضا در دانشگاه ایالتی اوهایو

«هنوز فضای زیادی برای بهبود وجود دارد، اما من معتقدم که در آینده، این روش جایگاه مهمی در هر دو صنعت تولید انرژی و حسگرها خواهد داشت.»

چشم‌انداز آینده: افزایش بازدهی و مقیاس‌پذیری فناوری

محققان همچنین اشاره کردند که ساختار کریستال‌های سنتیلاتور می‌تواند بر میزان خروجی انرژی باتری تأثیر بگذارد. آن‌ها این فرضیه را مطرح کردند که کریستال‌های بزرگ‌تر قادر به جذب تشعشعات بیشتر و در نتیجه انتشار نور بیشتری هستند. علاوه بر این، یک باتری خورشیدی با سطح بزرگ‌تر می‌تواند نور بیشتری جذب کند و در نهایت انرژی بیشتری تولید کند.

«این فرآیند دو مرحله‌ای هنوز در مراحل اولیه‌ی خود قرار دارد، اما گام بعدی ما، تولید انرژی بیشتر از طریق توسعه‌ی مدل‌های مقیاس‌بزرگ‌تر است.»
اوکزوز

در حال حاضر، گسترش این فناوری هزینه‌ی بالایی دارد و برای بهبود و افزایش بهره‌وری، به تحقیقات بیشتری نیاز است. با این وجود، این پژوهش نشان می‌دهد که با نوآوری و خلاقیت کافی، زباله‌ی یک فرد می‌تواند به گنجی برای فردی دیگر تبدیل شود—یا در این مورد، به یک منبع جدید انرژی.