في دراسة مهمة نشرت في مجلة (Nature)، تمكن العلماء من تطوير بطارية نووية صغيرة للغاية بكفاءة تصل إلى 8000 مرة عن سابقاتها.
لقد حقق الباحثون المنتمون إلى العديد من المؤسسات في الصين ما حاول العلماء القيام به منذ عقود، وهو إنشاء حزم طاقة نووية صغيرة يمكنها تشغيل الأجهزة لسنوات دون الحاجة إلى إعادة الشحن. ويكمن مفتاح نجاحهم في تصميم بلورة تعمل على تحويل الإشعاع النووي إلى ضوء، والذي يستخدم بعد ذلك لتوليد الكهرباء.
محتويات المقال :
البحث عن طاقة لا نهاية لها
لعقود من الزمن، ظل العلماء يبحثون عن طريقة لإنشاء مصدر مستدام وطويل الأمد للطاقة. ومع تزايد الطلب على الطاقة لتغذية المشهد التكنولوجي المتنامي لدينا، أصبحت الحاجة إلى طاقة موثوق بها وصغيرة الحجم وفعال أكثر إلحاحًا من أي وقت مضى.
وقد دفعت هذه الرؤية العلماء إلى استكشاف حلول مبتكرة، وبرزت الطاقة النووية كحل واعد. ومع القدرة على تسخير الطاقة الهائلة الموجودة داخل النوى الذرية، يمكن للطاقة النووية أن توفر ذلك النوع من حلول الطاقة المستدامة التي نحتاج إليها بشدة.
ومع ذلك، فقد ابتلي تطوير الطاقة النووية بمخاوف بشأن السلامة وقابلية التوسع والكفاءة. حيث تتطلب محطات الطاقة النووية التقليدية بنية تحتية ضخمة وتشكل مخاطر بيئية كبيرة. وبالتالي فإن التحدي يتمثل في إيجاد وسيلة لتصغير الطاقة النووية مع الحفاظ على كثافة الطاقة والحد من تأثيرها على البيئة.
بطارية نووية بكفاءة 8000 مرة عن سابقاتها
لقد وجد الفريق البحثي الذي يقف وراء هذا الاكتشاف طريقة لتسخير قوة الإشعاع النووي وتحويله إلى كهرباء قابلة للاستخدام.
الجهاز الذي صممه الباحثون وبنوه بسيط ومباشر نسبيًا. لقد وضعوا كمية صغيرة من الأمريسيوم في بلورة ثم استخدموا طاقتها المشعة (جسيمات ألفا) لإنتاج الضوء. والنتيجة هي بلورة تتوهج باللون الأخضر.
ومن خلال تحويل الإشعاع إلى ضوء، أنشأ الفريق بطارية نووية يمكنها العمل لعقود من الزمن بشحنة واحدة. الضوء المنتج نظيف وآمن، مع عدم وجود خطر تسرب الإشعاع. وهذا يعني أنه يمكن استخدام الجهاز في مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من تشغيل الأجهزة الإلكترونية الصغيرة وحتى دفع استكشاف الفضاء السحيق.
وقد صمم الباحثون خلية كوارتز لإيواء البلورة ومنع تسرب الإشعاع مع السماح للضوء بالهروب. ثم تقوم الخلية الكهروضوئية بتحويل هذا الضوء إلى كهرباء يمكن تخزينها واستخدامها حسب الحاجة. والنتيجة هي مصدر طاقة ذاتي الاكتفاء يمكن تصغيره ليناسب داخل ساعة أو قمر صناعي.
تحديات أمام البطارية
وجد الفريق أنه يمكن أن تظل البطارية مشحونة لفترة طويلة، ربما لعقود من الزمن. ويشيرون إلى أن عمر النصف للأميريسيوم هو 7380 عامًا، لكن الإشعاع من شأنه أن يؤدي إلى تآكل المواد التي تحتوي عليه قبل ذلك بوقت طويل.
وأظهرت الاختبارات الإضافية أن الجهاز أكثر كفاءة بنحو 8000 مرة من أي نظام بطارية يعمل بالطاقة النووية تم تطويره حتى الآن، على الرغم من أنهم لاحظوا أن كمية الطاقة المنتجة صغيرة للغاية، حيث يستغرق الأمر 40 مليارًا من حزم الطاقة هذه لإضاءة مصباح بقوة 60 واط.
مستقبل الطاقة الغير محدودة
في استكشاف الفضاء، على سبيل المثال، يمكن للبطاريات النووية الصغيرة هذه أن تغير كل شيء. لن تحتاج المركبات الفضائية بعد الآن إلى الاعتماد على الألواح الشمسية الضخمة أو البطاريات ذات العمر المحدود، مما يؤدي إلى تحرير الموارد لمكونات أكثر أهمية. والتطبيقات المحتملة واسعة النطاق، بدءًا من تشغيل أجهزة الاتصالات في الفضاء السحيق، وحتى تمكين البعثات الطويلة الأمد إلى الكواكب البعيدة.
لكن التأثير لا يتوقف عند استكشاف الفضاء. في المجال الطبي، يمكن تشغيل الأجهزة القابلة للزرع مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب والمحفزات العصبية لسنوات، مما قد يلغي الحاجة إلى تكرار العمليات الجراحية. وفي مجال المراقبة البيئية، يمكن نشر أجهزة استشعار صغيرة في المواقع النائية لتتبع تغير المناخ، أو جودة الهواء، أو موائل الحياة البرية، دون الحاجة إلى استبدال البطاريات بشكل منتظم.
المصادر
Micronuclear battery based on a coalescent energy transducer | nature
Author: أخبار علمية
سعدنا بزيارتك، جميع مقالات الموقع هي ملك موقع الأكاديمية بوست ولا يحق لأي شخص أو جهة استخدامها دون الإشارة إليها كمصدر. تعمل إدارة الموقع على إدارة عملية كتابة المحتوى العلمي دون تدخل مباشر في أسلوب الكاتب، مما يحمل الكاتب المسؤولية عن مدى دقة وسلامة ما يكتب.
التعليقات :