محققان نوعی باتری خارق‌العاده را طراحی کرده‌اند!
مجله علمی ایلیاد - آیا جهان آماده چنین چیزی است؟ باتری‌هایی که قدرت خود را از مواد رادیو اکتیو می‌گیرند، بیش از یک قرن است که تولید شده‌اند، اما قدرت آن‌ها بسته به اندازه‌شان کمتر می‌شود. لکن این امر در مورد نوع جدیدی از منابع قدرت که ترکیبی از یک ساختار جدید با ایزوتوپ نیکل است و قدرتی در حدود ۱۰ برابر بیشتر از سلول‌های الکتروشیمیایی‌ای با اندازه‌ی یکسان دارد، صدق نمی‌کند. تنها سوال این است که آیا ما آماده‌ی استفاده از چنین انرژی هسته‌ای هستیم؟
گروهی از محققان روسی از تخریب عنصر رادیواکتیوی برای ایجاد اختلاف در ولتاژ استفاده کردند و تحولی را در تکنولوژی باتری پدید آوردند. سلول الکتروشیمیایی معمولی شما از تقابل بین واکنش مواد مختلف برای ایجاد تفاوت در پتانسیل ولتاژ استفاده می‌کند. همین امر باعث می‌شود که اندازه‌ی باتری، مخصوصاً هنگام استفاده از موادی مانند لیتیوم، بسیار بزرگ باشد. اما همان‌طور که همه‌ی ما خوب می‌دانیم، باتری‌های مبتنی بر مواد الكتروشیمیایی برای مدت طولانی دوام نمی‌آورند. بنابراین دیر یا زود آن‌ها باید دوباره شارژ شوند یا جایگزین گردند.
از طرف دیگر طول عمر باتری هسته‌ای نه به واکنش آن، بلکه به نیمه‌ی عمر فروپاشی آن بستگی دارد. به جای اندازه گیری ساعت‌ها یا روزها، طول عمر بالقوه‌ی آن‌ها می‌تواند دهه‌ها یا حتی قرن‌ها باشد. این باتری‌های به اصطلاح «بتاولتائیک» در سال ۱۹۱۳ به روی صحنه آمدند. آن‌ها به هیچ وجه شبیه به راکتورهای هسته‌ای مینیاتوری نیستند.
به جای تولید گرما، شارژ آن‌ها از ذرات بتایی به دست می‌آید که توسط الکترون‌های کوبنده‌ی ایزوتوپ، منتشر می‌شوند. متاسفانه این فرایند دقیقاً به جریان سیل‌آسایی از قدرت منجر نمی‌شود. برای غلبه بر این کمبود، جریان الکتریسیته می‌تواند توسط نوعی انباره، مانند خازن تولید شود. این روش موثر خواهد بود، اما ابعاد کلی باتری را افزایش خواهد داد. با توجه به این که این تکنولوژی برای ارائه‌ی قدرت الکتریکی به بسیاری از چیزهایی که شما نمی‌توانید آن‌ها را شارژ کنید، مانند ماهواره‌ها یا دستگاه‌های ضربان ساز قلبی، ایده‌آل خواهد بود. در این میان حجم اضافی مساله‌ای است که چندان مطلوب نخواهد بود.
علاوه بر این، کلمه‌ی «رادیو اکتیو» دیگر همانند یک قرن پیش، چندان جذابیتی ندارد. لذا بازاریابی ضربان‌ساز مبتنی بر انرژی هسته‌ای در جهان امروز به چیزی بیش از جنجالی تبلیغاتی و جذاب نیاز دارد و آن چیز می‌تواند کمک این کشف در تغییر ابعاد باتری باشد. این دستگاه از مجموعه‌ای از ایزوتوپ‌های نیکل ۶۳ ساخته شده که بین یک جفت دیود نیمه رسانای خاص به‌نام «مانع شاتکی» فشرده شده‌اند. این مانع سبب می‌شود که جریان تنها در یک مسیر قرار گیرد. این ویژگی اغلب برای تبدیل جریان متناوب به مستقیم استفاده می‌شود.
محققان دریافتند که ضخامت مطلوب هر لایه فقط ۲ میکرومتر است و لذا توانستند ولتاژ تولید شده توسط هر گرم ایزوتوپ را به حداکثر برسانند. نیکل ۶۳ دارای نیمه عمری بیش از ۱۰۰ سال است و چنین سیستم بهینه‌سازی شده‌ای دارای انرژی در حدود ۳،۳۰۰ میلی‌وات ساعت در هر گرم است که ۱۰ برابر انرژی خاص سلول الکتروشیمیایی معمولی است. این پیشرفت قابل‌توجهی نسبت به دستگاه‌های قبلی نیکل ۶۳ بتاولتائیک است و در حالی که به تنهایی برای قدرت بخشیدن به تلفن هوشمند شما مناسب نیست، لکن قلمرویی مفید را برای بسیاری از کارها فراهم می‌کند.
مدیر کل موسسه‌ی تکنولوژیکی مواد فوق سنگین و مواد کربنی نوین، «ولادیمیر بلان»، در این خصوص می‌گوید: «هر چقدر چگالی قدرت دستگاه بالاتر باشد، برنامه‌های کاربردی آن نیز بیشتر خواهد بود. به عنوان مثال، نسل‌های فعلی ضربان‌ساز حدود ۱۰ سانتی‌متر مکعب هستند و از حدود ۱۰ میکرووات انرژی الکتریکی ارائه شده توسط باتری الکتروشیمیایی زیر پوستی استفاده می‌کنند.»
شارژ بی‌سیم از طریق پوست امکان پذیر است، اما در حال حاضر آن‌ها باید از طریق عمل جراحی تهاجمی جایگزین شوند. این دستگاه‌های ضربان‌ساز بسیار ساده‌تر و ایمن‌تر خواهند بود، اگر منبع انرژی داشته باشند که بیمار را بیشتر زنده نگاه دارد و لذا استفاده از سلول بتاولتائیک می‌تواند در این راستا ایده‌آل باشد.
اما پس از استفاده‌ی طولانی مدت از بسیاری از دستگاه‌های رادیو اکتیو و ایجاد پیوندی ناگسستنی با آن‌ها، باز هم دیدگاه عمومی در رابطه با آن‌ها تهاجمی است. نیم قرن برخورد با تهدید جنگ اتمی و ترس از بروز آن، منجر به سردرگمی و عدم اعتماد به قدرت این ایزوتوپ شده است.
حتی استفاده از مقایسه‌های متعدد برای نشان دادن بی‌ضرر بودن این دستگاه‌های رادیو اکتیویته، تاثیر اندکی بر کاهش نگرانی‌های عمومی موجود در رابطه با اثرات بالقوه‌ی هر ماده‌ای داشته که به عنوان رادیو اکتیو توصیف شود. لذا باید دید که آیا دستگاه‌های کوچک هسته‌ای، می‌توانند اعتماد لازم را برای سرمایه‌گذاری دریافت کنند یا خیر؟
نوشته: مایک مک‌را
ترجمه: سهیلا دوست‌پژوه - مجله علمی ایلیاد
ترجمه: سهیلا دوست‌پژوه - مجله علمی ایلیاد