طورت شركة في الصين بطارية تقول إنها يمكن أن تدوم لفترة أطول من الأجهزة التي تشغلها، مشيرة إلى أن البطارية التي أطلقت عليها BV100 تعمل بالطاقة النووية، وحجمها أصغر من عملة معدنية ويمكنها توفير الطاقة لمدة 50 عامًا دون الحاجة إلى إعادة الشحن، وفقًا لشركة بيتا فولت تيكنولوجي (Betavolt Technology) الناشئة في بكين، وهي الشركة التي تقف وراء المنتج.
ما هي البطارية النووية؟
البطارية النووية هي جهاز يستخدم الطاقة الناتجة عن التحلل النووي للعناصر المشعة لتوليد الكهرباء، وتختلف البطارية النووية عن البطاريات التقليدية التي تعتمد على التفاعلات الكيميائية، وتتميز بأنها تدوم لفترات طويلة وتعمل في ظل الظروف القاسية.
كيف تعمل البطارية النووية؟
المبدأ الأساسي للبطارية النووية هو تكنولوجيا النظائر، التي اقترحها لأول مرة في عام 1913 الفيزيائي البريطاني هنري موسلي. يلتقط الطاقة من التحلل النووي للعناصر المشعة، بحسب موقع توداي أون لاين.
على عكس الانشطار النووي أو الاندماج النووي، فإن الاضمحلال النووي هو عملية عفوية تصدر فيها النظائر إشعاعات، مما يؤدي إلى ذرات جديدة أكثر استقرارًا، ومن ثم يقوم العلماء بتغليف هذه النظائر، وتحويل الطاقة المنبعثة إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام.
اقرأ أيضًا.. الهاتف الدبوس «Ai Pin».. معلومات جديدة عن جهاز الذكاء الاصطناعي الثوري
يرتبط عمر البطارية النووية بنصف عمر النظير المستخدم كمصدر للطاقة. على سبيل المثال، يبلغ عمر النصف للنيتروجين-16 7.13 ثانية فقط، في حين يبلغ عمر البوتاسيوم-40 حوالي 1.3 مليار سنة. يستخدم جهاز BV100 النيكل 63 كمصدر للإشعاع، والذي يتجاوز عمره النصفي 100 عام، مما يضمن بقاءه قيد التشغيل طوال عمره البالغ 50 عامًا.
تنبعث النظائر المختلفة من جسيمات ألفا أو بيتا وأشعة جاما أثناء الاضمحلال، ويمكن للمواد الخام النظائرية المختلفة أن تنتج مجموعة متنوعة من الطرق لصنع البطاريات النووية.
على سبيل المثال، استخدمت البطارية النووية للمركبة القمرية الصينية تشانغ آه-3، التي تم إطلاقها في عام 2013، محولاً كهروحراريًا لتسخير الحرارة الناتجة عن جسيمات ألفا المنبعثة من تحلل البلوتونيوم 238 لتوليد الكهرباء. وتستخدم المركبة الفضائية Curiosity Mars التابعة لناسا تقنية مماثلة.
ما هي ميزات البطارية النووية؟
البطارية النووية التي طورتها شركة بيتا فولت تكنولوجي الناشئة في بكين هي جهاز BV100 الذي يعمل بالطاقة النووية. إنه أصغر من عملة معدنية ويمكنه توفير الطاقة لمدة 50 عامًا دون الحاجة إلى إعادة الشحن، وفقًا للشركة.
وقالت الشركة إن النموذج الأولي للبطارية يستغل الطاقة الصادرة عن النظائر النووية ويستخدم أشباه الموصلات لتحويل تلك الطاقة إلى طاقة كهربائية.
وقالت الشركة على موقعها على الإنترنت: «يمكن للبطارية أن تمكن أجهزة مثل الهواتف الذكية من العمل إلى أجل غير مسمى دون إعادة الشحن أو الطائرات بدون طيار من الطيران دون الهبوط».
وبصرف النظر عن العمر الطويل، يقال أيضًا أن البطارية تعمل بشكل جيد في ظل الظروف القاسية.
اقرأ أيضًا.. مارك زوكربيرغ.. قصة الهاتف السري والرسالة الغاضبة
وعلى عكس البطاريات التقليدية، تعمل هذه البطارية النووية بأمان في ظل الظروف القاسية، من درجات حرارة تتراوح من 120 إلى -60 درجة مئوية، وهي مقاومة للثقوب وإطلاق النار دون أن تشتعل فيها النيران أو تنفجر، حسبما ذكرت صحيفة ساينس آند تكنولوجي دايلي (Science and Technology Daily) في مقال بتاريخ 8 يناير.
يمكن استخدام هذه البطارية والأجهزة مراقبة أعماق البحار التي تتطلب إمدادات طاقة طويلة الأمد في ظل الظروف القاسية، وفقًا لخبراء الصناعة.
تبلغ أبعاد BV100 15 × 15 × 5 مم فقط، مع خرج طاقة يبلغ 100 ميكرووات و3 فولت. وقالت الشركة إنها تخطط لإنتاج البطارية بكميات كبيرة بحلول نهاية هذا العام وتقديم نسخة بقوة 1 واط في العام المقبل.
كيف تصنع البطارية النووية من الماس؟
لتحسين كفاءة تحويل الطاقة، قام باحثو Betavolt بتطوير شبه موصل فريد من نوعه من الماس أحادي البلورة، باستخدام الماس المغطى بالبورون كركيزة وطريقة ترسيب البخار الكيميائي للبلازما لإنشاء محول أشباه الموصلات الماسي.
ادعت الشركة أنها الشركة الوحيدة في العالم القادرة على تطعيم وتصنيع مواد أشباه الموصلات الماسية على نطاق واسع، وهو عنصر أساسي في صنع البطاريات النووية.
يستخدم BV100 هيكلًا معياريًا، حيث يتم وضع طبقة من النيكل 63 بسمك 2 ميكرومتر بين اثنين من أشباه الموصلات الماسية بسمك 10 ميكرومتر، مما يشكل وحدة توليد الطاقة. ومن خلال ربط العديد من هذه الوحدات، يمكن للباحثين تكوين مخرجات طاقة تتراوح من بضعة ميكروواط إلى عدة واط.
ما هي العوائق التي تواجه البطارية النووية؟
وقالت الشركة على موقعها الإلكتروني: «تبلغ كفاءة تحويل الطاقة في البطارية حاليًا 8.8 في المائة، مع وجود تحسينات محتملة باستخدام مصادر إشعاع النيكل 63 الأعلى نقاءً».
وقال الدكتور تشانغ شيشو، الأستاذ المشارك في كلية العلوم والتكنولوجيا النووية بجامعة لانتشو في شمال غرب الصين: «إلى جانب تطبيقات الطيران، تُستخدم بطاريات النظائر المشعة أيضًا في منارات الملاحة البحرية، وأجهزة ضبط نبضات القلب، وكابلات أعماق البحار».
ومع ذلك، قال الدكتور تشانغ إن تصميم البطاريات النووية للأجهزة الإلكترونية الصغيرة مثل الهواتف الذكية والطائرات بدون طيار كان أمرًا صعبًا.
وقال: «تشمل المخاوف السلامة النووية والتحكم فيها، والحماية من الإشعاع التي تحد من أداء البطارية، والأضرار الإشعاعية التي تلحق بأشباه الموصلات من أشعة جاما المصاحبة لإشعاع بيتا في البطاريات بيتافولتية».
اقرأ أيضًا.. يستخدمه 10 ملايين.. Perplexity يعتزم القضاء على غوغل!
تعمل شركة CityLabs، وهي شركة في الولايات المتحدة، على تطوير بطاريات بيتا فولتية باستخدام نظائر التريتيوم منذ عام 2010. والبطاريات النووية الخاصة بها ليست متاحة على نطاق واسع للمستهلكين ولا توفر الكهرباء إلا للأجهزة منخفضة الطاقة في نطاق النانو وات إلى الميكرووات ويمكن تمديدها إلى المللي واط. .
التريتيوم أكثر أمانًا، حيث يمكن حجب إشعاعه بسهولة. تستخدم بعض أجهزة تنظيم ضربات القلب أيضًا التريتيوم كمصادر للإشعاع. وحتى لو تسرب، فيمكن إخراجه بسرعة من الجسم من خلال عملية التمثيل الغذائي البشري. وبالمقارنة، فإن النيكل 63، المستخدم في BV100، يصدر إشعاعات أقوى.
كما أن العمر الطويل للبطاريات النووية يثير مخاوف بشأن إعادة التدوير. وقال الدكتور تشانغ: «في الوقت الحالي، لا تتطلب حالات الاستخدام الرئيسية مثل الفضاء الجوي وأجهزة تنظيم ضربات القلب إعادة التدوير، ولكنها تعتبر بمثابة اعتبار لتطبيقات مثل المنارات القطبية في أعماق البحار».
