เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนได้ประกาศผลการวิจัยแบตเตอรี่พลังงานนิวเคลียร์อย่างเป็นทางการใน นิตยสาร Nature ด้วยเหตุนี้ ทีมวิจัยของศาสตราจารย์ Vuong Thu Ao จากมหาวิทยาลัย Dong Ngo (จีน) จึงได้ใช้ประโยชน์จากรังสีอัลฟาที่ปล่อยออกมาจากไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเพื่อสร้างแบตเตอรี่ประเภทนี้

ในปัจจุบัน ไอโซโทปกัมมันตรังสีแอลฟาเป็น "ตัวเลือก" ที่สดใสสำหรับแบตเตอรี่ไมโครนิวเคลียร์ เนื่องจากมีพลังงานสลายตัวสูง ตั้งแต่ 4 ถึง 6 เมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV) พลังงานรังสีอัลฟาอาจเกินกว่าพลังงานจากอุปกรณ์ขุดแร่รังสีเบตาได้มาก ในขณะเดียวกัน พลังงานสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเบตาสูงสุดอยู่ที่ประมาณหลายสิบกิโลอิเล็กตรอนโวลต์ (KeV)

แม้ว่าแบตเตอรี่ไมโครนิวเคลียร์จะมีประสิทธิภาพมากกว่าแบตเตอรี่ทั่วไปถึง 8,000 เท่า แต่ยังมีข้อจำกัดตรงที่สามารถทะลุทะลวงเข้าไปในของแข็งได้สั้นมาก ซึ่งทำให้อนุภาคแอลฟาสูญเสียพลังงานไปมากผ่านการดูดซับตัวเอง ตามที่ศาสตราจารย์ Vuong Thu Ao หัวหน้าทีมวิจัย กล่าวว่า "ผลการดูดซับตนเองทำให้ความจุจริงของแบตเตอรี่ไมโครนิวเคลียร์ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีอัลฟาลดลงมากกว่าในทางทฤษฎีมาก"

462545951_502359769364359_3303031661309682622_n.jpg
ภาพประกอบแบตเตอรี่ไมโครนิวเคลียร์ที่สร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวจีน ที่มาของภาพ : SCMP

การออกแบบแบตเตอรี่ไมโครนิวเคลียร์มีชั้นรวมที่ทำหน้าที่เหมือนเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อใช้รังสีอัลฟาได้อย่างเหมาะสมที่สุด ทีมงานได้รวมตัวแปลงพลังงานเข้าด้วยกัน ซึ่งเป็นชั้นโพลีเมอร์ที่ล้อมรอบไอโซโทป ซึ่งทำหน้าที่ถ่ายโอนพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาในระหว่างการฉายรังสี โดยแปลงเป็นแสงและไฟฟ้า เช่น เซลล์แสงอาทิตย์

จากการวิจัยนี้ พบว่าการใช้สารสังเคราะห์กัมมันตภาพรังสี 243Am เพียง 11 ไมโครคูรี (μCi) ทำให้เกิดการเรืองแสงจากรังสีอัลฟาที่ปล่อยออกมาจากกระบวนการสลายตัวของไอโซโทป ในการทดลองอีกครั้งหนึ่ง พบว่ากำลังส่องสว่างมีค่าเท่ากับ 11.88 นาโนวัตต์ (nW) โดยมีประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานจากการสลายตัวเป็นแสงถึง 3.43%

ทีมวิจัยกล่าวว่า แบตเตอรี่นิวเคลียร์โฟโตวอลตาอิคจะแปลงรังสีให้เป็นพลังงานไฟฟ้า มีอายุการใช้งานยาวนาน และทำงานได้อย่างอิสระตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ โดยเฉพาะอย่างยิ่งแบตเตอรี่ไมโครนิวเคลียร์เชิงทดลองมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานรวมอยู่ที่ 0.889% และสร้างพลังงานได้ 139 ไมโครวัตต์ต่อคูรี

แบตเตอรี่ไมโครนิวเคลียร์ที่พัฒนาโดยทีมวิจัยได้รับการพิสูจน์อย่างเข้มงวดผ่านทฤษฎีและการทดลองมากมาย แสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานสูงกว่าโครงสร้างแบตเตอรี่แบบทั่วไปถึง 8,000 เท่า

ในทำนองเดียวกัน ตัวแปลงพลังงานยังมีความเสถียรสูง โดยพารามิเตอร์ประสิทธิภาพยังคงเกือบคงที่เป็นเวลาทำงานต่อเนื่องมากกว่า 200 ชั่วโมง แบตเตอรี่ไมโครนิวเคลียร์มีครึ่งชีวิตเท่ากับ 243Am ของวัสดุสังเคราะห์กัมมันตภาพรังสี จึงมีอายุการใช้งานได้นานถึงหลายศตวรรษ

โครงสร้างแบตเตอรี่ (ภาพที่ 1) ลักษณะของตัวแปลงพลังงาน (ภาพที่ 2) ผลการวิจัยเชิงทฤษฎีและเชิงทดลอง (ภาพที่ 3) และผลลัพธ์ด้านประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ (ภาพที่ 4) แหล่งที่มาของภาพ: ห้องปฏิบัติการหลักของเวชศาสตร์นิวเคลียร์และความปลอดภัยจากรังสีของจีน

“นี่เป็นหนึ่งในความก้าวหน้าครั้งสำคัญด้านแบตเตอรี่นิวเคลียร์ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา” หนังสือพิมพ์ Science and Technology Daily ของจีน ให้ความเห็น งานวิจัยนี้ไม่เพียงแต่ตอบโจทย์ความต้องการเชิงยุทธศาสตร์และความปลอดภัยของพลังงานนิวเคลียร์ในจีนเท่านั้น แต่ยังนำเสนอแนวทางใหม่ในการใช้ประโยชน์จากขยะนิวเคลียร์และนิวไคลด์แอกทิไนด์นอกวงจรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์อีกด้วย

หนังสือพิมพ์ SCMP ประเมินดังนี้: "ครึ่งชีวิตที่ยาวนานและการสลายตัวของแอลฟาพลังงานสูงของไอโซโทปบางชนิดแสดงออกมาในรูปแบบของพิษกัมมันตภาพรังสีของขยะนิวเคลียร์ อย่างไรก็ตาม ไอโซโทปเหล่านี้ยังคงมีข้อได้เปรียบคือมีอายุยืนยาวและพลังงานสูง"

ศาสตราจารย์หวางซู่อ้าวเป็นนักวิทยาศาสตร์ชาวจีนที่มีผลงานที่ยิ่งใหญ่มากมายในโครงการบำบัดขยะนิวเคลียร์และน้ำเสีย รวมถึงการวิจัยเกี่ยวกับการตอบสนองต่อเหตุฉุกเฉินเมื่อเกิดอุบัติเหตุ เขาใช้เวลาหลายปีในการมุ่งเน้นไปที่ความต้องการเชิงกลยุทธ์ของจีนในการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์อย่างยั่งยืนและปลอดภัย

นักวิทยาศาสตร์ด้านนาโนเทคโนโลยีชั้นนำของโลกเดินทางออกจากสหรัฐอเมริกาเพื่อกลับบ้านเกิดเพื่อสร้างคุณประโยชน์ให้ กับประเทศ จีน - เมื่ออายุ 63 ปี นายหวู่ จุง ลัม นักวิทยาศาสตร์ด้านนาโนเทคโนโลยีชั้นนำของโลกตัดสินใจกลับบ้านเกิดหลังจากทำงานในสหรัฐอเมริกามานานเกือบ 30 ปี