لن يكون باردا إذا كنت أبداً كان لشحن الهاتف الخليوي الخاص بك؟ أنا متأكد من أن هذا ما كان يفكر فيه الكثير من الناس مؤخرًا، عندما قالت شركة تدعى BetaVolt إنها طورت “بطارية نووية” بحجم العملة المعدنية والتي ستستمر لمدة 50 عامًا. هل هذا حقيقي؟ نعم إنه كذلك. هل ستتمكن من شراء أحد هذه الهواتف إلى الأبد في أي وقت قريب؟ ربما لا، لسوء الحظ، لأن – حسنًا، الفيزياء. دعونا نرى لماذا.
جميع البطاريات تفعل الشيء نفسه: فهي تنتج تيارًا كهربائيًا للقيام بنوع من العمل. لكن الطاقة ليست مجانية. إذا كان هذا العمل هو تشغيل الموسيقى على مكبرات الصوت التي تعمل بتقنية البلوتوث، فلا بد أن يكون هناك شيء يقلل من الطاقة. في AA القديم الجيد، هناك تفاعل كيميائي لإنتاج التيار. هذا التفاعل الكيميائي لا يدوم إلى الأبد، لذا ستموت البطارية في النهاية.
في البطارية النووية، مصدر الطاقة هو قطعة من مادة مشعة، وسوف تستمر في العمل مثل أرنب إنرجايزر حتى يصبح المصدر غير مشع – وهذا ليس إلى الأبد، ولكنه أطول بكثير. هذه ليست جديدة في الواقع. يمتلك المسبار الفضائي فوييجر 1، الذي أُطلق عام 1977، بطارية نووية. لقد أصبح الآن على بعد أكثر من 15 مليار ميل، ولا يزال لديه القليل من العصير. هذا عدد الكيلومترات جيدة جدا!
يُطلق على النوع المحدد في Voyager اسم المولد الكهروحراري للنظائر المشعة، وهو اسم كبير لما هو في الأساس قطعة كبيرة من البلوتونيوم في صندوق. ومع تحلل البلوتونيوم، فإنه يحول الكتلة إلى طاقة، مما ينتج عنه حرارة. إذا قمت بلصق جهاز الحالة الصلبة عليه، فإن الفرق في درجة الحرارة بين المعادن الساخنة والباردة ينتج جهدًا ويؤدي إلى تدفق تيار كهربائي.
من الجنون أن يؤدي اختلاف درجة الحرارة وحده إلى توليد الكهرباء، لكن يمكنك اختبار ذلك في المنزل باستخدام بعض الأسلاك النحاسية ومشبك ورق (بدون البلوتونيوم)، وذلك عن طريق لصق أحد طرفي الماء المثلج والطرف الآخر في الماء الساخن. يعد هذا النوع من مصادر الطاقة رائعًا للمسابير الفضائية لأنه لا يحتوي على أجزاء متحركة، لذلك لن يتعطل، ويستمر لعقود.
الآن، تستخدم هذه البطارية الجديدة التي أعلنت عنها BetaVolt تقنية مختلفة تسمى الجيل البيتافولتي. وبدلاً من استغلال الطاقة الحرارية، فإنه يلتقط الإلكترونات المقذوفة، والمعروفة باسم جسيمات بيتا، من نظير النيكل المشع لتشكيل دائرة كهربائية. وهي مكونة من عدة طبقات من النيكل محصورة بين ألواح الماس، والتي تعمل بمثابة أشباه الموصلات. هناك مجموعة من الأشياء الرائعة التي يمكن ذكرها هنا، لذلك دعونا نتعمق فيها.
ماذا يحدث في الاضمحلال الإشعاعي؟
النيكل-63 هو نظير للنسخة المستقرة من العنصر، النيكل-58. وهذا الرقم هو الوزن الذري، أي إجمالي عدد البروتونات والنيوترونات الموجودة في نواة الذرة. يحتوي النيكل-63 على خمسة نيوترونات إضافية، مما يجعله غير مستقر. وبمرور الوقت، سيضمحل أحد تلك النيوترونات الإضافية إلى بروتون وينتج إلكترونًا جديدًا. مع وجود بروتون إضافي، ستصبح الذرة الآن نحاس-63، العنصر التالي في الجدول الدوري. ينتج هذا التفاعل النووي طاقة، ويطلق الإلكترون خارج الذرة بسرعة عالية.
من المهم أن تعرف أن معدل الانحلال الإشعاعي ليس ثابتًا؛ ويعتمد ذلك على عدد ذرات المادة الموجودة، وبالتالي فإن إنتاج الإلكترونات يتناقص بشكل كبير مع مرور الوقت. وفي حالة النيكل 63، فإن نصف الذرات سوف تضمحل خلال حوالي 96 عامًا، نقول إن له “نصف عمر” يبلغ 96 عامًا.
