پژوهشگران آمریکایی با حمایت آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی آمریکا (DARPA) در حال توسعه فناوری جدیدی هستند که می‌تواند پسماندهای هسته‌ای به‌جامانده از دوران جنگ سرد را به منبعی برای تولید برق پایدار تبدیل کند.
به گزارش سرویس انرژی تکناک، این پروژه که با بودجه ۳.۳۷ میلیون دلاری آغاز شده است، روی نسل جدیدی از سامانه‌های «رادیوولتائیک» تمرکز دارد؛ فناوری که انرژی حاصل از واپاشی مواد رادیواکتیو را مستقیما به برق تبدیل می‌کند و می‌تواند برای دهه‌ها بدون نیاز به سوخت‌گیری یا تعویض منبع انرژی به کار خود ادامه دهد.
این طرح با نام SYMPHONEE توسط دانشگاه ایالتی مورگان هدایت می‌شود و شرکت نورث تروپ گورمن، آزمایشگاه ملی Pacific Northwest (PNNL)، شرکت Project Omega، مؤسسه Applied Research Associates و شرکت Widetronix نیز در آن مشارکت دارند. این پروژه بخشی از برنامه Rads to Watts دارپا محسوب می‌شود؛ برنامه‌ای که توسعه سامانه‌های انرژی فشرده با چگالی توان بالا و عمر عملیاتی طولانی را هدف قرار داده است.
در قلب پروژه SYMPHONEE نوعی سلول رادیوولتائیک قرار دارد که از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو برای تولید برق استفاده می‌کند. برخلاف باتری‌های متداول که انرژی شیمیایی ذخیره‌شده را مصرف می‌کنند، این فناوری انرژی خود را از واپاشی طبیعی عناصر رادیواکتیو به دست می‌آورد. در نتیجه، تا زمانی که فرایند واپاشی ادامه داشته باشد، تولید برق نیز ادامه خواهد داشت.
پژوهشگران در این پروژه روی استفاده از ایزوتوپ‌هایی مانند استرانسیوم-۹۰ تمرکز کرده‌اند. این ماده رادیواکتیو که در پسماندهای هسته‌ای یافت می‌شود، هنگام واپاشی ذرات بتا منتشر می‌کند. سامانه رادیوولتائیک با استفاده از نیمه‌هادی‌های پیشرفته این ذرات را به جریان الکتریکی تبدیل می‌نماید.
یکی از ویژگی‌های مهم این پروژه، استفاده از مواد بازیافتی حاصل از سوخت هسته‌ای مصرف‌شده و پسماندهای قدیمی صنایع هسته‌ای است. این رویکرد می‌تواند بخشی از مشکل انباشت زباله‌های هسته‌ای را کاهش دهد و در عین حال منبعی ارزشمند برای تولید انرژی فراهم کند.
مایکل اسپنسر، مدیر فنی پروژه و استاد دانشگاه ایالتی مورگان اعلام کرد که هدف این طرح عبور از محدودیت‌های فعلی فناوری‌های رادیوولتائیک است.
او گفت: «تیم ما مرزهای فناوری رادیوولتائیک را گسترش می‌دهد. ما با ترکیب مواد پیشرفته، مهندسی نیمه‌هادی‌ها و علوم هسته‌ای، پایه‌های نسل جدیدی از سامانه‌های تأمین انرژی پایدار را ایجاد می‌کنیم.»
بخش مهمی از توسعه و آزمایش این فناوری در آزمایشگاه ملی PNNL انجام خواهد شد. محققان در این مرکز تلاش می‌کنند مقاومت تجهیزات در برابر تابش‌های هسته‌ای را افزایش دهند و هم‌زمان راندمان تبدیل انرژی را نیز حفظ کنند.
یکی از اهداف اصلی برنامه Rads to Watts افزایش «چگالی توان» است. این شاخص نشان می‌دهد که یک سامانه چه مقدار برق را نسبت به وزن خود تولید می‌کند. هرچه چگالی توان بیشتر باشد، سامانه انرژی می‌تواند در ابعاد کوچک‌تر و وزن کمتر، انرژی بیشتری تولید کند.
این موضوع برای کاربردهای فضایی، نظامی و صنعتی اهمیت ویژه‌ای دارد. در بسیاری از مأموریت‌های طولانی‌مدت، وزن تجهیزات یکی از محدودیت‌های اصلی محسوب می‌شود. سامانه‌ای که بتواند سال‌ها برق تولید کند و در عین حال وزن کمی داشته باشد، می‌تواند مزیت بزرگی برای چنین مأموریت‌هایی ایجاد کند.
بر اساس مدل‌سازی‌های اولیه، فناوری در حال توسعه می‌تواند به اهداف تعیین‌شده دارپا در زمینه توان ویژه و چگالی انرژی دست پیدا کند. در صورت تحقق این اهداف، امکان استفاده از این سامانه‌ها در محیط‌هایی فراهم می‌شود که دسترسی به شبکه برق یا تعویض باتری دشوار یا غیرممکن است.
استافورد شیهان، مدیرعامل Project Omega معتقد است که این فناوری می‌تواند نگاه صنایع به پسماندهای هسته‌ای را تغییر دهد.
وی بیان کرد: «ماموریت ما تبدیل موادی که سال‌ها به عنوان زباله شناخته می‌شدند به یک دارایی راهبردی در حوزه انرژی است.» به گفته او، این فناوری می‌تواند وابستگی سامانه‌های حساس به تعویض مداوم باتری‌ها را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
شرکت نورث تروپ گورمن در این پروژه مسئول توسعه مدل‌های شبیه‌سازی، تحلیل اثرات تابش، طراحی میکروالکترونیک و ارزیابی دوام سامانه‌ها است. این شرکت از ابزارهای محاسباتی پیشرفته برای بررسی عملکرد تجهیزات در شرایط عملیاتی دشوار استفاده خواهد کرد.
پژوهشگران معتقد هستند که فناوری رادیوولتائیک می‌تواند در مأموریت‌های فضایی، زیرساخت‌های زیرآبی، حسگرهای دورافتاده، تجهیزات صنعتی و سامانه‌های نظامی کاربرد گسترده‌ای پیدا کند. این فناوری به‌ویژه برای تجهیزاتی که باید سال‌ها بدون تعمیر یا تعویض منبع انرژی فعالیت کنند، گزینه بسیار جذابی محسوب می‌شود.
پروژه SYMPHONEE نشان می‌دهد که علاقه به فناوری‌های انرژی هسته‌ای کوچک و پایدار در حال افزایش است. اگر این برنامه به اهداف خود برسد، نسل جدیدی از منابع انرژی با عمر طولانی و نیاز نگهداری بسیار کم در اختیار صنایع دفاعی، هوافضا و زیرساخت‌های حیاتی قرار خواهد گرفت و پسماندهای هسته‌ای نیز از یک چالش زیست‌محیطی به منبعی ارزشمند برای تولید برق تبدیل خواهند شد.
