تولید انرژی از تابش هسته ای

تولید انرژی از تابش هسته ای

 تولید انرژی از شکافت هسته ای و واکنش های گرما هسته ای يكي از كاربردي ترين استفاده هاي اين صنعت مي باشد. در این مقاله تهیه توان الکتریکی از انرژی آزاد شده از پرتوزایی ، به ویژه در باتری های اتمی، مورد ملاحظه قرار می گیرد. این عمل یا به طور مستقیم (به مقدار کم) با استفاده از بار الکتریکی خروجی و یا جذب انرژی به صورت گرما و سپس تبدیل گرما به توان الکتریکی صورت می گیرد. با استفاده از روش دوم، در باتری های اتمی، منابع قدرتی بیش از W100 به وجود آمده اند، اینها در مواردی از قبیل ایستگاههای هواشناسی قطب شمال که بدون وجود انسان کار  می کنند و یا در موشکهای بدون سرنشین که در فضا دوران می کنند، به کار برده می شوند.

ليست ویژه هسته های پرتوزای قابل استفاده در باتری های اتمی در جدول 1 داده شده است. برای انتخاب هسته های پرتوزای مناسب معیارهای زیر مهم اند: نیم – عمر، که برای به دست آوردن توان الکتریکی  تا حد امکان ثابت، باید در مقایسه با زمان کار مورد نظر طولانی (معمولاً بزرگ تر یا مساوی 10 سال) باشد. علاوه بر این، توان خروجی در واحد جرم باید تا حد امکان بالا باشد. این در صورتی حاصل می شود که نیم – عمر خیلی طولانی نباشد(کوچکتر از 10³ سال) و نیز اگر انرژی تابش بالا باشد. گسیلنده های آلفا دارای این مزیت هستند که انرژی واپاشی شان نسبتاً بالا است و ذرات آلفا به طور موثر جذب می شوند. ویژه هسته های پرتوزای واپاشنده با گسیل پی در پی چندین ذره آلفا، مانند Pu²³⁸ و U²³² ، به عنوان منبع انرژی، مناسب ترین هستند. Pu²³⁸  از پرتودهی Np²³⁷ در راکتورهای هسته ای تولید و در باتری های اتمی مستقر در ماهواره ها مورد استفاده قرار می گیرد. U²³² می تواند در دو مرحله تولید شود: پرتودهی نوترونی Th²³⁰ ، دنبال شده با جداسازی Pa²³¹ تولید شده و پرتودهی نوترونی این آخری.

به طوری که پیش از این گفته شد، انرژی ذرات a یا b می تواند یا به طور مستقیم و یا غیر مستقیم به توان الکتریکی تبدیل شود. تبدیل مستقیم با استفاده از پتانسیلهای باردار کردن یا تماس یا از راه تبدیل فتوولتایی پرتوی امکانپذیر است. با این حال، تبدیل مستقیم به قدرتی از مرتبه تا W^4-10 محدود می گردد. تبدیل غیر مستقیم اکثراً بر استفاده از گرمای تولید شده از جذب تابش (تبدیل گرمایی) مبتنی است. در این روش، چشمه بسته تابش به عنوان چشمه گرما عمل می کند. تبدیل ترموالکتریک به وسیله ترموالمانها (مثلاً Bi-Te و Pb-Te یا Ge-Si ، بسته به دما) کار می کند. بازده تبدیل ترموالکتریک از مرتبه 5 تا 10 درصد است.

برای کاربرد در فضا، باتری های اتمی ترموالکتریک بار شده با Pu²³⁸  با توان الکتریکی بین تقریباً 177 و kW1 مورد استفاده قرار می گیرند. دستگاههای کوچکتر با توان الکتریکی تقریباً 1/0 تا mW1، همچنین در بردارنده Pu²³⁸، به عنوان منبع انرژی با طول عمر طولانی برای کاربردهای پزشکی در ضربان سازها توسعه یافته اند، ولی اینها امروزه با باتری های الکتروشیمیایی با طول عمرهای چندین سال جایگزین شده اند. نمونه های اولیه سایر باتری های اتمی کار کننده با Sr⁹⁰، Co⁶⁰، Ce¹⁴⁴، Po²¹⁰ یا Cm²⁴⁴ نیز توسعه یافته اند.