پیل هسته ای چیست؟

پیل هسته ای یا اتمی دستگاه تبدیل کننده انرژی اتمی به جریان برق مستقیم است. ساده ترین پیل ها شامل دو صفحه است. یک پخش کننده بتای خالص مثل استرنیوم 90 و یک هادی مثل سیلسیوم. 

جریان الکترون های سریعی که بوسیله استرنیوم منتشر می شود ازمیان نیم هادی عبور کرده و در حین عبور تعداد زیادی الکترون ها اضافی را از نیم هادی جدا می‌کند که در هر حال صدها هزار مرتبه زیادتر از جریان الکتریکی حاصل از ایزوتوپ رادیواکتیو استرنیوم 90 می باشد .

پیل های هسته ای، باطری های با عمر بسیار طولانی (ده ها سال) هستند در باطری های فعلی اتمی بر اثر تشعشعات یک عنصر رادیو اکتیویته نظیر پلوتونیم یا .. با استفاده از اثر یونیزاسیون ذرات الفا و بتا منتشر شده این عناصر و جذب یونهای ایجاد شده آنها به صفحات خاصی جریان کوچکی و ولتاژ کوچکی در الکترودها ایجاد شده که با جمع آنها به ولتاژ و جریان مناسبی جهت استفاده در برخی از تجهیزات دست پیدا می نماییم. 

 ولی اکثرا بدلیل عدم جذب اشعه گامای متصاعد شده و گرمای حاصل برخی از ترکیبات با نیمه پایین رادیو اکتیویته این باطری ها برای استفاده  بی خطر از آنها نیاز به محفظه های خاص فلزی می باشدکه هم حجم آنها و هم وزن آنها را بالا می برد و این سیستمها بدلیل عدم جذب کامل پرتوها و تبدیل قسمت اعظم انرژی آنها به گرما دارای راندمان بسیار پایینی هستند.  

ولی در باطری اتمی با سیستم کنونی با استفاده از لایه های مختلف فلزی و تشکیل یک لایه نازک خلع کتونی بیش از 90 درصد انرژی جنبشی ذرات حتی گاما تبدیل به الکترونها و یونهای آزاد شده و با استفاده از صفحات الکترودهای باردار جریان آنها جذب مدار شده در نتیجه جریان برق مناسبی از ان آزاد می شود . 

با توجه به جذب 98 درصدی تشعشات گاما در این باطری به صورت یونی،  گرمای کمی در آن ایجاد شده ولی در عوض سیستم دارای ابعاد خیلی کوچکتر با راندمانی بیش از 90 برابر باطری های فعلی است که حتی قادر به جایگزینی باطری های اسیدی و شیمیایی فعلی نیز می باشد. 

این باطری ها حدودا 10تا 20 سال است که در سطح بین المللی مورد استفاده قرار گرفته اند. 

باطری های ایزوتوپی

جذب پرتوهای ناشی از یک رادیو نوکلویید توسط یک ماده یا یک منبع سبب بالا رفتن درجه حرارت آن خواهد شد. اختلاف درجه حرارت این منبع با درجه حرارت اطراف آن باعث ایجاد یک باتری ایزوتوپی می شود.  

به عبارتی نیروگاه های هسته ای را هم نوعی باتری قلمداد می کنند که انرژی حرارتی بطور ترمودینامیکی توربین نیروگاه را به حرکت در می آورد. به هرحال امروزه در باطری های کوچک تر ایزوتوپی مدرن، انرژی گرمایی با راندمان 5 تا 10 درصد می تواند به انرژی الکتریکی تبدیل شود. چنانچه تبدیل به انرژی الکتریکی از طریق روش ترمودینامیک انجام شود راندمان فوق تا حد بالاتری ارتقا پیدا می کند. 

بدیهی  است رادیواکتیویته ناشی از پرتوها که حاصل فروپاشی اتم های رادیواکتیو می باشد، نسبتا چیزی نیست، ولی در عین حال برای منظورهای خاص می توانند بسیار مفید باشند. 

از این نوع باتری ها در فضاپیماهای طرح آپولو، زیاد استفاده شده است. در کتابها و مقالات جدید نیز تعداد زیادی از باطری ها معرفی شده اند. عوامل شاخص کاربرد رادیونوکلویید به این منظور ممکن است شامل فرم شیمیایی، مخصوصا امکان حفاظ گذاری و دانسیته نیروی قابل تولید و نیز راه های حصول به آن باشد.

تهیه کننده: مژده اصولی