باتری اتمی

باتری های اتمی دارای انواع مختلفی هستند که به دو گروه تبدیل حرارتی و غیر حرارتی تبدیل می شوند:
1- حرارتی:
تبدیل گرمایونی (جمع شدن الکترون ها بر روی الکترود در اثر گرم کردن الکترود
مولد ترموالکتریک ایزوتوپی
سلول های ترمو فوتو ولتیک
2- غیرحرارتی (هسته ای)
مولد مستقیم بار (حاصل از واپاشی بتا، آلفا، شکافت هسته ای و ...)
باتری های اپتئوالکتریک (Optoelectric)
باتری های بتاولتیک (Betavoltaic)
در این نوشته ما به بررسی دو نوع غیر حرارتی شامل "اپتئوالکتریک" و " بتاولتیک" می پردازیم.

باتری های اپتئوالکتریک (Optoelectric)
اولین بار باتری اپتئوالکتریک توسط محققان مسکویی ساخته شد. یک ایزوتوپمنتشر کننده بتا مثل تکنسیوم 99 یا استرانسیوم 90 داخل یک گاز یا مایعلومینسنس قرار داده می شود. ایزوتوپ های منتشر کننده بتا دارای قطری در حدمیکرون هستند که به تعداد زیاد درون گاز یا مایع قرار داده شده اند تابیشترین کارایی را داشته باشند و پرتو بتا درون خود ایزوتوپ تلف نشود. برخی از انواع این ایزوتوپ ها حاصل زباله های راکتور هستند که در نتیجه کمقیمت هستند. پرتو های بتا باعث برانگیخته شدن گاز یا مایع "اکسیمر" احاطهکننده می شوند. این گازها از ترکیباتی مثل کریپتون ، آرگون ، زنون (گزنون) تشکیل شده اند. لایه دور این گازها و ماده رادیواکتیو(ایزوتوپ) توسط لایهای فتو ولتیک پوشانده می شود که نور را به الکتریسیته تبدیل می کند.
باتری های بتاولتایک (Betavoltaic)
باتری های بتا ولتایک مولد های جریان الکتریکی هستند که از انرژی بتایمنتشر شده از ماده رادیواکتیو برای تولید این جریان استفاده می شود. مادهرادیواکتیوی که به صورت گسترده استفاده می شود یکی از ایزوتوپ های هیدروژنیعنی تریتیوم است. برخلاف بسیاری از منابع انرژی که از تابش هسته ای برایتولید گرما استفاده می کنند که بعدا این گرما به الکتریسیته تبدیل می شود، باتری های بتا ولتیک از یک فرایند غیر حرارتی پیروی می کند.
باتری های بتاولتیک 50 سال پیش اختراع شدند. در سال 2005 نوع جدیدی ازباتری های بتاولتیک که از دیود سیلیکونی متخلخل استفاده می کرد ، ساخته شدکه دارای کارایی زیادی بود. این کارایی بالا ناشی از افزایش سطح تماس بینماده نیمه هادی(سیلسیوم) و ماده رادیواکتیو بود. سیلسیوم دارای منافذ زیاد (متخلخل) به گاز تریتیوم این امکان را می دهد که به راحتی با سیلسیوم تماسداشته باشد. یعنی دارای سطح موثر و کلی بیشتری است.

کاربردها
اولین استفاده از این باتری های برای استفاده های طولانی مدت مثل سفینههای فضایی برای یکی دو دهه است. برخی از استفاده های نوین از بتا ولتیک درلوازمی مانند گوشی تلفن همراه و لپ تاپ است. از سال 1973 نیز این باتری هادر لوازم پزشکی مثل پیس میکر (باتری قلب) به کار برده شد. ذرات بتا به راحتی بوسیله حفاظ های نازک مهار می شوند و دارای برد بسیارکمی هستند (برخلاف اشعه گاما). به همین دلیل این باتری های خطرات ناشی ازپرتو را ندارند. البته نشت مواد رادیواکتیو از داخل این باتری ها می تواندبه شدت خطرناک باشد.

موانع
اشعه بتا ساطع شده می تواند به اجزای داخلی باتری صدمه بزند. مواد رادیواکتیو دارای نیمه عمری مشخص هستند و به مرور زمان انرژی آنها کاهش مییابد. البته این زمان نسبت به زمان کاهش انرژی باتری های معمولی بسیاربیشتر است (چندین سال طول خواهد کشید). برای تریتیوم 12.32 سال طول می کشدتا شدت تشعشع به نصف مقدار اولی کاهش یابد.
تراکم الکترون های بتا در اتصال P-N باعث بوجود آمدن بایاس مستقیم در نیمه هادی می شود:
این باعث می شود سلول بتاولتایک ، دیودی با بایاس مستقیم باشد. الکترونهایی از اوربیتال خود کنده می شوند و باعث بوجود آمدن جریانی ناپایدار میشود، در دانشگاه نیو مکزیکو بر روی ماده ای جدید کار می کنند که "ایکوساهدرالبورید" نام دارد. در این ماده نیمه هادی سخت قابلیت تبدیل مستقیم انرژیذره بتا به جریان الکتریکی مشاهده شده است.
ایزوتوپ های مختلفی برای تولید الکتریسیته در این روش می توانند مورد استفاده قرار گیرند. که دارای انرژی های تولیدی مختلفی هستند
ایزوتوپ هایی که دارای اکتیویته زیاد و نیمه عمر کوتاه هستند فقط می توانند کاربرد نظامی و فضایی پیدا کنند