ทีมนักวิจัยสหรัฐฯ ได้พัฒนาแบตเตอรี่ที่สามารถเปลี่ยนพลังงานจากขยะนิวเคลียร์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยอาศัยการเปล่งแสงจากวัสดุพิเศษ ซึ่งถือเป็นแนวทางใหม่ในการนำกัมมันตภาพรังสีมาใช้ประโยชน์
ปัจจุบัน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ผลิตไฟฟ้าประมาณ 20% ของพลังงานทั้งหมดในสหรัฐอเมริกา โดยไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจก อย่างไรก็ตาม หนึ่งในปัญหาสำคัญของพลังงานนิวเคลียร์ คือ การกำจัดขยะกัมมันตรังสีที่เกิดขึ้น ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพและสิ่งแวดล้อม
นักวิจัยจึงได้นำแนวคิดการใช้รังสีแกมมาในอากาศมาผลิตกระแสไฟฟ้าให้กับแบตเตอรี่โดยใช้ผลึกประกายแสง (Scintillator Crystals) ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความหนาแน่นสูงและสามารถเปล่งแสงเมื่อดูดซับรังสีร่วมกับเซลล์แสงอาทิตย์ในการทดลอง
นักวิจัยได้ทดสอบต้นแบบแบตเตอรี่ขนาดประมาณ 4 ลูกบาศก์เซนติเมตร ด้วยแหล่งกำเนิดรังสีสองประเภท ได้แก่ ซีเซียม-137 ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ฟิชชันจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ และโคบอลต์-60 ซึ่งเป็นผลผลิตจากกระบวนการกระตุ้นนิวเคลียร์
สรุปข่าว
ผลการทดลองพบว่า เมื่อใช้ซีเซียม-137 แบตเตอรี่สามารถผลิตพลังงานได้ 288 นาโนวัตต์ ขณะที่เมื่อใช้โคบอลต์-60 ซึ่งมีความเข้มข้นของรังสีสูงกว่า แบตเตอรี่สามารถผลิตพลังงานได้ถึง 1.5 ไมโครวัตต์ ซึ่งเพียงพอสำหรับการจ่ายพลังงานให้กับเซ็นเซอร์ขนาดเล็ก
แม้ว่าจะยังห่างไกลจากระดับพลังงานที่ใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าทั่วไป แต่ผลการศึกษาชี้ให้เห็นความเป็นไปได้ว่าอุปกรณ์จะสามารถปรับขนาดให้รองรับการใช้งานที่สูงขึ้นได้
ศาสตราจารย์เรย์มอนด์ เคา (Raymond Cao) หัวหน้าทีมวิจัยและผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ของมหาวิทยาลัยโอไฮโอสเตต อธิบายว่า แบตเตอรี่ชนิดนี้จะเหมาะสำหรับการใช้งานในพื้นที่ที่มีขยะนิวเคลียร์ เช่น สระเก็บกากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ หรือระบบพลังงานนิวเคลียร์สำหรับภารกิจอวกาศและการสำรวจใต้ทะเลลึก โดยไม่ได้ออกแบบมาเพื่อใช้งานในภาคประชาชนโดยตรง
แม้ว่ารังสีแกมมาจะมีพลังงานสูงกว่ารังสีเอกซ์หรือซีทีสแกนทั่วไปถึง 100 เท่า แต่แบตเตอรี่นี้ไม่มีสารกัมมันตรังสีผสมอยู่ในตัวเอง จึงสามารถใช้งานได้อย่างปลอดภัยโดยไม่ก่อให้เกิดอันตรายจากการแผ่รังสีโดยตรง
การศึกษายังชี้ให้เห็นว่า การเพิ่มประสิทธิภาพของแบตเตอรี่สามารถทำได้โดยการปรับปรุงขนาดและรูปร่างของผลึกประกายแสง เพื่อให้สามารถดูดซับรังสีได้มากขึ้น รวมถึงการเพิ่มพื้นที่ผิวของเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อให้ผลิตพลังงานได้สูงขึ้น
อิบราฮิม โอกซูซ (Ibrahim Oksuz) ผู้ช่วยวิจัยด้านวิศวกรรมเครื่องกลและการบินอวกาศ หนึ่งในทีมวิจัย กล่าวว่า "ผลลัพธ์เหล่านี้ถือเป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีการเก็บเกี่ยวพลังงานจากขยะนิวเคลียร์ แม้ว่าเรายังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แต่เป้าหมายต่อไปคือการขยายขนาดระบบให้สามารถผลิตพลังงานได้มากขึ้นในระดับวัตต์"
The experimental battery combined scintillator crystals with solar cells. (Oksuz et al., Optical Materials: X, 2025)
ทั้งนี้ แบตเตอรี่รูปแบบใหม่จากงานวิจัยนี้จะมีประโยชน์อย่างมากในสภาพแวดล้อมที่มีรังสีสูงและเข้าถึงได้ยาก เช่น โรงงานนิวเคลียร์ หรือภารกิจอวกาศ เนื่องจากสามารถทำงานได้เป็นเวลานานโดยไม่ต้องบำรุงรักษา อย่างไรก็ตาม การขยายขนาดของเทคโนโลยีนี้ยังต้องอาศัยการพัฒนาเพิ่มเติม และต้นทุนการผลิตยังเป็นอุปสรรคสำคัญที่ต้องแก้ไขในอนาคต
งานวิจัยได้รับการสนับสนุนจากสำนักงานความมั่นคงนิวเคลียร์แห่งชาติ กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ และสำนักงานประสิทธิภาพพลังงานและพลังงานหมุนเวียน โดยมีนักวิจัยร่วมจากมหาวิทยาลัยโตเลโด ได้แก่ ซาบิน นิวพาเน (Sabin Neupane) และยันฟา ยัน (Yanfa Yan) ร่วมพัฒนาโครงการนี้ ผลการศึกษาดำเนินการโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโอไฮโอสเตต และได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Optical Materials: X
ที่มาข้อมูล : https://news.osu.edu/scientists-design-novel-battery-that-runs-on-atomic-waste/
ที่มารูปภาพ : Pixabay / Rabedirkwennigsen
พีรพรรธน์ เชื้อจีน