นิวเคลียร์แบตเตอรี่ Nuclear Battery กำลังไฟฟ้าที่มิได้มาจากปฏิกิริยาลูกโซ่

Nuclear Battery : Generate Electricity Not to Use the Chain Reaction

“…….Radioisotope Generator เป็นอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากการสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า….”

แบตเตอรี่อะตอม Atomic Battery, นิวเคลียร์แบตเตอรี่ Nuclear Battery, แบตเตอรี่ไอโซโทปรังสี Radioisotope Battery หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบรังสีไอโซโทป Radioisotope Generator เป็นอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากการสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า .. เช่นเดียวกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ Nuclear Reactors พวกมันผลิตกำลังไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์ Nuclear Energy แต่ต่างกันตรงที่มิได้ใช้ปฏิกิริยาลูกโซ่ Chain Reaction .. แม้ว่าโดยทั่วไปจะเรียกว่า แบตเตอรี่ แต่ในทางเทคนิคแล้วพวกมันมิใช่เซลล์ไฟฟ้าเคมี และไม่สามารถชาร์จประจุใหม่ได้ ..

ในเชิงเปรียบเทียบ พวกมันมีราคาแพงมาก แต่มีอายุการใช้งานทนยาว และมีความหนาแน่นของพลังงานสูงอย่างเหลือเชื่อ .. ดังนั้น จึงมักใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้งานเป็นเวลายาวนานโดยไม่ต้องการการบำรุงรักษา เช่น ยานอวกาศ ดาวเทียม เครื่องกระตุ้นหัวใจ อุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ฝังอยู่ในร่างกาย ระบบอุปกรณ์ใต้น้ำ สถานีทางวิทยาศาสตร์อัตโนมัติในพื้นที่ห่างไกล และอื่น ๆ อีกมากมาย เป็นต้น ..

เทคโนโลยีนิวเคลียร์แบตเตอรี่ Nuclear Battery Technology เริ่มต้นขึ้นในปี 2456 เมื่อ Henry Moseley นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ แสดงให้เห็นกำลังไฟฟ้าที่เกิดจากการแผ่รังสีอนุภาค Particle Radiation ที่มีประจุไฟฟ้าเป็นครั้งแรก .. สาขาวิทยาการทางเทคโนโลยีนี้ ได้รับความสนใจจากการวิจัยเชิงลึกอย่างมากสำหรับการใช้งานที่ต้องการแหล่งพลังงานที่มีอายุการใช้งานยาวนานสำหรับกิจการอวกาศ ในช่วงทศวรรษ 1950 และ 1960 .. ในปี 1954 หรือปี พ.ศ. 2497 RCA Corporation ได้ทำการวิจัยแบตเตอรี่อะตอมขนาดเล็กสำหรับเครื่องรับวิทยุ และเครื่องช่วยฟังขนาดเล็ก ..

นับตั้งแต่การวิจัย และพัฒนาครั้งแรกของ RCA ในช่วงต้นทศวรรษ 1950 นิวเคลียร์แบตเตอรี่ Nuclear Battery หลายประเภทด้วยหลากหลายวิธีการ ได้รับการออกแบบเพื่อดึงพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งนิวเคลียร์ .. หลักการทางวิทยาศาสตร์เป็นที่รู้จักกันดี แต่เทคโนโลยีระดับนาโนที่ทันสมัย และเซมิคอนดักเตอร์แบบ Wide-Bandgap Semiconductors ได้สร้างนวัตกรรมใหม่ ๆ ด้วยคุณสมบัติของวัสดุไอโซโทปที่น่าสนใจอย่างยิ่ง ซึ่งไม่เคยปรากฏมาก่อนในอดีตที่ผ่านมา ..

แบตเตอรี่นิวเคลียร์ Nuclear Battery สามารถจำแนกได้ตามเทคโนโลยีการแปลงพลังงานเป็นสองกลุ่มหลัก ได้แก่ กลุ่มที่ให้พลังงานความร้อน Thermal Converters และที่ไม่ใช่ความร้อน Non-Thermal Converters .. สำหรับกลุ่มรูปแบบประเภทความร้อนนั้น พวกมันจะเปลี่ยนความร้อนบางส่วนที่เกิดจากการสลายตัวของนิวเคลียร์ให้เป็นกำลังไฟฟ้า ตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุด คือ Radioisotope Thermoelectric Generator : RTG ซึ่งมักใช้ในยานอวกาศ ..

ทั้งนี้ กลุ่มรูปแบบที่ไม่ใช่ความร้อน จะดึงพลังงานโดยตรงจากการคายรังสีที่ปล่อยออกมา ก่อนที่มันจะสลายตัวเป็นความร้อน ดำเนินการย่อขนาดได้ง่ายขึ้น และไม่ต้องมีการไล่ระดับความร้อน ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับการใช้ในระบบงานขนาดเล็ก ตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุด คือ เซลล์เบตาโวลตาอิก Betavoltaic Cell เช่น แบตเตอรี่เพชร Diamond Battery และแบตเตอรี่อีกหลายรูปแบบที่ทำขึ้นจากกากของเสียนิวเคลียร์ Nuclear Waste ด้วยการประยุกต์ใช้รังสีเบต้า Beta Decay เป็นต้น ..

แบตเตอรี่อะตอม Atomic Battery โดยทั่วไป มักจะมีประสิทธิภาพอยู่ที่ 0.1-5% อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์เบตาโวลตาอิกที่มีประสิทธิภาพสูง High-Efficiency Betavoltaic Devices สามารถเข้าถึงประสิทธิภาพมากกว่าได้ อยู่ที่ประมาณ 6-8% .. แหล่งพลังงานทั่วไปที่นิยมใช้กันมาก ได้แก่ ไอโซโทปของไฮโดรเจน ทริเทียม Hydrogen Isotope Tritium : ³H ..

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าความร้อนจากรังสีไอโซโทป Radioisotope Thermoelectric Generator : RTG คือ รูปแบบที่โดดเด่นของ Nuclear Battery สำหรับกิจการอวกาศ และพื้นที่ห่างไกล ..

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าความร้อนจากรังสีไอโซโทป Radioisotope Thermoelectric Generator : RTG, RITEG เป็นแบตเตอรี่นิวเคลียร์ Nuclear Battery ประเภทหนึ่งที่ใช้ Array of Thermocouples หมายถึง หลักการเปลี่ยนแปลงความร้อน หรืออุณหภูมิให้เป็นแรงดันไฟฟ้า ทั้งนี้ เพื่อแปลงความร้อนที่ปล่อยออกมาจากการสลายตัวของวัสดุกัมมันตภาพรังสีที่เหมาะสมให้เป็นกำลังไฟฟ้าด้วย Seebeck Effect ดังนั้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าประเภทนี้จึงไม่มีชิ้นส่วนใดที่มีการเคลื่อนไหว ..

Radioisotope Thermoelectric Generator : RTG ถูกใช้เป็นแหล่งพลังงานในดาวเทียม ยานสำรวจอวกาศ เช่น Cassini Spacecraft และ New Horizons เป็นต้น รวมทั้งสิ่งอำนวยความสะดวกระยะไกลที่ไม่มีคนควบคุม เช่น ชุดประภาคารที่สร้างโดยสหภาพโซเวียตภายใน Arctic Circle .. RTG มักจะเป็นแหล่งพลังงานที่ต้องการมากที่สุดสำหรับสถานการณ์ที่ไม่มีการบำรุงรักษาซึ่งต้องการพลังงาน 200-300W หรือน้อยกว่า ในช่วงเวลาที่ยาวนานเกินกว่าที่เซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cells, แบตเตอรี่ Batteries หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Generators รวมทั้งเซลล์แสงอาทิตย์ Solar Cells จะสามารถใช้งานต่อเนื่องได้จริง .. การใช้ RTG อย่างปลอดภัยต้องมีการควบคุมไอโซโทปรังสี Radioisotopes เป็นเวลานาน แม้หลังสิ้นสุดอายุการใช้งานของตัวอุปกรณ์แล้วก็ตาม .. ค่าใช้จ่าย และราคาของ RTG ที่สูงลิ่ว มีแนวโน้มจำกัดการใช้งานสำหรับแอปพลิเคชันในสถานการณ์เฉพาะพิเศษเท่านั้น ..

การออกแบบ Radioisotope Thermoelectric Generator : RTG นั้น เรียบง่ายตามมาตรฐานเทคโนโลยีนิวเคลียร์ Nuclear Technology .. ส่วนประกอบหลัก คือ ภาชนะที่ทนทานของวัสดุกัมมันตภาพรังสี หรือ เชื้อเพลิงนั่นเอง .. Thermocouples ถูกวางไว้ที่ผนังของคอนเทนเนอร์ โดยที่ปลายด้านนอกของ Thermocouples แต่ละตัวเชื่อมต่อกับ Heat Sink .. การสลายกัมมันตภาพรังสีของเชื้อเพลิง ทำให้เกิดความร้อน หมายถึง ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างเชื้อเพลิง กับแผงระบายความร้อน จะทำให้ Thermocouples สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ..

Thermocouples เป็นอุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริก Thermoelectric Device ที่สามารถแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรงโดยใช้ Seebeck Effect .. พวกมันทำจากโลหะสองชนิด หรือเซมิคอนดักเตอร์ Semiconductors ที่สามารถนำไฟฟ้าได้สองชนิด ซึ่งหากเชื่อมต่อกันในวงปิด และทางแยกทั้งสองมีอุณหภูมิต่างกัน กระแสไฟฟ้าจะไหลในวงจร .. โดยทั่วไปแล้ว Thermocouples จำนวนมากจะเชื่อมต่อแบบอนุกรมเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น ..

วัสดุกัมมันตภาพรังสีที่ใช้ใน RTGs ต้องมีคุณสมบัติหลายประการ ได้แก่ ครึ่งชีวิต Half Life ของพวกมันต้องยาวพอที่จะปล่อยพลังงานในอัตราที่ค่อนข้างคงที่ในระยะเวลาที่เหมาะสม .. โดยทั่วไป ครึ่งชีวิตของไอโซโทปรังสีที่ใช้ใน RTGs ใช้เวลาหลายทศวรรษ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าไอโซโทปที่มีครึ่งชีวิตสั้นกว่า ก็สามารถนำมาใช้สำหรับการใช้งานเฉพาะทางได้เช่นกัน ..

สำหรับการใช้งานในอวกาศ เชื้อเพลิงจะต้องผลิตพลังงานจำนวนมากต่อมวล และปริมาตร หรือความหนาแน่นของพลังงานที่มากพอ .. การใช้งานภาคพื้นดินนั้น ความหนาแน่น และน้ำหนักอาจมิได้สำคัญมากนัก เว้นแต่จะมีข้อจำกัดด้านขนาด .. พลังงานการสลายตัวของวัสดุกัมมันตภาพรังสี สามารถคำนวณได้หากทราบมวลที่หายไปก่อนและหลังการสลายตัวของวัสดุกัมมันตภาพรังสี การปล่อยพลังงานต่อการสลายตัวเป็นสัดส่วนกับPower Production per Mole ..

โดยทั่วไปสำหรับวัสดุกัมมันตภาพรังสีนั้น Alpha Decays จะปล่อยคายพลังงานมากกว่าประมาณ 10 เท่าของ Beta Decay เช่น สตรอนเทียม: Strontium-90 หรือซีเซียม Caesium-137 เป็นต้น .. ทั้งนี้ การแผ่รังสี Radiation ต้องเป็นประเภทที่ดูดกลืนได้ง่าย และแปรสภาพเป็นรังสีความร้อน โดยเฉพาะรังสีอัลฟา Alpha Radiation .. รังสีเบตา Beta Radiation สามารถปล่อยรังสีแกมมา/เอ็กซ์เรย์ Gamma/X-ray Radiation จำนวนมากผ่านการผลิตรังสีทุติยภูมิที่เรียกว่า Bremsstrahlung Secondary Radiation Production ดังนั้น จึงต้องมีการป้องกันอย่างหนัก .. ไอโซโทป Isotopes ต้องไม่สร้างรังสีแกมมา Gamma, รังสีนิวตรอน Neutron Radiation หรือการแผ่รังสีที่ทะลุทะลวงออกมาในปริมาณมากเกินไปอย่างมีนัยสำคัญผ่านการสลายตัวรูปแบบอื่น ๆ หรือการสลายตัวด้วยปฏิกิริยาลูกโซ่ Chain Reaction ..

ทั้งนี้ พลูโทเนียม Plutonium 238 : ²³⁸Pu, คูเรียม Curium 244 : ²⁴⁴Cm และสตรอนเทียม Strontium 90 : ⁹⁰Sr เป็นกลุมสารไอโซโทปเชื้อเพลิงที่นิยมถูกประยุกต์ใช้งานสำหรับ Nuclear Batteries มากที่สุด อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันไอโซโทปอื่น ๆ เช่น พอโลเนียม Polonium 210 : ²¹⁰Po, โพรมีเธี่ยม Promethium 147 : ¹⁴⁷Pm, ซีเซียม Caesium 137 : ¹³⁷Cs, ซีเรียม Cerium 144 : ¹⁴⁴Ce, รูทีเนียม Ruthenium 106 : ¹⁰⁶Ru, โคบอลต์ Cobalt 60 : ⁶⁰Co, คูเรียม Curium 242 : ²⁴²Cm, อะเมริเซียม Americium 241 : ²⁴¹Am, และทูเลียม Thulium Isotopes : ₆₉Tm มีการศึกษาวิจัยอย่างจริงจังไปพร้อมด้วยเช่นกัน ..

Nuclear Battery ประเภทที่ไม่ใช่ความร้อน Non-Thermal Converters เช่น แบตเตอรี่เพชร ¹⁴C เบต้าโวลตาอิก Betavoltaic จากกากนิวเคลียร์ Nuclear Waste ..

กากของเสียนิวเคลียร์ Nuclear Waste กัมมันตภาพรังสีต่ำบางตัว เช่น Carbon 14 : ¹⁴C สลายตัวปล่อยคายรังสีเบต้า Beta Decay หรือ Beta Particles ประจุลบต่อเนื่องยาวนาน สามารถนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อผลิตเป็นแบตเตอรี่นิวเคลียร์กำลังไฟฟ้าต่ำ ความหนาแน่นพลังงานสูง ไม่ต้องชาร์จประจุไฟฟ้า แต่มีอายุการใช้งานที่ทนยาวอย่างเหลือเชื่อ ..

Diamond Battery เป็นชื่อของแนวคิดเกี่ยวกับ ‘แบตเตอรี่นิวเคลียร์ Nuclear Battery’ ที่เสนอโดยสถาบัน University of Bristol Cabot ในระหว่างการบรรยายประจำปี ซึ่งจัดขึ้นเมื่อวันที่ 25 พฤศจิกายน 2559 ณ อาคาร Wills Memorial Building .. แบตเตอรี่นี้ถูกเสนอให้ทำงานโดยใช้กัมมันตภาพรังสีของบล็อกกราไฟท์กากของเสียนิวเคลียร์ ซึ่งก่อนหน้านี้ใช้เป็นวัสดุตัวหน่วงนิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชั่นที่ใช้กราไฟท์ควบคุมกลั่นกรองเพื่อชะลอความเร็วของอนุภาคนิวตรอน .. กากนิวเคลียร์ ¹⁴C คล้ายเพชร สามารถสร้างกำลังไฟฟ้าปริมาณเล็กน้อยต่อเนื่องยาวนานได้เป็นเวลาหลายพันปีด้วยความปลอดภัย ..

แบตเตอรี่เพชร Diamond Battery เป็นเซลล์เบตาโวลตาอิก  Betavoltaic Cell ที่ใช้คาร์บอน 14 หรือ ¹⁴C ในรูปไอโซโทปของคาร์บอนคล้ายเพชร Diamond-Like Carbon : DLC เป็นแหล่งปล่อยคายรังสีเบต้า Beta Radiation Source และ DLC คาร์บอนปกติเพื่อสร้างจุดต่อเซมิคอนดักเตอร์ Semiconductor ที่จำเป็น และห่อหุ้ม Carbon 14 : ¹⁴C ไว้ .. ทั้งนี้ Carbon 14 หรือ Radiocarbon คือ ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของคาร์บอนที่นิวเคลียสของอะตอมมีโปรตอน 6 ตัว และนิวตรอน 8 ตัว และนักวิจัยได้ใช้การแผ่กัมมันตภาพรังสีของ ¹⁴C ซึ่งเป็นกัมมันตภาพรังสีพลังงานต่ำของกากนิวเคลียร์ ผ่านการสลายตัวของเบต้า Beta Decay ซึ่งจะคายอนุภาคเบต้าประจุลบพลังงานต่ำ Low Energy Beta Particle ออกมาทำให้ Carbon 14 เปลี่ยนไปเป็น Nitrogen 14 : ¹⁴N ซึ่งมีความเสถียร และมิใช่สารกัมมันตภาพรังสี ด้วยสมการ ¹⁴₆C => ¹⁴₇N + ⁰_-1β ..

การไหลของอนุภาคเบต้าประจุลบ Beta Particles ในวงจรไฟฟ้าเหล่านี้ซึ่งมีพลังงานเฉลี่ย 50 keV จะเกิดการชนกันอย่างไม่ยืดหยุ่นกับอะตอมของคาร์บอนอื่น ๆ จึงสร้าง Electron-Hole Pairs ขึ้นซึ่งทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลเวียนในวงจร .. อิเล็กตรอน Electron และโพซิตรอน Positron จะมีการกระโดดไหลมาแทนตำแหน่งที่ว่างจากการสลายตัวของเบต้า Beta Decay ซึ่งมันหมายถึง กำลังไฟฟ้าอ่อน ๆ จากแบตเตอรี่เพชร Diamond Battery กากของเสียนิวเคลียร์ จะสามารถทำงานต่อเนื่องได้เป็นพันปีนั่นเอง ..

เนื่องจากความหนาแน่นของกำลัง Power Density ที่ต่ำมาก ประสิทธิภาพการแปลง และค่าใช้จ่ายสูง อุปกรณ์เบตาโวลตาอิก ¹⁴C Betavoltaics จึงคล้ายกับอุปกรณ์เบตาโวลตาอิกอื่น ๆ ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานเฉพาะกลุ่มที่ต้องการพลังงานน้อยมาก ในระดับขนาดไมโครวัตต์  Microwatts : μW เป็นเวลานานหลายปี ในสถานการณ์ที่ไม่สามารถเปลี่ยนชุดแบตเตอรี่ใหม่ทดแทนได้ หรือไม่สามารถชาร์จประจุไฟฟ้าได้โดยใช้เทคนิคการจัดเก็บพลังงานรูปแบบเดิม และเนื่องจากครึ่งชีวิตที่ยาวนานกว่านั้น ทำให้ ¹⁴C Betavoltaics อาจมีข้อได้เปรียบในด้านอายุการใช้งานเมื่อเทียบกับ Betavoltaics อื่น ๆ ที่ใช้ทริเทียม Tritium : ³H หรือไอโซโทปของนิกเกิลที่คาย Beta Particles ประจุลบ เช่น Nickel 63 : ⁶³Ni .. อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้มาพร้อมค่าใช้จ่ายสูงขึ้น ในขณะที่ความหนาแน่นของพลังงานน้อยกว่า ..

อุปกรณ์เบตาโวลตาอิก Betavoltaic Device ต่างจากแหล่งพลังงานนิวเคลียร์ส่วนใหญ่ที่ใช้การแผ่รังสี Nuclear Radiation เพื่อสร้างความร้อนนำไปใช้ผลิตกำลังไฟฟ้าด้วยรูปแบบ Thermal Converters .. อย่างไรก็ตาม การประยุกต์ใช้กากของเสียนิวเคลียร์เหลือใช้จากปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชั่นที่เป็น ¹⁴C คล้ายเพชร DLC สำหรับเซลล์ไฟฟ้าเบตาโวลตาอิก Betavoltaic Cell กำลังได้รับความนิยมด้วยราคาที่ลดลงอย่างมาก การวิจัย และพัฒนาล่าสุด คาดว่า Nano Diamond Battery สามารถเข้าถึงประสิทธิภาพสูงถึง 6-8% ซึ่งสูงกว่าแบตเตอรี่ปรมาณู Atomic Battery ทั่วไปที่ประสิทธิภาพอยู่ที่ 0.1-5% เท่านั้น ..

อุปกรณ์เบตาโวลตาอิก Betavoltaic Device ใช้กระบวนการแปลงที่ไม่ใช่ความร้อน Non-Thermal Conversion Process โดยแปลงคู่ของช่องว่างอิเล็กตรอน Electron-Hole Pairs ที่เกิดจากการไหลกระโดดของอนุภาคเบต้า Ionization Trail of Beta Particles ซึ่งเคลื่อนที่ผ่านเซมิคอนดักเตอร์ Semiconductor เป็นกำลังไฟฟ้า ..

แหล่งพลังงานเบต้าโวลตาอิก Betavoltaic Power Sources และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องของแหล่งพลังงานอัลฟาโวลตาอิก Alphavoltaic Power Sources เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานระบบงานไฟฟ้ากำลังต่ำที่ต้องการอายุการใช้งานยาวนานของแหล่งพลังงาน เช่น อุปกรณ์การแพทย์ฝังอยู่ในร่างกาย หรือการใช้งานทางการทหาร และกิจการอวกาศ เป็นต้น ..

อุปกรณ์เบตาโวลตาอิก Betavoltaic และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง แบตเตอรี่ทริเที่ยม Tritium Battery เป็นอีกรูปแบบนิวเคลียร์แบตเตอรี่ที่น่าสนใจ และเป็นที่นิยม .. ทริเที่ยม Tritium : ³H เป็นไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของไฮโดรเจน H₂ ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ Fusion และมีครึ่งชีวิต Half Life ประมาณ 12.5 ปี .. พวกมัน เป็นสิ่งที่ Canadian Nuclear Laboratories : CNL คุ้นเคยเป็นอย่างดี .. ห้องปฏิบัติการ Chalk River Laboratories ของ Canada เป็นที่ตั้งของศูนย์วิจัยไอโซโทปที่เดิมสร้างขึ้นเพื่อสนับสนุนการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการปฏิบัติงานที่ปลอดภัยของกองเรือนิวเคลียร์ของแคนาดา และโครงการฟิวชั่นของประเทศ แต่ได้ขยายไปสู่กิจกรรมการวิจัย และพัฒนาอื่น ๆ ..

ทริเที่ยม Tritium : ³H สลายตัวผ่านการปล่อยคายอนุภาคเบต้า Beta Emission ซึ่งหมายความว่าจะปล่อยสเปกตรัมของอิเล็กตรอนพลังงานต่ำออกจากนิวเคลียส .. ในทางกลับกัน รังสีนั้นสามารถควบคุมเพื่อสร้างพลังงานจำนวนเล็กน้อย ซึ่งเป็นกระบวนการแปลงที่เรียกว่า เบตาโวลตาอิก Betavoltaic กระบวนการนี้คล้ายกันมากกับเทคโนโลยีการแปลงพลังงานอื่น ๆ ที่เราทุกคนคุ้นเคย แม้ว่าจะมีข้อแตกต่างที่สำคัญบางประการเช่นกัน ..

Betavoltaics ทำงานในลักษณะเดียวกับที่แผงโซลาร์เซลล์ทำ .. Jayeshkumar Patel นักวิทยาศาสตร์การวิจัยในสาขา Hydrogen Technologies ของ CNL อธิบายไว้ว่า “ในกรณีตัวอย่างนี้ โซลาร์เซลล์ Solar Cells ดูดซับแสงและแปลงเป็นพลังงานโดยใช้เซมิคอนดักเตอร์ Semiconductor แต่สำหรับแบตเตอรี่ทริเที่ยม Tritium Battery พวกเขาใช้เซมิคอนดักเตอร์ที่คล้ายกัน แต่ใช้รังสีเบตาที่ปล่อยคายออกมาจากทริเทียมแทนที่แสงแดดเพื่อทำหน้าที่เป็นแหล่งผลิตพลังงาน และกำลังไฟฟ้า” ..

แม้ว่าพลังงานที่ปล่อยออกมาจากไอโซโทปจะพอประมาณ เรากำลังพูดถึงกำลังไฟฟ้าระดับไมโครวัตต์ Microwatts แต่ก็มีข้อดีอยู่มาก เมื่อเทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์ Solar Cell ที่ผลิตพลังงานในเวลากลางวันเท่านั้น รังสีที่ปล่อยออกมาจากไอโซโทปที่เป็น Tritium มีความสม่ำเสมอทั้งกลางวัน และกลางคืน และด้วยครึ่งชีวิตประมาณ 12.5 ปี แบตเตอรี่ทริเที่ยม Tritium Battery สามารถผลิตพลังงานต่ำได้อย่างต่อเนื่องยาวนานกว่า 20 ปี ..

มีแอปพลิเคชั่นซึ่งสร้างประโยชน์ได้มากมายที่ใช้เทคโนโลยีประเภทนี้ .. Jayeshkumar Patel เชื่อมั่นว่า แบตเตอรี่เหล่านี้ สามารถนำมาใช้เพื่อให้พลังงานแก่เซ็นเซอร์ไร้สาย Wireless Sensors และในแอปพลิเคชัน Small Modular Reactor : SMR ณ สถานที่ห่างไกลที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ง่าย เป็นต้น .. เทคโนโลยีนี้ ยังมีศักยภาพที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานระยะไกลอื่น ๆ เช่น มหาสมุทรลึก ซึ่งไม่สามารถทำการเปลี่ยนแหล่งพลังงานได้บ่อยครั้ง ด้วยเอาต์พุตของพลังงานที่ได้รับการปรับปรุง .. ฟังก์ชันที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่งอาจเป็นการใช้แบตเตอรี่ทริเที่ยมกับเครื่องกระตุ้นหัวใจ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ขนาดเล็กจิ๋วที่ใช้ในการรักษาจังหวะการเต้นของหัวใจของผู้ป่วยได้เป็นอย่างดีเช่นเดียวกับ ¹⁴C Nano Diamond Battery ..

ระบบส่งกำลังไฟฟ้านิวเคลียร์แบตเตอรี่ Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator : MMRTG สำหรับ Mars 2020 Rover และภารกิจในอวกาศอื่นๆ ของ NASA ..

องค์การอวกาศสหรัฐฯ National Aeronautics & Space Administration : NASA ได้ใช้ Plutonium 238 : ²³⁸Pu เป็นเชื้อเพลิงให้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากความร้อนรังสีไอโซโทปไอโซโทปสำหรับผลิตกำลังไฟฟ้า ที่เรียกว่า Multi – Mission Radioisotope Thermoelectric Generator : MMRTG เพื่อให้พลังงานแก่รถแลนด์โรเวอร์ Mars 2020 Rover ขณะสำรวจพื้นผิวดาวอังคาร และอุปกรณ์อื่น ๆ อีกมากมายในกิจการอวกาศ ..

โดยพื้นฐานแล้วแบตเตอรี่นิวเคลียร์ Nuclear Battery เช่น Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator : MMRTG สามารถให้พลังงานไฟฟ้าได้ประมาณ 110 Watt แก่ ดาวเทียม ยานอวกาศ และอุปกรณ์วิทยาศาสตร์บนยานอวกาศในภารกิจที่ยาวไกลทนนาน .. ความร้อนส่วนเกินจากกระบวนการผลิตกำลังไฟฟ้า ยังช่วยให้ระบบยานอวกาศอบอุ่นในสภาพแวดล้อมที่หนาวเย็น โดยรวมแล้วมากกว่า 27 ภารกิจในอวกาศของสหรัฐฯ ที่ผ่านมา NASA ได้ใช้แหล่งพลังงานไฟฟ้ารังสีไอโซโทป Radioisotope Power ตั้งแต่ภารกิจ Viking Missions on Mars, Voyager Spacecraft ที่เข้าสู่อวกาศรอบนอก Interplanetary Space ไปจนถึงเมื่อเร็ว ๆ นี้ การใช้งาน Nuclear Battery ประเภท Radioisotope Thermoelectric Generator : RTG สำหรับยานสำรวจคิวริออซิตี้ Curiosity Rover บนดาวอังคาร และ New Horizons Spacecraft ที่เพิ่งเดินทางผ่านดาวพลูโตออกไป ..

MMRTG ทำงานโดยแปลงความร้อนจากการสลายตัวตามธรรมชาติของวัสดุไอโซโทปรังสีให้เป็นกำลังไฟฟ้า .. เครื่องกำเนิดไฟฟ้า RTG ประกอบด้วยสององค์ประกอบหลัก ได้แก่ แหล่งความร้อนที่มีพลูโทเนียม 238 : ²³⁸Pu เป็นเชื้อเพลิง และ Thermocouples ที่แปลงพลังงานความร้อนจากการสลายตัวของพลูโทเนียมให้เป็นกำลังไฟฟ้า .. กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ US DOE ได้จัดหาระบบพลังงานรังสีไอโซโทป Radioisotope Power Systems ให้กับ NASA สำหรับการใช้งานในกิจการอวกาศ และจะใส่เชื้อเพลิงที่เป็นสารไอโซโทปเข้าไปในเครื่องกำเนิดความร้อน MMRTG ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติไอดาโฮ DOE’s Idaho National Laboratory ..

ภายหลังการเติมเชื้อเพลิงพลูโทเนียม 238 : ²³⁸Pu เรียบร้อยแล้ว MMRTG สำหรับภารกิจ จะถูกส่งตรงจากโรงงานในไอดาโฮไปยังจุดปล่อยที่ Cape Canaveral รัฐฟลอริดา เพื่อประกอบรวมเข้ากับยาน Mars Rover .. ที่ผ่านมา กระบวนการโหลดแหล่งพลังงานความร้อนเข้าสู่ MMRTG ถูกกำหนดเวลาถึงวันที่เปิดตัวภารกิจบนดาวอังคารในปี 2020 สามารถดำเนินการได้เป็นอย่างดี เนื่องจากความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของการสร้าง Mars Rover และยานอวกาศที่จะส่งไปถึงที่นั่น ..

NASA จะใช้ Mars 2020 และภารกิจอื่น ๆ รวมถึงภารกิจไปยังดวงจันทร์ เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการสำรวจดาวเคราะห์สีแดงของมนุษย์ .. หน่วยงานที่เกี่ยวข้อง วางแผนที่จะสร้างการปรากฏตัวของมนุษย์ชาติอย่างยั่งยืนบน และรอบ ๆ ดวงจันทร์ ภายในปี 2571 ผ่านแผนการสำรวจดวงจันทร์ด้วยแผนงาน Artemis Lunar Exploration Plans ของนาซ่า NASA ..

ปัจจุบัน NASA JPL กำลังควบคุมการปฏิบัติงานของรถแลนด์โรเวอร์ Mars 2020 บนดาวอังคารสำหรับ NASA Science Mission Directorate จากที่สำนักงานใหญ่ของหน่วยงานในกรุงวอชิงตัน ..

สำนักงานพลังงานนิวเคลียร์ของ US DOE คือ หน่วยงานพัฒนา ผลิต ทดสอบ และส่งมอบระบบพลังงานรังสีไอโซโทป Radioisotope Power Systems สำหรับการสำรวจอวกาศ และภารกิจด้านความมั่นคงแห่งชาติ รวมทั้งรับผิดชอบด้านความปลอดภัยนิวเคลียร์ในทุกด้านของภารกิจอีกด้วย ..

โครงการ Radioisotope Power Systems ของ NASA ซึ่งบริหารจัดการโดย NASA Glenn Research Center ในคลีฟแลนด์ Cleveland รวมถึงการลงทุนเชิงกลยุทธ์ในกิจกรรม RPS Activities โดยทำงานร่วมกับ US DOE สำหรับการผลิตแหล่งพลังงานความร้อน และการพัฒนาเทคโนโลยีที่เกี่ยวเนื่องอื่น ๆ ..

NASA JPL : Jet Propulsion Laboratory เป็นส่วนสำคัญในโครงการ Radioisotope Power Systems และบริหารจัดการภารกิจต่าง ๆ ที่ใช้แหล่งพลังงานรังสีไอโซโทป Radioisotope Power ซึ่งรวมถึงรถแลนด์โรเวอร์ Mars Curiosity, ยานสำรวจ Mars 2020 บนดาวอังคาร และอื่น ๆ อีกด้วย ..

คาดการณ์ตลาดนิวเคลียร์แบตเตอรี่ทั่วโลก The Global Nuclear Battery Market ..

นิวเคลียร์แบตเตอรี่ Nuclear Battery หรือแบตเตอรี่อะตอม Atomic Battery เป็นอุปกรณ์สร้างพลังงานจากการสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี Decay of Radioactive Isotopes เช่น พลูโทเนียม Plutonium 238 : ²³⁸Pu , คูเรียม Curium 242 : ²⁴²Cm และอื่น ๆ เพื่อสร้างพลังงานความร้อน และกำลังไฟฟ้า .. แบตเตอรี่นิวเคลียร์ Nuclear Battery มีอายุการใช้งานยาวนานมาก Extremely Long Life แต่มีจำหน่ายในราคาที่สูง สามารถใช้ในดาวเทียม ยานอวกาศ สถานีวิทยาศาสตร์ และในพื้นที่ห่างไกลของโลก อุปกรณ์เหล่านี้ใช้วัสดุกัมมันตภาพรังสีแบบฟิล์มบาง ที่สร้างพลังงานที่ความหนาแน่นสูงมากเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่เซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell Batteries ..

ข้อดีของแบตเตอรี่นิวเคลียร์ คือ มีขนาดเล็ก อายุการใช้งานยาวนาน ไม่มีการผลิตกากกัมมันตภาพรังสี และอื่น ๆ .. ทั้งนี้ ตลาดแบตเตอรี่นิวเคลียร์ทั่วโลก คาดหมายว่า อัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี Compound Annual Growth Rate : CAGR หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับการลงทุนในตลาดนิวเคลียร์แบตเตอรี่ทั่วโลก The Global Nuclear Battery Market ที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุด รวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 8.8% ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ ปี 2562-2569 .. ที่ค่า CAGR นี้ ตลาดแบตเตอรี่นิวเคลียร์ทั่วโลกได้รับการคาดการณ์ว่า จะเพิ่มขึ้นจาก 48.3 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2562 เป็น 87.2 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2569 ..

ทั้งนี้ ขนาดธุรกิจเฉพาะตลาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก Radioisotope Thermoelectric Generator Market โดยรวมทั่วโลก ได้รับการคาดหมายว่า ตลาด RTGs อย่างเดียวจะสามารถเติบโตจากระดับ 406 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2564 เป็น 635 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2569 อยู่ที่อัตราค่า CAGR 9.4% ในช่วงที่คาดการณ์ ปี 2564-2569 ..

อย่างไรก็ตาม ในประเด็นขนาดธุรกิจที่เป็นตลาดเซลล์เบต้าโวลตาอิกทั่วโลก Global Betavoltaic Cell Market อยู่ที่ 337.23 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2559 และ 349.14 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2563 คาดหมายว่า ตลาด Betavoltaic Cell จะพุ่งแตะระดับ 394.57 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2569 ด้วยอัตราการเติบโตที่ค่า CAGR 2.18% ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ ปี 2564 จนถึงปี 2569 ..

การเติบโตในตลาดเซลล์เบตาโวลตาอิก ได้รับแรงหนุนจากความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับอายุการใช้งานที่ยาวนาน ขนาดเล็ก และขนาดเล็กจิ๋ว .. หน่วยพลังงานที่สามารถทำงานเป็นแหล่งพลังงานในการใช้งานที่ต้องการพลังงานอย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องดูแลเป็นเวลามากกว่า 10-20 ปี .. นอกจากนี้ นักวิจัย และนักวิทยาศาสตร์ทั้งหลาย กำลังตรวจสอบโอกาสในการใช้ผลิตภัณฑ์การสลายกัมมันตภาพรังสีเป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานหลักสำหรับการใช้งานเฉพาะกลุ่มมากขึ้น ซึ่งน่าจะสร้างโอกาสสำหรับตลาดเซลล์เบต้าโวลตาอิกทั่วโลกในอนาคตอันใกล้ และจะส่งผลให้ Tritium Battery และ Nano Diamond Batteries จากกากของเสียนิวเคลียร์ Nuclear Waste ทั้ง 2 รูปแบบนี้ มีแนวโน้มเติบโตขึ้นรวดเร็วอย่างมีนัยยะสำคัญ ..

สรุปส่งท้าย ..

นักเคลื่อนไหวด้านสิ่งแวดล้อมหลายคน คัดค้านพลังงานนิวเคลียร์โดยอ้างถึงอันตรายของมัน รวมถึงความยากลำบากในการกำจัดกากกัมมันตรังสี ขณะที่นักวิทยาศาสตร์ ระบุว่า นิวเคลียร์ปลอดภัยกว่าแหล่งพลังงานส่วนใหญ่อื่น ๆ และยังคงจำเป็น หากโลกหวังว่าจะลดการปล่อยคาร์บอนลงอย่างสิ้นเชิงให้จงได้ ..

ปัจจุบัน ภาพรวมการใช้นิวเคลียร์เป็นแหล่งพลังงานผลิตกำลังไฟฟ้าคาร์บอนต่ำทั่วโลก มีขนาดใหญ่เป็นอันดับสอง .. เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีใช้ปฏิบัติงานอยู่ 452 เครื่อง ในกว่า 30 ประเทศ สำหรับกำลังผลิตพลังงานไฟฟ้า 2,700 TWh หรือ 10% ของปริมาณพลังงานไฟฟ้าทั่วโลก ..

พลังงานนิวเคลียร์หลีกเลี่ยงการปล่อย CO₂ ประมาณ 60 GT ในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา ซึ่งเกือบเท่ากับ 2 ปีของการปล่อย CO₂ ที่เกี่ยวข้องกับพลังงานทั่วโลก อย่างไรก็ตาม แม้จะมีการสนับสนุนจากแหล่งพลังงานจากนิวเคลียร์ และการเติบโตอย่างรวดเร็วของพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy แต่การปล่อย CO₂ ที่เกี่ยวข้องกับภาคพลังงานก็ทำสถิติสูงขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องจากการเติบโตของความต้องการพลังงานไฟฟ้าเพิ่มขึ้นแซงหน้าการพัฒนาพลังทดแทน พลังงานทางเลือกคาร์บอนต่ำ ..

นิวเคลียร์ยังคงเป็นส่วนหนึ่งของคำตอบด้านพลังงาน เช่นเดียวกับแหล่งพลังงานทั้งหลาย พลังงานนิวเคลียร์ มีทั้งข้อดี และข้อเสีย .. พวกมัน ผลิตพลังงานผ่านกระบวนนิวเคลียร์ฟิชชัน หรือนิวเคลียร์ฟิวชั่น มิใช่การเผาไหม้ทางเคมี จึงให้กำลังผลิตไฟฟ้าพื้นฐานอย่างไร้ขีดจำกัด ไม่มีการปล่อยคาร์บอนซึ่งเป็นองค์ประกอบที่เป็นอันตรายต่อภาวะโลกร้อน .. ทั้งนี้ สำหรับในกระบวนการผลิตกำลังไฟฟ้าแรงดันต่ำระยะเวลาทนยาวนั้น นอกจากกระบวนนิวเคลียร์ฟิชชันด้วยปฏิกิริยาลูกโซ่ Chain Reaction หรือนิวเคลียร์ฟิวชั่นแล้ว การปล่อยคายอนุภาค ความร้อน และรังสีของสารกัมมันตภาพรังสีไอโซโทปเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ก็สามารถใช้พวกมันผลิตกำลังไฟฟ้าสำหรับขับเคลื่อนชุดอุปกรณ์เฉพาะพิเศษได้อีกมากมายด้วยระยะเวลาทนยาว ..

นิวเคลียร์แบตเตอรี่ Nuclear Battery เป็นอุปกรณ์ที่ผลิตไฟฟ้าจากวัสดุกัมมันตภาพรังสี Radioactive  Material หรือกากของเสียนิวเคลียร์ Nuclear Waste เหลือทิ้ง .. พวกมัน ผลิตกำลังไฟฟ้า Electricity โดยการแปลงพลังงานกัมมันตรังสี Radiation Energy เป็นพลังงานไฟฟ้า Electrical Energy .. ระดับพลังงานซึ่งอยู่ในอนุภาคที่ปล่อยคายออกมาจากนิวเคลียสไอโซโทปรังสี Radioisotope Nuclei นั้น สูงกว่าพลังงานที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยาเคมี Chemical Reaction อย่างมาก ..

ปฏิกิริยา กับนิวเคลียส สามารถผลิตกำลังไฟฟ้าได้สูงกว่าปฏิกิริยาเคมีหลายพันถึงล้านเท่า ต่างจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Nuclear Power Plants : NPPs ที่ผลิตกระแสสลับขนาดใหญ่โดยใช้วัฏจักรเทอร์โมไดนามิก .. แบตเตอรี่นิวเคลียร์ ได้รับการออกแบบเหมือนกับแบตเตอรี่ Battery หรือเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell เพื่อผลิตกระแสตรง Direct Current : DC .. อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ และเซลล์เชื้อเพลิง มิได้ใช้พลังงานจากอนุภาคที่แผ่รังสี ปล่อยคายออกมาจากนิวเคลียสของสารวัสดุกัมมันตภาพรังสี .. แบตเตอรี่นิวเคลียร์หลายประเภท มีศักยภาพที่จะเป็นแหล่งพลังงานที่มีอายุการใช้งานยาวนานสำหรับระบบงานที่หลากหลาย รวมทั้งด้านการแพทย์ และสำหรับอุปกรณ์เครื่องมือในพื้นที่ห่างไกล ใต้มหาสมุทร ฝังอยู่ในร่างกาย และในอวกาศ ..

เช่นเดียวกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ Nuclear Reactors พวกมันผลิตกำลังไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์ Nuclear Energy แต่ต่างกันตรงที่มิได้ใช้ปฏิกิริยาลูกโซ่ Chain Reaction .. แม้ว่าโดยทั่วไปจะเรียกว่า แบตเตอรี่ แต่ในทางเทคนิคแล้ว นิวเคลียร์แบตเตอรี่ Nuclear Battery มิใช่เซลล์ไฟฟ้าเคมี และไม่สามารถชาร์จประจุไฟฟ้าใหม่ได้ .. ในเชิงเปรียบเทียบกับชุดแบตเตอรี่ทั่วไปนั้น พวกมันมีราคาแพงมาก แต่มีอายุการใช้งานทนยาว และมีความหนาแน่นของพลังงานสูงอย่างเหลือเชื่อ .. ดังนั้น พวกมันจึงมักถูกใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้งานเป็นเวลายาวนานโดยไม่ต้องการการบำรุงรักษา เช่น ยานอวกาศ ดาวเทียม เครื่องกระตุ้นหัวใจ อุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ฝังอยู่ในร่างกาย ระบบอุปกรณ์ใต้น้ำ สถานีทางวิทยาศาสตร์อัตโนมัติในพื้นที่ห่างไกล และอื่น ๆ อีกมากมาย เป็นต้น ..

แบตเตอรี่อะตอม Atomic Battery หรือนิวเคลียร์แบตเตอรี่ Nuclear Battery กลายเป็นแนวคิดที่ได้รับความนิยมอย่างมาก เนื่องจากมีศักยภาพในการจ่ายกำลังไฟฟ้าได้เป็นระยะเวลานานทนยาว .. แบตเตอรี่อะตอม Atomic Battery จะสร้างกระแสไฟฟ้าจากการสลายตัวแผ่รังสีของวัสดุกัมมันตภาพรังสี ตราบใดที่พวกมันยังคงปล่อยคายอนุภาค และกัมมันตรังสี ตราบนั้น กำลังไฟฟ้าก็จะถูกสร้างขึ้นได้อย่างสม่ำเสมอ เนื่องจากระยะเวลาครึ่งชีวิต Half Life ของวัสดุกัมมันตภาพรังสีอยู่ในระยะเวลาหลายทศวรรษ จึงสามารถให้พลังงานได้ 10-20 ปี ตัวอย่างเช่น ไอโซโทปทริเทียม Tritium : ³H มีครึ่งชีวิต 12.5 ปี ในขณะที่ไอโซโทป Nickel 63 : ⁶³Ni มีครึ่งชีวิต 100.1 ปี ซึ่งแสดงให้เห็นว่า แบตเตอรี่อะตอมที่ใช้สารไอโซโทปเป็นเชื้อเพลิงเหล่านี้ จะสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้เป็นระยะเวลานานกว่าแบตเตอรี่ทั่วไปอย่างมาก ไม่มีแหล่งพลังงานอื่นใดที่สามารถให้พลังงานได้มากมายขนาดนั้นเมื่อเทียบกับนิวเคลียร์แบตเตอรี่ Nuclear Battery ..

อย่างไรก็ตาม นอกจากแบตเตอรี่อะตอมมิกจะมีอายุการใช้งานยาวนานแล้ว ยังมีข้อโดดเด่นอื่นอีก เช่น ขนาดกะทัดรัด และความหนาแน่นของพลังงานสูง .. ขนาดของแบตเตอรี่อะตอมมีขนาดเล็กมากเมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งพลังงานอื่นที่มีความจุเท่ากัน .. แบตเตอรี่อะตอม Atomic Battery มีความหนาแน่นของพลังงานสูงมากเมื่อเทียบกับแหล่งพลังงานอื่น ๆ .. พวกมัน มีความหนาแน่นของพลังงานมากกว่าเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน Hydrogen Fuel Cell กว่า 10 เท่า และสูงกว่าแบตเตอรี่เคมีไฟฟ้าทั่วไปเป็น 1,000 เท่า .. แบตเตอรี่อะตอม Atomic Battery ยังได้รับการวิจัยเพื่อหาข้อได้เปรียบสำหรับเชื้อเพลิงที่เป็นวัสดุไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่เหมาะสม และจำเป็นสำหรับแบตเตอรี่อะตอมนี้ซึ่งสามารถหาได้จากกากกัมมันตภาพรังสี หรือกากของเสียนิวเคลียร์ Nuclear Waste ของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีใช้งานอยู่ทั่วไป เช่น ¹⁴C คล้ายเพชร DLC สำหรับเซลล์ไฟฟ้าเบตาโวลตาอิก Betavoltaic Cell ..

ดังนั้น นิวเคลียร์แบตเตอรี่ จึงมีประโยชน์สำหรับการกำจัดของเสียจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ Disposal of Waste from the Nuclear Reactors อีกด้วย .. พวกมัน ได้แสดงให้เห็นว่า นิวเคลียร์แบตเตอรี่ มีข้อดีอีกมากมาย แต่ก็มีข้อเสียอยู่บ้าง เช่น ต้นทุนที่สูงมาก Very High Cost และประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่ต่ำกว่า Lower Conversion Efficiencies เป็นต้น ..

ความนิยมที่เพิ่มขึ้นสำหรับตลาดนิวเคลียร์แบตเตอรี่ Nuclear Battery Market ทั่วโลก ได้รับแรงหนุนจากความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับแหล่งพลังงานหลักของอุปกรณ์เฉพาะกลุ่มซึ่งมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน ขนาดเล็ก และขนาดเล็กจิ๋ว .. หน่วยพลังงานที่สามารถทำงานเป็นแหล่งพลังงานสำหรับระบบงานที่ต้องการพลังงานอย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องดูแลเป็นเวลามากกว่า 10-20 ปี คือ ประเด็นที่โดดเด่นอย่างยิ่ง .. นอกจากนี้ นักวิจัย และนักวิทยาศาสตร์ทั้งหลาย ยังชี้ให้เห็นว่า ศักยภาพการใช้ผลิตภัณฑ์ระบบพลังงานจากเชื้อเพลิงไอโซโทปที่สลายตัวปล่อยคายอนุภาคพลังงานต่ำ และกัมมันตภาพรังสีอ่อน ๆ ต่อเนื่องนั้น เป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานหลักสำหรับการใช้งานเฉพาะกลุ่มมากขึ้น ซึ่งจะสามารถสร้างโอกาสทางธุรกิจของนิวเคลียร์แบตเตอรี่ Nuclear Battery ทั่วโลกในอนาคตอันใกล้ และจะส่งผลให้ Tritium Battery และ Nano Diamond Batteries จากกากของเสียนิวเคลียร์ Nuclear Waste โดยเฉพาะทั้ง 2 รูปแบบนี้ มีแนวโน้มเติบโตขึ้นรวดเร็วอย่างมีนัยยะสำคัญจากนี้ไป ..

นี่ยังไม่ได้นับรวมผลิตภัณฑ์ประเภท Radioisotope Thermoelectric Generators : RTGs ที่จะเปิดกว้างในตลาดมากขึ้น .. ทั้งนี้ นิวเคลียร์แบตเตอรี่ Nuclear Battery รูปแบบต่าง ๆ ทั้งหมดนี้ คือ แหล่งพลังงานผลิตกำลังไฟฟ้าสำคัญในอนาคตที่มิได้มาจากปฏิกิริยาลูกโซ่ Chain Reaction จึงปลอดภัยกว่าการใช้ปฏิกรณ์นิวเคลียร์อย่างมาก และยังคงเป็นความต้องการหลักในระบบงานเฉพาะกลุ่ม และกิจการอวกาศต่อเนื่องต่อไปอย่างแน่นอนไม่มีข้อสงสัย ..

…………………

คอลัมน์ : Energy Key

By โลกสีฟ้า ..

สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)

ขอบคุณเอกสารอ้างอิง :-

Nuclear Battery :-

https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/nuclear-battery

Radioisotope Thermoelectric Generator | RTG :-

https://en.wikipedia.org/wiki/Radioisotope_thermoelectric_generator

Technology – NASA RPS: Radioisotope Power Systems :-

https://rps.nasa.gov/technology/

Fueling of NASA’s Mars 2020 Rover Power System Begins | NASA :-

https://www.nasa.gov/feature/jpl/fueling-of-nasas-mars-2020-rover-power-system-begins

Diamond Batteries | Cabot Institute for the Environment :-

https://www.bristol.ac.uk/cabot/what-we-do/diamond-batteries/#:~:text=By%20encapsulating%20radioactive%20material%20inside,63%20as%20the%20radiation%20source

Nuclear Waste Recycled into Diamond Batteries with ‘Near – Infinite Power’ :-

https://www.independent.co.uk/tech/recycling-nuclear-waste-diamond-battery-a9297571.html

Nuclear Battery Market 2019 | Size, Share Analysis and Forecast | Allied Market Research :-

https://www.alliedmarketresearch.com/nuclear-battery-market

Nuclear Option :-

https://photos.app.goo.gl/sR3LhPKGarPC5CHx6

Diamond Battery : Lifetime Nuclear Diamond Batteries :-

https://photos.app.goo.gl/VC5j2KQNBYR7eaEF6

Atomic Battery or Radioisotope Generator: A Device Which Uses Energy from the Decay of a Radioactive Isotope to Generate Electricity :-

https://photos.app.goo.gl/16YhqFozTdRC15h49