صنع عدد من العلماء بطارية تورية تعد من أحدث البطاريات يمكنها أن توفر الطاقة لمدة قد تصل الى 5700 عام. وتعتمد البطارية الجديدة على الألماس الصناعي والكربون المشع، كربون 14.
أحدث البطاريات
يوجد عنصر الكربون العادي في الطبيعة على صورتين أساسيتين، هما الفحم والألماس. حيث لا يختلف الألماس عن الفحم في شيء سوى التركيب الذري فقط.
ويتوافر عنصر الكربون في الطبيعة على صورة كربون عدده الكتلي 12. حيث تحتوي نواة ذرته على 6 بروتونات و6 نيوترونات. وفي نفس الوقت يتواجد كربون 13 بنسب ضئيلة، تقدر بحوالي 1%. وتحتوي نواة ذرة عنصر الكربون 13 على 6 بروتونات و7 نيوترونات.
يتكون كربون 14 في العادة من تفاعل الأشعة الكونية مع ذرات النيتروجين في الغلاف الجوي. وفي نفس الوقت تحتوي نواته على 6 بروتونات و8 نيوترونات، ويوجد في الغلاف الجوي بنسب قليلة جدًا. ويطلق على كل من كربون 13 وكربون 14 اسم نظائر الكربون.
كربون 14 وتحديد عمر الكائنات
تختزن الكائنات الحية، النباتات والحيوانات نسبة من كربون 14 نتيجة تنفسها الهواء الجوي المحتوي على كربون 14. وتكون نسبته تقريبًا ثابتة طوال حياة الكائن. ولكن عند موت الكائن، يتوقف امتصاص الكربون 14 نتيجة توقف عملية التنفس. علاوة على ذلك تأخد الكمية الموجودة بجسد تلك الكائنات في التحلل الإشعاعي لتتناقص إلى نص الكمية الموجودة كل فترة نص عمر (نصف العمر للكربون 14 حوالي 5730 سنة). كما يتحلل الكربون 14 مطلقًا جسيم بيتا، وهو جسيم يشبه الإلكترون غير أن مصدره نواة العنصر المشع.
الألماس في الطبيعة
يتكون الألماس من ذرات كربون متراصة بطريقة منظمة، كريستالات؛ ما يعطيه خواص مثل الصلابة واللمعان. ويتكون الألماس في باطن الأرض تحت ضغوط هائلة ودرجات حرارة مرتفعة. غير أنه في الآونة الأخير تمكن العلماء من تصنيع ألماس اصطناعي يضاهي الألماس الطبيعي عند ظروف مشابهة للظروف التي يتكون فيها الألماس في الطبيعة.
الكربون والألماس
تمكنت مجموعة من العلماء من جامعة Bristol البريطانية من صنع بطارية تقوم بحصد جسيمات بيتا المنبعثة من تحلل كربون 14 المغلف بطبقة من الألماس الاصطناعي.
ويمكن لتلك البطارية توفير الطاقة لمدة تصل الى 5730 عام. وبعد انقضاء تلك المدة تصل كثافة الطاقة المنتجة بواسطة البطارية إلى نصف كثافة الطاقة الأصلية المنتجة من البطارية.
وتستغل البطارية التحلل الإشعاعي لنظير الكربون غير أن الطبقة المغلفة له من الألماس الاصطناعي تمتص تلك الإشعاعات محولة أيها إلى طاقة كهربية.
في هذا السياق، تعمل البطارية بنفس مبدأ الخلايا الشمسية العادية غير أنها لا تعمل بالضوء وإنما بما ينتجه الكربون 14 من جسيمات بيتا أثناء تحلله. كما يمكن للبطارية أن تولد طاقة في مدي الميكرو وات، بالإضافة إلى ذلك يمكنها أن تولد الطاقة لفترات زمنية طويلة جدًا تعتمد على فترة نصف عمر العنصر المشع بداخلها.
فترات تشغيل أسطورية
وتعلق Sarah Clark، رئيسة قسم وقود التيتريوم بوكالة الطاقة الذرية البريطانية: “توفر بطاريات الألماس الجديدة طريقة آمنة ومستدامة للطاقة في مدى الميكرو وات. حيث تستخدم البطاريات كميات ضئيلة من الكربون المشع المغلف بعناية وفاعلية بالألماس”. كذلك تمتلك البطاريات الجديدة إمكانيات تؤهلها للاستخدام في تطبيقات عديدة. حيث يمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من البيئات والأجهزة والتي تكون فيها مصادر الطاقة التقليدية غير عملية.
علاوة على ذلك، يمكن لبطاريات الألماس الجديدة أن تحدث ثورة في الرعاية الصحية. حيث يمكنها تزويد أجهزة تنظيم ضربات القلب وأجهزة السمع وأجهزة العين بالطاقة. حيث يمكن زراعتها بسهولة في جسد المريض؛ إذ إنها متوافقة بيولوجيا.
وعلى عكس البطاريات التقليدية يمكن أن تدوم بطارية الألماس لعقود من الزمن موفرة جراحات استبدال البطاريات؛ ما يقلل من إزعاج المريض، بالإضافة إلى ذلك مخاطر الجراحة.
وفي ذات السياق، يمكن استخدام البطاريات الجديدة في تشغيل المركبات الفضائية والأقمار الصناعية وحتى علامات التردد اللاسلكي (RF) لعقود من الزمن؛ ما يقلل التكاليف ويطيل أعمار التشغيل.