จีนเปิดตัวแบตเตอรี่นิวเคลียร์คาร์บอน-14 ไม่ต้องชาร์จ จ่ายพลังงานนานหลายพันปี

มหาวิทยาลัยครูภาคตะวันตกเฉียงเหนือของจีน (Northwest Normal University) เปิดตัวผลงานวิจัยด้านพลังงานนิวเคลียร์รุ่นใหม่ ภายใต้แบรนด์ "Qianjiyuan" (千纪源) พร้อมเผยโฉมผลิตภัณฑ์ 2 รายการ ได้แก่ แบตเตอรี่นิวเคลียร์คาร์บอน-14 รุ่น "Tianshu" (天枢) และตัวแปลงพลังงานซิลิคอนคาร์ไบด์ รุ่น "Nengshu" (能枢) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นภายในประเทศทั้งหมด

โครงการดังกล่าวถูกมองว่าเป็นอีกก้าวของจีนในการพัฒนาแหล่งพลังงานขนาดเล็กอายุการใช้งานยาวนาน รองรับการใช้งานในอุตสาหกรรมอวกาศ อุปกรณ์ตรวจวัดระยะไกล และระบบที่ไม่สามารถเปลี่ยนแบตเตอรี่ได้เป็นเวลานาน

พลังงานสำหรับภารกิจที่ต้องทำงานต่อเนื่องหลายปี

แบตเตอรี่นิวเคลียร์ถูกนำไปใช้ในงานที่ต้องการแหล่งพลังงานมีเสถียรภาพและไม่ต้องบำรุงรักษา เช่น การสำรวจอวกาศ การสำรวจใต้ทะเลลึก งานในพื้นที่ขั้วโลก อุปกรณ์ตรวจวัดแบบไร้ผู้ดูแล รวมถึงยุทโธปกรณ์เฉพาะทาง

ที่ผ่านมา เทคโนโลยีดังกล่าวยังมีข้อจำกัดด้านกำลังไฟฟ้าส่งออก การออกแบบที่มีขนาดใหญ่ และต้นทุนการผลิตที่สูง ทำให้การประยุกต์ใช้ยังอยู่ในวงจำกัด

ใช้คาร์บอน-14 อายุครึ่งชีวิตกว่า 5,700 ปี

ศาสตราจารย์ ซู เหมากิน หัวหน้าโครงการ เปิดเผยว่า คาร์บอน-14 มีอายุครึ่งชีวิตประมาณ 5,730 ปี ทำให้ในทางทฤษฎีแบตเตอรี่นิวเคลียร์ชนิดนี้สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ต่อเนื่องเป็นเวลาหลายพันปี โดยไม่ต้องชาร์จเหมือนแบตเตอรี่ลิเธียมทั่วไป เนื่องจากพลังงานเกิดจากการสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตรังสี

ทีมวิจัยระบุว่า แบตเตอรี่ยังสามารถทำงานได้ในช่วงอุณหภูมิ -100 ถึง 200 องศาเซลเซียส และได้นำแหล่งกำเนิดรังสีคาร์บอน-14 มาทำงานร่วมกับตัวแปลงพลังงานที่ผลิตจากซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เพื่อเพิ่มกำลังไฟฟ้าส่งออกสู่ระดับไมโครวัตต์ รองรับการใช้งานในเซ็นเซอร์ IoT ยานสำรวจใต้ทะเลลึก และยานอวกาศ

รุ่นใหม่ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นหลายด้าน

แบตเตอรี่นิวเคลียร์รุ่น Tianshu มีปริมาตรเพียง 16.8 ลูกบาศก์เซนติเมตร ภายในบรรจุแหล่งกำเนิดคาร์บอน-14 ปริมาณ 129 มิลลิคูรี (mCi)

ผลการทดสอบระบุว่า

• กระแสลัดวงจร 0.713 ไมโครแอมป์
• แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด 2.06 โวลต์
• ค่า Fill Factor 0.77
• กำลังไฟฟ้าสูงสุด 1.13 ไมโครวัตต์

เมื่อเทียบกับต้นแบบ "Zhulong-1" ที่เปิดตัวเมื่อเดือนพฤศจิกายน 2568 แบตเตอรี่นิวเคลียร์รุ่นใหม่มีประสิทธิภาพดีขึ้นอย่างชัดเจน โดยค่ากัมมันตภาพจำเพาะของแหล่งกำเนิดรังสีเพิ่มขึ้น 1.5 เท่า แต่ใช้วัสดุกัมมันตรังสีเพียง 22% ของรุ่นเดิม ช่วยลดต้นทุนวัตถุดิบ ขณะที่กระแสลัดวงจรเพิ่มขึ้น 2.5 เท่า และกำลังไฟฟ้าสูงสุดเพิ่มขึ้น 2.6 เท่า

ขนาดเล็กลง 83% ความหนาแน่นพลังงานเพิ่ม 15.5 เท่า

ทีมวิจัยระบุว่า แม้ยังคงรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าและเสถียรภาพของการจ่ายพลังงานไว้ได้ แต่ตัวแบตเตอรี่มีขนาดเล็กลงอย่างมาก โดยมีขนาดเหลือเพียง 17% ของรุ่นก่อน หรือย่อส่วนลงราว 83% ขณะที่ความหนาแน่นกำลังไฟฟ้าต่อปริมาตรเพิ่มขึ้นถึง 15.5 เท่า

การปรับปรุงดังกล่าวช่วยแก้ข้อจำกัดสำคัญของแบตเตอรี่นิวเคลียร์คาร์บอน-14 ในอดีต ทั้งด้านประสิทธิภาพ ขนาด และต้นทุนการผลิต พร้อมเพิ่มโอกาสในการนำไปใช้งานจริงในอุตสาหกรรมที่ต้องการแหล่งพลังงานระยะยาว

พัฒนาเทคโนโลยีได้ครบทั้งห่วงโซ่

มหาวิทยาลัยครูภาคตะวันตกเฉียงเหนือ ระบุว่า ผลงานภายใต้แบรนด์ Qianjiyuan แสดงให้เห็นว่าจีนสามารถพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่นิวเคลียร์คาร์บอน-14 ได้ครบทั้งห่วงโซ่ ตั้งแต่การผลิตไอโซโทป การออกแบบตัวแปลงพลังงาน การบรรจุหีบห่อเพื่อความปลอดภัย ระบบจัดการพลังงานระดับไมโครวัตต์ ไปจนถึงการทดสอบใช้งานจริง

อย่างไรก็ตาม แม้คาร์บอน-14 จะมีอายุครึ่งชีวิตกว่า 5,700 ปี แต่กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้จะค่อย ๆ ลดลงตามการสลายตัวของสารกัมมันตรังสี จึงทำให้คำว่า "จ่ายพลังงานต่อเนื่องนานหลายพันปี" เป็นศักยภาพในทางทฤษฎีของเทคโนโลยี มากกว่าจะหมายถึงอายุการใช้งานที่รับประกันในสภาพการใช้งานจริง