گفت‌وگوی علمی

افشین رشید

ژنراتور ترموالکتریک رادیوایزوتوپ (RTG) نوعی مولد انرژی است که از گرمای تولید شده توسط واپاشی (تجزیه) رادیواکتیو برای تولید برق استفاده می‌کند. این فناوری عمدتاً در مأموریت‌های فضایی، ایستگاه‌های تحقیقاتی دورافتاده و برخی از سامانه‌های هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. در نیروگاه برق هسته‌ای، از RTG به‌عنوان منبع اصلی تولید برق استفاده نمی‌شود، بلکه نیروگاه‌های هسته‌ای معمولاً بر پایه شکافت هسته‌ای کار می‌کنند که توان بسیار بیشتری تولید می‌کند. بااین‌حال، RTG می‌تواند در کاربردهای خاص در نیروگاه‌های هسته‌ای مورد استفاده قرار گیرد، مثلاً برای تأمین برق اضطراری در مواقع بحرانی. نحوه عملکرد RTG در تولید انرژی الکتریکی منبع گرما (رادیوایزوتوپ) در RTG، یک ایزوتوپ رادیواکتیو مانند پلوتونیوم-238 (Pu-238) به‌عنوان سوخت استفاده می‌شود. این ایزوتوپ به‌صورت طبیعی دچار واپاشی آلفا شده و گرما تولید می‌کند. تبدیل گرما به الکتریسیته (اثر ترموالکتریک) گرمای تولید شده توسط رادیوایزوتوپ به ماژول‌های ترموالکتریک منتقل می‌شود. این ماژول‌ها معمولاً از مواد نیمه‌هادی ساخته شده‌اند که به اثر سیبک (Seebeck Effect) وابسته‌اند. اختلاف دمای بین بخش گرم (در تماس با ایزوتوپ) و بخش سرد (رادیاتور یا محیط اطراف) موجب ایجاد جریان الکتریکی در داخل ماژول ترموالکتریک می‌شود. مدیریت و استفاده از برق تولیدی برق تولید شده به‌صورت جریان مستقیم (DC) است و می‌تواند برای تأمین انرژی تجهیزات الکترونیکی یا ذخیره در باتری‌ها استفاده شود. کاربرد RTG در نیروگاه‌های هسته‌ای تأمین برق اضطراری: در صورت ازکارافتادن سیستم‌های اصلی نیروگاه، RTG می‌تواند برق پایدار و طولانی‌مدت فراهم کند. حفظ سیستم‌های ایمنی: برخی از حسگرها و تجهیزات ایمنی که نیاز به برق دائمی دارند، ممکن است با RTG تغذیه شوند. مأموریت‌های خاص: در راکتورهای کوچک مدرن، RTG می‌تواند به‌عنوان یک منبع تغذیه کمکی مورد استفاده قرار گیرد. مزایا و معایب RTG مزایا: بدون قطعات متحرک، بنابراین نیاز به نگهداری کم دارد. عمر طولانی (می‌تواند دهه‌ها برق تولید کند). مناسب برای محیط‌های دورافتاده یا مأموریت‌های فضایی. معایب: توان خروجی کم نسبت به راکتورهای شکافت هسته‌ای. هزینه بالا به دلیل نیاز به ایزوتوپ‌های رادیواکتیو خاص. ملاحظات ایمنی و زیست‌محیطی در مدیریت مواد رادیواکتیو. نتیجه‌گیری: در نیروگاه‌های هسته‌ای، تولید برق عمدتاً از شکافت هسته‌ای انجام می‌شود، اما RTG می‌تواند برای کاربردهای خاص، به‌ویژه تأمین برق اضطراری مورد استفاده قرار گیرد.

در نیروگاه‌های هسته‌ای، تولید انرژی الکتریکی معمولاً از طریق فرآیند شکافت هسته‌ای در رآکتور هسته‌ای انجام می‌شود. اما در برخی موارد خاص، از ژنراتورهای ترمواکتیو رادیوایزوتوپ (RTG) برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شود. این نوع ژنراتورها در فضاپیماها یا در شرایطی که منبع انرژی دیگری در دسترس نباشد، کاربرد دارند. در یک ژنراتور ترمواکتیو رادیوایزوتوپ، از فرایند واپاشی رادیواکتیو برای تولید حرارت استفاده می‌شود. این حرارت سپس توسط یک سیستم ترمواِلکتریک به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. در این ژنراتورها، از مواد ترمواکتیو (مواد با ضریب ترمواِلكتریک بالا) استفاده می‌شود که قادرند تفاوت دما را به ولتاژ تبدیل کنند. به عبارت دیگر، دمای ناشی از واپاشی رادیوایزوتوپ در یک طرف سیستم ایجاد می‌کند و طرف دیگر سیستم در دمای پایین‌تر قرار دارد. این اختلاف دما باعث حرکت الکترون‌ها در مواد ترمواکتیو می‌شود و انرژی الکتریکی تولید می‌شود. در نیروگاه‌های هسته‌ای معمولاً از این سیستم‌ها به‌طور خاص برای تولید انرژی الکتریکی استفاده نمی‌شود، بلکه بیشتر در فضاپیماهایی که به انرژی طولانی مدت نیاز دارند و نمی‌توانند به منابع انرژی خارجی دسترسی داشته باشند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

برای ارسال پاسخ شوید.