وقود المحولات

يعتمد اختيار وقود معين للمحولات على اعتبارات دقيقة أولها، السلامة الإشعاعية فيجب أن يتوفر في الوقود العزل الإشعاعي اللازم لضمان عدم التعرض لجرعات إشعاعية نحن في غنى عنها. كما ويجب أن يكون الوقود غير قابل للتفاعلات النووية. كما ويجب أن تتوفر في الوقود اعتبارات أخرى تتعلق بوزنه (خاصة بالنسبة لتطبيقات الفضاء) وبمدى التعويل عليه لفترة طويلة والطاقة الناتجة عنه بالإضافة إلى ثمنه.

وهناك قائمة طويلة من عناصر الوقود الممكن استخدامها تزيد عن 1300 عنصراً، فإذا اخذنا في الاعتبار الاحتياطات السابقة بالإضافة إلى المميزات التالية التي يجب أن يتمتع بها عنصر الوقود وهي:

1.     أن يكون عمر النصف له طويل (لتمكن البطارية من العيش زمناً طويلاً).

2.    لا تنطلق من الوقود أشعة γ (ما أمكن).

3.    كثافة طاقة عالية أكبر من W/g 0.1 على الأقل.

4.   ذو ثمن زهيد، وسهل التوزيع وذو خواص فيزيائية معقولة -

إن هذه القيود الموضوعة على اختيار الوقود تهبط بعدد العناصر المستخدمة إلى تسعة عناصر فقط. نبينها في الجدول رقم (1). حيث يمكن تصنيف هذه العناصر في ثلاث مجموعات:

1.     المجموعة الأولى: تضم عناصراً تتحلل بإطلاق جسيمات α (العناصر الأربعة في ذيل الجدول. وهذه يمكن إنتاجها في المفاعلات بتفاعلات عديدة ومن ثم فهي باهظة التكاليف (باستثناء البولونيوم الذي يوجد في الطبيعة).

2.     المجموعة الثانية: تضم عناصراً تتحلل بإطلاق جسيمات β (العناصر الأربعة التي تسبق عناصر المجموعة الأولى. وهذه تنتج عن الانشطار النووي في المفاعلات ويمكن استخلاصها بكميات كبيرة عندما تعاد معالجة الوقود المستخدم في المفاعلات) .

3.     عنصراً واحداً هو الكوبلت - 60 .

لاحظ أنه يتبع إشعاع β, α انطلاق إشعاع γ غالباً، إلا في حالة عنصر السترشيوم - 90 فإنه يشع β فقط ومن ثم يعتبر مشع نفي لأشعة β (يتحلل هذا العنصر مباشرة إلى مستوى الاستقرار الأرضي في اليوتيريوم (Y - 90) .

يعتبر السترشيوم - من وجهة نظر تتعلق بالتدريع والحماية الإشعاعية -أفضل العناصر السابقة وذلك لأنه مشع لجسيمات β التي لا تحتاج إلى تدريع كبير. كما وأنه عنصر رخيص ومتوفر بكثرة بعد إعادة معالجة الوقود. كما وأنه يحظى بعمر نصف طويل وقدرة نوعية معتدلة. وتستخدم تيتانات السترشيوم كوقود وذلك لأنها غير قابلة للذوبان في الماء وتقاوم الصدمات وذات درجة انصهار عالية.

أما العيب الوحيد للسترشيوم - 90 فإنه يتمثل في إمكانية امتصاصه بواسطة العظام مما يؤدي إلى تحطيم خلايا إنتاج الدم في الإنسان.

يبين الشكل (1) مخطط إنتاج السترنشيوم من المفاعل. حيث تنتج في النهاية كبسولات الوقود على شكل حبيبات أسطوانية صغيرة. يستخدم التسرنشيوم في بطاريات 7-SNAP التي تستخدم في أجهزة الملاحة ومحطات مراقبة الطقس. كما وأنه يعتبر من أوسع النظائر المستخدمة لإنتاج الطاقة انتشاراً.

الشكل (1)

يستخدم البلوتونيوم - 238 في تطبيقات الفضاء وذلك لأنه يمكن تدريعه بسهولة وليست هناك أخطاراً يمكن أن تنتج عن التفاعلات النووية الناتجة منه.

الجدول (1)