微型核电池,产业化的难题在哪里?

如题所述

微型核电池的概念从99年首次由美国科学家提出到今天已经超过15年了,这个概念已经不算新鲜。它的可行性在原理上也无需置疑(利用核能转化为电能是符合能量守恒基本定律的,这点和永动机不可制成是有着根本去别的)。同样是核能转化为电能,为什么核电站在人们日常生活中能扮演越来越重要的角色,而核电池似乎停滞不前,我认为主要由以下几个方面的原因。

1.尺寸限制;核电池的应用场所决定它的尺寸不可能太大。虽然目前的核电池主要想利用放射性同位素的核衰变,相比核电站或潜艇上利用的核裂变而言,单位时间释放能量很小,但核能释放的能量在有限的空间内释放出来而热量不能及时转换或导出,随着时间的积累,极有可能发生电池破裂或爆炸的危险;

2.放射性同位素的选取;虽然目前在自然界探明或人造的放射性同位素很多,但基于辐射类型、辐射安全性、能量稳定性、半衰期和价格等因素的考虑,科学家目前仍未找到令人满意的选择(请参见爱迪生寻找合适的灯丝材料的过程);

3.安全因素;由于核能在公众潜意识里对核能的忌惮,核能的民用进展一直都十分缓慢。所以即使在实验室里实现了核电池研发,对其安全性的评估工作仍然十分漫长,这对核能产业化的进程必然会产生较大的影响。

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第1个回答  2017-12-11

核电池之所以比核反应堆来的简单,不需要巨大的屏蔽,主要原因是是通过衰变而非裂变来释放能量,可以选择无伽玛辐射或者中子辐射的放射性同位素,因此不需要多少屏蔽,但这也导致功率存在一个显然的限制。于是有一个关键的问题是,手机的功率大概是多少,以及一个可以提供手机功率的核电池会有多麻烦——即使核电池由于封装或者屏蔽其放射性,这依然是一个放射源。我们以水果6为例,其电池3.82V,1810mAh,假设使用24小时充一次电来算,大约是0.29W的平均功耗。对于放射性物质,通常用活度来比较其放射性,老单位是居里,1居里=3.7×10^10贝可,放射性核素每秒有一个原子发生衰变时,其放射性活度即为1贝可;而释放的能量通常用Mev或者KeV来表示,每MeV相当于1.6×10^-13焦耳,也就是说每居里(3.7×10^10贝可)活度的放射性物质在其辐射能量为1Mev的情况下发出的能量大约是5.92毫瓦)以文中的氚电池为例,氚的最大衰变能为18.6 keV,平均能量为5.7 keV,也就是说要提供0.29W的功耗,即使核电池的转换效率为100%,也需要8.6千居里.——要知道手表的氚管通常是25毫居里。按照典型的氚供应价格,至少需要数万美元,按照直接充电式核电池实际效率,需要量至少还要乘以10多倍。而如果我们选用一种比氚的单位能量更高的放射源呢,并且我们假设其伴随的伽玛辐射很小或者很容易防护,比如锶90,氪85(他们都是核裂变产物,可以从乏燃料中大量获取,衰变能量在0.5~0.7MeV),那么面临的问题就更明显了——这种放射性影响比氚强百倍的放射性物质,需要更严格的管理和监督。你不可能把数百居里这种辐射强度的放射源——按有关规定应为三类放射源(没有防护情况下,接触这类源几小时就可对人造成永久性损伤,接触几天至几周也可致人死亡)——塞在手机里拿着到处跑,那样只要一个反社会的小偷把你的手机电池砸烂就可以造成恐慌了。

第2个回答  2017-12-11

微型核电池(penny-sized nuclear battery),是指体积小,只有一硬币的厚度,电力暴强,使用非常安全的“核电池”。可用于手机充电。它通过利用微型和纳米级系统开发出了一种超微型电源设备,这种设备通过放射性物质的衰变,释放出带电粒子,从而获得持续电流。生活中,你肯定在为你的手机电量是否充足、是否要马上充电等问题而操心劳神,所以,如果给你一块几个月都不需要充电的电池,你马上会高兴起来,如果给你一块你一辈子都不用充电的电池,你会不会惊讶万分?如果给你一块几百代人都不用充电的电池,你会不会觉得这是神话?告诉你,美国科学家眼下就创造出了这个神话。那么神话是怎么创造出来的呢?原来,早些时候,科学家就发现,当放射性物质衰变时,就能够释放出带电粒子,如果采取一定特殊的办法,就能够把带电粒子驯服归拢起来,形成电流。后来科学家依照这个发现和放电原理,发明了大型的核电池,用于工业和航天业。如在航天领域,可把核电池安装在太阳能不够用的探测卫星上,或安装在发射到太阳系外的无人飞船上。遗憾的是,因核电池必须装有一个收集带电粒子的固体半导体,但由于辐射的作用,固体半导体很快就会受损,而为了降低受损程度,核电池就必须做得足够大。正因为核电池变小很难,所以它就很难在小型或微型电子设备上派上用场,自然也就很难把它做成手机电池了。情况有了转机,美国科学家想出了为核电池“瘦身”的妙计,他们把核电池内易受损的固体半导体换成了不易受损的液体半导体,这样不但能完成收集带电粒子的使命,而且还可以大幅度“瘦身”,真可谓是一举两得。按照新思路研发出的圆形核电池直径有1.95厘米,厚才1.55毫米,仅仅比1美分硬币大一点点,但其电力却是普通化学电池的100万倍。

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