“不是說已經有20年不斷電的核電池了嗎?那玩意靠譜嗎?安全不?能量產嗎?”一位網友近日提出的疑問。
微型核電池這個概念并不算新鮮,其實早在1999年就已經被科學家提出了,其可行性在原理上也解釋得通,區別于核電站的核裂變生成電能,所謂的微型核電池,其實并不是利用核裂變轉化為電能的原理,而是利用放射性同位素的衰變來產生能量。
像這位網友提到的20年不斷電的核電池,應該是此前外媒提到的一種民用氚電池,產電的原理根本不需要經過熱量轉換。這種電池使用的所謂“核原料”是氫的同位素氚,它的原子核由一個質子和兩個中子構成,又被稱為超重氫。
這是一種放射性物質,會發生β衰變,放出高速移動的電子,即β射線,同時轉變成氦3。這種電池就是直接利用氚的衰變產生的β射線,讓這些高速電子射入半導體中,從而產生了微弱的電流。
具體原理來說,氚在β衰變中,原子核內一個中子轉變為一個質子,同時釋放一個電子,即β粒子。氚放出的高能電子束在穿過窗口通道后進入捕獲層,在通過p-n結的有效區域期間,半導體材料內部電子將被β粒子激發到激發態,形成電子-空穴對,由于p-n結內部的內建電場作用,電子和空穴將被分離到p-n結兩端,從而形成宏觀電壓。如果在p-n結兩段形成回路的話就產生了電流。
由于這個機制類似于光生伏特效應,所以才用β衰變作為能量源的核電池也被稱為貝塔伏特電池。同時由于氚的半衰期長達12.43年,因此這種電池可以在長時間內持續提供電池。但它產生的電流不大,只適合應用于那些耗電較低但需要超長時間不間斷供電的場合,比如內置醫療設備的供電,以及軍事或者太空用途。
為何無法量產?
那么既然是有可行性的,那么目前為何沒有見到量產的核電池呢?
1、首先便是安全性上,“核”這個詞,大家已經不是很陌生了,在很多新聞中也都見過,比如“核電站爆炸”啦,“核彈將毀滅人類”啦,“核泄漏制造出了新怪物”啦,似乎“核”就是危險的代名詞一般,在核電站附近的居民甚至會達到談“核”色變的程度。
而正是由于人們對于核能潛意識里的忌憚,也就導致了核能的民用進展一直以來都非常緩慢,所以即便在實驗室中已經實現了核電池的研發,科學家依然要對其進行漫長的安全評估,同時還要用更長的時間去進行宣傳,以消除人們的疑慮。如果沒有做好安全評估,那么恐怕即便是量產了,也不會有人敢用。引用一條比較有趣的段子:“普通電池發熱:我去要沒電;核電池發熱:我去要炸!”
2、其次還是安全性,我們知道,核電池想要應用在手機中,是有尺寸限制的,即便目前的核電池避開核裂變,利用放射性同位素的核衰變,來減小其危險性,但是對于手機這種耗電量不大的設備來說,會導致核能釋放的能量只能在有限的空間內釋放出來,從而造成熱量不能及時轉換或導出,那么隨著時間的積累,極有可能發生電池破裂或爆炸的危險。
3.另外,依然是因為安全性,在同位素的選擇上,雖然目前在自然界探明或人造的放射性同位素很多,但基于輻射類型、輻射安全性、能量穩定性、半衰期和價格等因素的考慮,科學家目前仍未找到令人滿意的材料,所謂的氚,也不過可以看成是過度元素而已。
4、最后,小編想說的是,別看電池......一款手機,你真的可以用20年嗎?這能續航20年的核電池,會不會有些太浪費了?