不用充電就可以用幾十年的電池?你見過嗎?現如今手機早已成為了我們人類最親密的夥伴,但是網上娛樂的幸福時光經常會被突然彈出的充電提醒打斷,這時我們難免都會幻想一下,如果科學家能夠發明出一款可以一直使用,並且不用充電的電池就好了。
其實這種電池在現實生活中是真實存在的,它就是「放射性同位素溫差電池」俗稱「核電池」,它的工作原理與核電站並不相同,我們可以把核電站的發電原理簡單理解為,核反應堆裂變時產生的熱能和熱水,形成大量的水蒸氣,從而推動汽輪機帶著發電機一起轉動,即核能→內能→機械能→電能的轉化過程,而核電池的能量轉換則更為簡單,直接將放射性同位素衰變時產生的熱能轉化為電能,這當中的主要原理就是熱電效應。
早在1821年,德國的物理學家塞貝克,就發現了一個神奇現象,將兩種不同的金屬兩端連接在一起組成迴路,如果兩個接觸點的溫度不同,那麼迴路中就會產生電流,這就是熱電效應中的「賽貝克效應」。因此核電池中主要有放射性同位素熱源和溫差電堆兩個部分,它們一個供熱,一個發電,源源不斷地輸出著電量。
目前,核電池中最常用的同位素是鈽238,它在衰變過程中會釋放出一個阿爾法粒子,阿爾法粒子的質量較大,速度較慢,並且用一張紙就可以輕易的阻擋正負粒子,所以大大減輕了電池的屏蔽重量,當阿爾法粒子在材料中受阻減速時就會釋放出熱量,據測算,鈽238在衰變過程中的功率密度達到了0.41瓦每刻,並且半衰期長達87.7年,不用充電就可以長時間的提供電量,因此,科學家們率先將「核電池」利用到了尖端的科技研究上。
2012年,美國發射的「好奇號」火星探測器,成功在火星表面著陸,細心的朋友會發現,「好奇號」探測器身上少了兩個太陽能電池板,取而代之的是一臺重約45公斤的核電池,它不僅可以避免火星沙土對太陽能電池板的灰塵覆蓋問題,還能夠擺脫火星上惡劣的環境,溫度、壓力、電磁場化學反應的影響,持續的為探測器輸出電量,雖然核電池的功率會隨著同位素的衰變不斷下降,預估計14年後將由當初的125瓦的功率輸出降低至100瓦,但是它的使用壽命依舊遠超太陽能電池。
除了航空航天領域,核電池還曾應用於醫學上,心臟起搏器裡面裝就是這種核電池,它的重量僅有100多克,卻可以在人體內連續工作10年以上,患者不必因為更換電池而反覆進行開胸手術,同時,因為高昂的價格和核擴散等現實問題,目前和電池技術只能出現在不計成本的尖端行業,並不能作為普通商品出售。