核電池可用20年,手機能用核電池嗎?

2020-11-21 關注未來世界

#科技2020-展望新風向#

提到 「核電池」這個詞,不同的人會有不同的想法。一部分網友會想到源源不斷的電力,另一部分網友會想到歷史上可怕的核洩漏事件。核電池雖然現在還沒有出現在我們身邊,但是已經在航天等領域有所應用,在未來或許會更多地投入民用領域。

「旅行者1號」是第一個離開太陽系的人造飛行器,它的成就已經載入史冊。「旅行者1號」能在太空飛行190億公裡,它攜帶的核電池功不可沒。這枚核電池的體重只有37.7公斤,它裝有放射性核素鈽238。鈽238的半衰期是87.74年,所以理論上「旅行者1號」可以孤獨地飛行上百年。鈽238在衰變過程中會放出阿爾法粒子,同時釋放大量的熱能。「旅行者1號」藉助熱電效應將鈽238衰變產生的2400瓦的熱能轉化成160瓦的電能,為長途飛行提供持續、穩定的動力。

假如核素鈽238對人類的健康無害,那這個世界該多麼美好。想像一下這樣的場景,給每戶人家發放1公斤鈽238做成的核電池,那麼家裡所有的家用電器都可以靠它供電,而且起碼可以用一百年哦。然而事與願違,鈽238這麼好的能量源偏偏卻是有毒的,很難成為人們的生活夥伴。

核電池並不一定要用鈽、鈾這些看起來很可怕的重元素,還有一种放射性元素看起來更友好一些。氫的同位素氚比常規的氫多了2個中子,所以被稱為「超重氫」。氚有放射性,發生衰變的過程會釋放出電子。氚在歷史上曾用於製造氫彈、中子彈,如今是和平年代,氚成為一種有前景的民用核電池燃料。

氚最大的好處是資源豐富。地球上可以用來生產氚的原料非常多——海水、湖水、地下水,只要有水的地方就可以生產氚。

氚已經悄悄走進了人們的生活,因為它能持續不斷地放出電子,螢光粉碰到這些電子就會發光,所以少量的氚會用在安全出口指示牌、夜光表這些地方。氚的半衰期是12.43年,所以這些靠氚釋放電子來實現功能的產品的使用壽命也可以達到很久。

氚電池的原理也跟氚可以釋放電子有關,只要適當地引導氚釋放的電子,使它們按照一定的方向流動,就產生了可利用的電能。

氚電池比鈽、鈾這些重元素核電池安全得多,因為氚衰變釋放出來的電子的能量非常微弱,用幾片普通的紙就能擋住,不足以穿透人體造成傷害。當然,假如有人想不開,把氚電池吃進肚子裡,產生「內照射」的危害性就大了。可是,就算是吞鋰電池也不安全吧。

氚電池可以連續供電二十年,可以適應零下40度到零上80度的環境,能產生0.8伏、1.6伏、2.4伏的電壓。不過,這種電池的電流非常小,比較適合用於各類低能耗的傳感器或數據處理器。由於它可以在與世隔絕的環境中長時間提供電力,所以對於一些特殊用途的元器件來說,是最好的電源。比如用在深海油井中,用在植入體內的醫療器件上,等等。

現在已經有人在探索把氚電池用在手機上,然而在功率、安全性和價格等方面還存在挑戰。

結語

核電池在航天上已有成功的應用,「旅行者一號」就是例子。民用核電池利用氚衰變產生電子,可用於低能耗的傳感器或數據處理器。已經有人在探索將核電池用在手機上,不過還存在一些技術挑戰。

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