終極形態(tài)的核電池基礎(chǔ)知識(shí)，你了解嗎？

什么是終極形態(tài)的核電池?生活中，我們常常被蓄電池的電量不足弄的相當(dāng)尷尬。在這時(shí)候，經(jīng)常會(huì)感慨如果電池能一次用上百年是多么令人省心和愉快啊。其實(shí)，我們?nèi)祟愓娴挠羞@種終極形態(tài)的電池 - 核電池。并且在 60 年代就獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，在航天，醫(yī)學(xué)，軍事上的應(yīng)用非常廣泛。

獲取核能有三種形式:核裂變，核聚變，核衰變。原子彈是裂變，氫彈是聚變。原子通過(guò)分裂或聚合的反應(yīng)方式釋放能量，都是驚天動(dòng)地，山崩地裂。而核衰變，是放射性原子持續(xù)向外自發(fā)釋放能量的過(guò)程。過(guò)程溫和，功率相對(duì)于核反應(yīng)，忽略不計(jì)。目前人類使用的核電池即是核衰變電池。也是初代核電池。

未來(lái)科技發(fā)展，二代核電池也將和電影“終極者”T800 引爆的核電池，“鋼鐵俠”胸口的核聚變電池一樣，成為一個(gè)微型核反應(yīng)堆，為使用者提供著巨大而源源不絕的能量。

放射性同位素在衰變過(guò)程中，會(huì)持續(xù)不斷的放出具有熱能的射線。利用半導(dǎo)體換能器將熱能轉(zhuǎn)換為電能的裝置即為核電池。以原子自然衰變釋放的能量為動(dòng)力。

一般核電池外觀與普通化學(xué)電池相近，為圓柱形。在圓柱的中心密封有放射性同位素源，外面包裹著半導(dǎo)體換能器。換能器的外層為防輻射屏蔽層，最外層是金屬筒形的外殼。

核電池按放射性元素的不同可分為高電壓型和低電壓型。高電壓型應(yīng)用在航天與軍事用途上。低電壓型體積可以制造的很小，通常在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用。

美國(guó)近年研發(fā)的微型核電池，大小可以控制在一元硬幣大小。但是電力是普通化學(xué)電池的 100 萬(wàn)倍。這類電池的研制成功，對(duì)微型機(jī)器人，微型機(jī)電系統(tǒng)和系統(tǒng)集成化，多功能化有著極其廣闊的應(yīng)用前景。

應(yīng)用場(chǎng)合：

醫(yī)學(xué)醫(yī)用核電池大小通常是直徑 9 毫米，長(zhǎng)度 13 毫米的圓柱形電池狀，重量一般在 40-100 多克。世界上已經(jīng)有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的心臟病患者植入了核電池驅(qū)動(dòng)的心臟起搏器。給予了他們第二次生命，使用壽命在 15 年。

如果更換為相同功率和壽命的化學(xué)電池，那么和人體的體重一樣重?；瘜W(xué)電池植入體內(nèi)的患者需要頻繁進(jìn)行開胸手術(shù)來(lái)更換，這無(wú)疑是冒著生命危險(xiǎn)承受巨大的痛苦。

航天對(duì)太空飛行器而言，重量和性能的要求極其苛刻。核電池因?yàn)槌渥愕哪芰砍L(zhǎng)的壽命，不受外界環(huán)境的溫度，壓力，化學(xué)反應(yīng)，電磁反應(yīng)等影響持續(xù)釋放能量的特性，而擁有化學(xué)電池不可比擬的優(yōu)勢(shì)，只要空間存在，就可以工作的能力，簡(jiǎn)直是太空飛行的最佳電源。目前掌握核電池制造研發(fā)能力的國(guó)家是中美俄三國(guó)。

下圖宇航員手持圓柱形設(shè)備即是核電池

1959 年，世界上第一顆核電池在美國(guó)誕生。重 1.8 公斤，280 天內(nèi)可以釋放 11.6 度電量。之后核電池進(jìn)入了飛速發(fā)展時(shí)期。

1961 年，美國(guó)第一顆人造衛(wèi)星“探險(xiǎn)者一號(hào)”首次攜帶核電池進(jìn)入外層空間工作。開始進(jìn)行讓衛(wèi)星攜帶核電池進(jìn)入外層空間工作的測(cè)試。

在之后的 10 年間，通過(guò)對(duì)“子午儀”號(hào)系列導(dǎo)航衛(wèi)星，“林肯”號(hào)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星以及“雨云”號(hào)系列氣象衛(wèi)星這些衛(wèi)星使用核電池的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析改進(jìn)后，1969 年阿波羅 11 號(hào)登月飛船，攜帶了兩顆使用钚 -238 作為放射性同位素的核電池登上了月球。

正是核電池的應(yīng)用，太空無(wú)人探測(cè)器才具有了遠(yuǎn)離太陽(yáng)，探索深空的可能。當(dāng)太陽(yáng)能電池不能獲得足夠太陽(yáng)光的時(shí)候，只有核電池才能支持探測(cè)器繼續(xù)工作。

之后的“海盜”，“先驅(qū)者”，“旅行者”等一系列探測(cè)器在核電池的支持下，才有了探測(cè)木星，土星，海王星等一系列遠(yuǎn)征。才能夠讓探測(cè)到的信息和資料回傳給地球，讓我們得以看到這些遙遠(yuǎn)鄰居的近貌。

尤其是“旅行者”一號(hào)，迄今為止遠(yuǎn)離地球 211 億公里，飛行 40 年，已到達(dá)太陽(yáng)系行星軌道之外，這是人類史上最遠(yuǎn)的飛行，核電池依然在履行職責(zé)，讓人類知道了太陽(yáng)風(fēng)的邊緣世界信息。

著名的“好奇”號(hào)火星車全核電池供電，已經(jīng)取消了太陽(yáng)能電池供電板。

下圖后方黑色圓柱體為核電池

蘇聯(lián)時(shí)期，在 60-80 年代，也發(fā)射了幾十顆核電池衛(wèi)星，用于海洋檢測(cè)偵察使用。這些衛(wèi)星是低軌衛(wèi)星，組成了蘇聯(lián)著名的“神話”海天偵測(cè)系統(tǒng)。主要的任務(wù)就是在全球?qū)崟r(shí)追蹤定位美國(guó)的航母戰(zhàn)斗群。需要不間斷向地面發(fā)射坐標(biāo)和圖像信息，核電池加太陽(yáng)能的組合可以很好的滿足大功率長(zhǎng)時(shí)間的工作。

在 1982 年英阿馬島戰(zhàn)爭(zhēng)期間，蘇聯(lián)通過(guò)“神話”掌控了英國(guó)艦隊(duì)的動(dòng)向，聯(lián)絡(luò)阿根廷政府希望提供情報(bào)，結(jié)果被阿根廷拒絕。好吧，阿根廷不相信眼淚。

中國(guó)的航天同位素核電池由中國(guó)原子能科學(xué)研究院在 2006 年研制成功?！版隙稹碧綔y(cè)器登月，即使用了核電池。

月球白天黑夜的交替是 14 天一次，月球白晝溫度 127 攝氏度。黑夜溫度驟降至零下 190 攝氏度，300 度的溫差，如此寒冷的溫度，“玉兔”月球車上的所有儀器都會(huì)被凍壞。如此低溫，無(wú)論是鋰電池，還是氫電池或者鋁電池，全都不能正常工作。黑暗中的月球車和嫦娥探測(cè)器就依靠核電池的能量保持溫度和地面的通訊。等待著白晝的來(lái)臨。

核電池的優(yōu)點(diǎn)非常多，但是一樣有缺點(diǎn)。作為目前使用的初代核電池，受限于熱能轉(zhuǎn)換材料的性能，只有 10%-20%的熱能被利用。其余的能量被浪費(fèi)無(wú)法轉(zhuǎn)換。受限于熱能轉(zhuǎn)換率，電流有限，如果要提供足夠的功率，大體積隨即會(huì)產(chǎn)生高輻射。使用的钚等元素的毒性，也極強(qiáng)烈，這是一把雙刃劍，只有等待將來(lái)了。

隨著科技和材料性能的提升，在進(jìn)一步提高熱能轉(zhuǎn)化率和更換放射性同位素之后，將來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏訌V泛，包括地球上的極地，海島，高山，沙漠，深海等自然環(huán)境惡劣，交通不便的地方，都會(huì)是它大顯身手之地。

但是，在民用領(lǐng)域，核電池的推廣和普及有極大的難度。首先是價(jià)格問(wèn)題。電池原料使用的钚，釙等都很難獲得，有些甚至需要在核裂變乏材料中提取。價(jià)格注定非常昂貴。

最大的障礙還不是價(jià)格，泛民用還會(huì)引發(fā)核安全問(wèn)題。收集儲(chǔ)存電池芯，將會(huì)很容易制造出一顆臟彈，每個(gè)人都將具有摧毀社會(huì)的能力。被特殊組織利用，將會(huì)是一場(chǎng)接一場(chǎng)的人禍。

其次是安全性問(wèn)題。美蘇都發(fā)生過(guò)電池破裂燒毀丟失的事故。雖然現(xiàn)在的核電池已經(jīng)做的極度安全，但是一旦出現(xiàn)破裂摔壞，內(nèi)部的放射性元素會(huì)直接暴露在空氣中。這會(huì)引起民眾極大的擔(dān)憂。

1997 年美國(guó)太空總署發(fā)射“卡西尼”土星探測(cè)器的時(shí)候，就發(fā)生過(guò)民眾抗議事件。擔(dān)心發(fā)射失敗電池會(huì)造成環(huán)境污染。

雖然核衰變電池不會(huì)爆炸，只是緩慢釋放能量而不發(fā)生反應(yīng)，不用擔(dān)心成為微型原子彈，但是輻射，一樣讓絕大多數(shù)普通民眾談核色變。當(dāng)下，我們只有在專業(yè)領(lǐng)域，看它大放異彩了。特別是充滿了幻想和未知的太空，這是核電池的應(yīng)用海洋。以上就是終極形態(tài)的核電池解析，希望能給大家?guī)椭?