“核電池”真的能用一萬(wàn)年嗎？看完其工作原理,，你或能了解真相

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你知道嗎,？下一次“核戰(zhàn)爭(zhēng)”已經(jīng)近在眼前了,，只不過這次的主角并不是什么“殺傷性武器”,，而是“核電池”,。

那么，核電池是什么時(shí)候出現(xiàn)的呢,？它又經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展歷程,？它真的能用一萬(wàn)年嗎？

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核電池的發(fā)展回顧

人類和核能之間的“孽緣”基本都開始于上個(gè)世紀(jì),，核電池也不例外,。它是在1913年，由英國(guó)物理學(xué)家亨利·莫塞萊發(fā)明的,。那一年,，他利用水晶X射線衍射法觀察和測(cè)量了多種金屬化學(xué)元素的波譜，在首創(chuàng)莫塞萊定律之后,，順便設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)核電池,。

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亨利·莫塞萊發(fā)明出第一個(gè)核電池

根據(jù)資料來(lái)看,，當(dāng)時(shí)這塊核電池使用的是20mCi的β放射源,，采用直接收集機(jī)制獲得150kV的電壓以及電流。不過,，這塊電池也有不少缺點(diǎn),，其中最典型的，就是對(duì)真空環(huán)境有著嚴(yán)格的要求，在這種情況下,，它的可應(yīng)用領(lǐng)域很少,。

后來(lái)，人們都發(fā)現(xiàn)了核電池的壽命要比普通電池長(zhǎng)的多,，這種優(yōu)點(diǎn)剛好符合那一時(shí)期準(zhǔn)備起步的航天探索事業(yè),。所以，一批科學(xué)家在忙著搞“核武器”,，另一批科學(xué)家則忙著研究核電池,。

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自上世紀(jì)五十年代開始，核電池就開始進(jìn)入了快速發(fā)展的階段,，人們通過熱電轉(zhuǎn)換機(jī)制造出了適用領(lǐng)域更寬泛的核電池,，相關(guān)的研究甚至擴(kuò)展到了器件制造和應(yīng)用方面。

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用熱電轉(zhuǎn)換機(jī)制造出核電池

眼看著這種“超長(zhǎng)壽命電池”不斷取得研發(fā)成果,，美國(guó)在1956年就制定了核動(dòng)力輔助計(jì)劃（簡(jiǎn)稱SNAP）,，希望核電池的研究可以助力航天發(fā)展。到1961年,，他們便已實(shí)現(xiàn)讓核電池飛上太空的壯舉了,。

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如今，核電池的發(fā)展已經(jīng)過去了百年,，人們學(xué)會(huì)了使用核廢料制作核電池,，進(jìn)一步提升它的發(fā)電性能和壽命等等。

比如,，此前美國(guó)的NDB公司就表示,，他們通過相關(guān)技術(shù)，造出了一種新型核電池,，這種電池的壽命甚至能達(dá)到2.8萬(wàn)年左右,。

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那么，為什么核電池的壽命能這么長(zhǎng)呢,？它的工作原理到底是什么,？

核電池的分類及工作原理
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核電池又叫放射性同位素電池、原子能電池,，雖然與核武器,、核電站之類的共同起步發(fā)展，但是知名度相對(duì)較低,，一直比較低調(diào),。這就導(dǎo)致大家對(duì)它產(chǎn)生了一些誤解，比如不少人都覺得核電池就和核電站的發(fā)電原理一樣,，它就是“濃縮版”的核電站,。

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核電池是一種放射性同位素電池

但事實(shí)上,，核電站是利用核反應(yīng)堆當(dāng)中，原子核裂變釋放的核能來(lái)發(fā)電的,，而核電池的發(fā)電原理和核裂變一點(diǎn)兒關(guān)系都沒有,。因?yàn)樗�的工作原理，是讓其中的同位素衰變產(chǎn)生能量,，然后再將這些能量轉(zhuǎn)換成電,。

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正是因?yàn)橛羞@樣特殊的發(fā)電原理，所以核電池的分類是按照“轉(zhuǎn)換方式”來(lái)區(qū)分的,。人們將其分成了兩大類,，分別是非熱轉(zhuǎn)換型核電池和熱轉(zhuǎn)換型核電池。并且這兩大類之下可以繼續(xù)細(xì)分,，比如非熱轉(zhuǎn)換式還可以分為直接充電型,、直接轉(zhuǎn)換型和間接轉(zhuǎn)換型。

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那么,，這兩種不同形式的核電池,，工作原理又有何差異呢？

首先來(lái)說(shuō)說(shuō)熱轉(zhuǎn)換型核電池,。它算是起步發(fā)展比較早的一類,，技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟。從其名字就能看出,，它是利用同位素衰變后產(chǎn)生的熱能來(lái)發(fā)電的,。首選的同位素有人工合成的化學(xué)元素鋦244、鋦242以及钚238,，這之中大家比較熟悉的應(yīng)該是钚238,，畢竟它是世界上第二個(gè)被合成的超鈾元素。

钚238是第二個(gè)被合成的超鈾元素

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钚238不僅能夠在衰變的過程當(dāng)中,，釋放出大量的熱量以供發(fā)電,，其半衰期的年限還特別長(zhǎng)，大約為87.74年,。這就意味著,，從理論上來(lái)說(shuō)，你擁有了一塊由钚238制成的核電池,，少說(shuō)也能用幾十年,，如果愛惜一點(diǎn)，它的壽命甚至比你家房子的產(chǎn)權(quán)年限還長(zhǎng),。

目前這類電池常用的機(jī)制為熱離子轉(zhuǎn)換,、熱光電轉(zhuǎn)換、賤金屬熱點(diǎn)轉(zhuǎn)換等等,，其中熱離子的轉(zhuǎn)化效率雖然高達(dá)20％,，但是用于轉(zhuǎn)換的原料鋦244產(chǎn)量比較少,，價(jià)格十分昂貴,，無(wú)形中就提升了制造成本,。

熱轉(zhuǎn)換型核電池制造成本昂貴

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其次再來(lái)看看非熱轉(zhuǎn)換型核電池。這類電池主要依靠同位素衰變放出β粒子來(lái)發(fā)電,。以直接充電式核電池為例,，它的基本結(jié)構(gòu)就包括放射源、真空系統(tǒng),、電荷收集裝置,。工作原理是在真空環(huán)境之下，發(fā)射源發(fā)出β或者α粒子,，然后被電荷收集裝置捕捉到形成電場(chǎng),。

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其實(shí)從不同核電池的發(fā)電原理來(lái)看，之所以有人宣傳它能使用1萬(wàn)年甚至更久,，主要是根據(jù)其中同位素的半衰期長(zhǎng)短來(lái)判斷的,。不過雖然核電池的半衰期很久，但是也頂不住一直消耗,，所以它的實(shí)際使用年限應(yīng)該還是和“用電量”息息相關(guān),。

正因如此，目前“能用一萬(wàn)年”還是有些夸張宣傳的意味,，再者也沒有人有那么“長(zhǎng)壽”,，真的目睹這個(gè)電池在1萬(wàn)年后才耗盡電量。不管怎么說(shuō),，核電池的壽命對(duì)比其他電池來(lái)說(shuō),，都要長(zhǎng)的多，目前研發(fā)的核電池大多適用于“耗電量”不太大的設(shè)備,。

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此外,，想讓核電池真正成為人們“夢(mèng)想中”那種，能夠順利使用千年或者萬(wàn)年的“超級(jí)電池”,，還需要進(jìn)一步改進(jìn)能量轉(zhuǎn)換機(jī)制,，因?yàn)榇蟛糠趾穗姵氐哪芰哭D(zhuǎn)換效率都太低了，這是一種浪費(fèi),。至于將核電池推廣進(jìn)行民用,，估計(jì)還有十分漫長(zhǎng)的路要走，畢竟它們的造價(jià)實(shí)在是太高了,。

不知道NDB公司研制出用“核廢料”制作的納米級(jí)鉆石核電池,，能不能依靠廉價(jià)的原料，拉低核電池的市場(chǎng)價(jià)格,。若是價(jià)格夠低的話,，大家還是很樂意買一塊來(lái)用用的,，不求千年萬(wàn)年，哪怕用5到10年也不虧,。那么,，若是未來(lái)核電池的研制取得了更大的進(jìn)步，它將會(huì)被應(yīng)用在哪些領(lǐng)域當(dāng)中呢,？

核電池可以應(yīng)用在哪些領(lǐng)域中,？

首先就是航天領(lǐng)域了，這一領(lǐng)域是各國(guó)角逐的主要目標(biāo),。其實(shí)將核電池應(yīng)用于太空探索,，不止是看重它壽命長(zhǎng)，還有重量輕,，以及小,、能夠經(jīng)受強(qiáng)烈振動(dòng)之類的要求。從目前的情況來(lái)看,，核電池滿足了大部分要求,。

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因此早在旅行者1號(hào)進(jìn)入太空遨游的時(shí)候，美國(guó)就為它裝上了長(zhǎng)效RTG核電池,。根據(jù)資料來(lái)看,，它的核燃料是以钚238為主的，咱們?cè)谏衔闹刑岬竭^,，這是熱轉(zhuǎn)換型核電池的首選元素,。在擁有了這一電池之后，遠(yuǎn)游長(zhǎng)達(dá)幾十年的旅行者一號(hào),，在2025年前依舊能與咱們保持聯(lián)絡(luò),。

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旅行者一號(hào)的核電池使其能保持運(yùn)作至2025年

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其次就是在進(jìn)入民用領(lǐng)域后，核電池可以用在手機(jī),、電動(dòng)汽車之上,。在裝上核電池后，大家就不用再尋找充電寶和充電樁了,，因?yàn)橛猩�之年�?nèi),，電池的電量是消耗不完的。

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不知道核電池普及使用的這一天,，何時(shí)才能到來(lái)呢,？

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