核電池

　　核電池，又稱同位素電池，它是利用放射性同位素衰變放出載能粒子(如α粒子、β粒子和γ射線)并將其能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。按提供的電壓的高低，核電池可分為高壓型(幾百至幾千V)和低壓型(幾十mV—1V左右)兩類按能量轉(zhuǎn)換機(jī)制，它可分為直接轉(zhuǎn)換式和間接轉(zhuǎn)換式。更具體地講，包括直接充電式核電池、氣體電離式核電池、輻射伏特效應(yīng)能量轉(zhuǎn)換核電池、熒光體光電式核電池、熱致光電式核電池、溫差式核電池、熱離子發(fā)射式核電池、電磁輻射能量轉(zhuǎn)換核電池和熱機(jī)轉(zhuǎn)換核電池等。其中直接充電式核電池、氣體電離式核電池屬于直接轉(zhuǎn)換式，應(yīng)用較少。目前應(yīng)用最廣泛的是溫差式核電池和熱機(jī)轉(zhuǎn)換核電池。核電池取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展始于20世紀(jì)50年代，由于其具有體積小、重量輕和壽命長的特點(diǎn)，而且其能量大小、速度不受外界環(huán)境的溫度、化學(xué)反應(yīng)、壓力、電磁場等影響，因此，它可以在很大的溫度范圍和惡劣的環(huán)境中工作。

　　原理

　　據(jù)了解，當(dāng)放射性物質(zhì)衰變時(shí)，能夠釋放出帶電粒子，如果正確利用的話，能夠產(chǎn)生電流。通常不穩(wěn)定(即具有放射性)的原子核會(huì)發(fā)生衰變現(xiàn)象，在放射出粒子及能量后可變得較為穩(wěn)定。核電池正是利用放射性物質(zhì)衰變會(huì)釋放出能量的原理所制成的，此前已經(jīng)有核電池應(yīng)用于軍事或者航空航天領(lǐng)域，但是體積往往很大。過去在電池的研發(fā)過程中面臨的重大難關(guān)之一，就是為了提高性能，電池大小往往比產(chǎn)品本身還大。由美國密蘇里大學(xué)計(jì)算機(jī)工程系教授權(quán)載完(音)率領(lǐng)的研究組成功為“核電池”瘦身，研發(fā)出的“核電池”體積小但電力強(qiáng)。但權(quán)載完教授組研發(fā)出的核電池只是略大于1美分硬幣(直徑1.95厘米，厚1.55毫米)，但電力是普通化學(xué)電池的100萬倍。密蘇里大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)稱他們研制小型核電池的目的是，為微型機(jī)電系統(tǒng)或者納米級(jí)機(jī)電系統(tǒng)找到合適的能量來源。如何為微型或納米級(jí)機(jī)電系統(tǒng)找到足夠小的能量來源裝置，同微型裝置一樣是一個(gè)熱門研究領(lǐng)域。

　　核電池的另一誘人之處是，提供電能的同位素工作時(shí)間非常長，甚至可能達(dá)到5000年。

　　小型核電池

　　設(shè)想不久的將來，只需要一個(gè)硬幣大小的電池，就可以讓你的手機(jī)不充電使用5000年。

　　外觀結(jié)構(gòu)

　　一般核電池在外形上與普通干電池相似，呈圓柱形。在圓柱的中心密封有放射性同位素源，其外面是熱離子轉(zhuǎn)換器或熱電偶式的換能器。換能器的外層為防輻射的屏蔽層，最外面一層是金屬筒外殼。

　　優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)

　　核電池在衰變時(shí)放出的能量大小、速度，不受外界環(huán)境中的溫度、化學(xué)反應(yīng)、壓力、電磁場等的影響。

　　核電池提供電能的同位素工作時(shí)間非常長，甚至可能達(dá)到5000年。

　　缺點(diǎn)

　　有放射性污染，必須妥善防護(hù)；而且一旦電池裝成后，不管是否使用，隨著放射性源的衰變，電性能都要衰降。

　　類型

　　核電池可分為高電壓型和低電壓型兩種類型。

　　高電壓型

　　高電壓型核電池以含有β射線源（鍶-90或氚）的物質(zhì)制成發(fā)射極，周圍用涂有薄碳層的鎳制成收集電極，中間是真空或固體介質(zhì)。以氚為放射源的試驗(yàn)電池，直徑為9.5毫米，長度為13.5毫米，電壓500伏時(shí)電流為160皮安，12年衰降50%（若用鍶-90，25年衰降50%）。

　　低電壓型

　　低電壓型核電池又分為溫差電堆型、氣體電離型和熒光－光電型三種結(jié)構(gòu)。溫差電堆型的原理同以放射性同位素為熱源的溫差發(fā)電器相同，故又稱同位素溫差發(fā)電器。氣體電離型核電池是利用放射源使兩種不同逸出功的電極材料間的氣體電離，再由兩極收集載流子而獲得電能。這種電池有較高的功率。熒光－光電型核電池利用放射性同位素衰變時(shí)產(chǎn)生的射線激發(fā)熒光材料發(fā)光，再使用光電轉(zhuǎn)換板（太陽能電池板）將熒光轉(zhuǎn)化為電力。這種電池效率較低。