微型核电池

-特点

　　韩国《朝鲜日报》报道称，过去在电池的研发过程中面临的重大难关之一，就是为了提高性能，电池大小往往比产品本身还大。但权载完教授组研发出的核电池只是略大于1美分硬币(直径1.95厘米，厚1.55毫米)，却可以发出普通化学电池需充电100万次才能发出的电力。

　　权载完教授还实现了用于电池的芯片的改革。使用核电池时发出的放射能可能会损坏电池内部的固体芯片结构，但权载完利用液体芯片，最大限度地克服了这一问题。权载完向BBC电台表示：“核能可用于心脏搏动调节装置或人造卫星等，已经可以安全地用于人们的生活。”

　　只需要一个硬币大小的电池，就可以让你的手机不充电使用5000年。

　　美国密苏里大学研发团队开发出的微型“核电池”使用某种液态半导体，在带电粒子通过时并不会对半导体造成损伤，所以他们得以进一步小型化电池。负责该项目的Jae博士称，虽然人们总是闻“核”色变，但实际上核动力能源早就被应用在例如心脏起搏器、太空卫星和海底设备等多种安全供电项目上。

　　微型核电池-应用

　　科学家认为，在遥远的未来，微型核电池将被广泛使用到小型和微型电子系统，比如说用于分析血样的微型电子仪里。因核电池提供电能的时间非常长，到那时，只需要一个硬币大小的电池，就可以让我们的手机5000年不用充电。另外，像正在流行的电动车的电池，也有望实现让人至少一辈子不用充电的梦想。至于核电池是否会出现核污染问题，科学家指出，这个问题早在发明它的时候就同时解决了，人们不必为此担忧。

　　微型核电池-核电池

　　“核电池”也被叫做“放射性同位素温差发电器”或“原子能电池”。这种温差发电器是由一些性能优异的半导体材料，如碲化铋、碲化铅、锗硅合金和硒族化合物等，把许多材料串联起来组成。另外还得有一个合适的热源和换能器，在热源和换能器之间形成温差才可发电。

　　核电池的热源是放射性同位素。它们在蜕变过程中会不断以具有热能的射线的形式，向外放出比一般物质大得多的能量。这种很大的能量有两个令人喜爱的特点。一是蜕变时放出的能量大小、速度，不受外界环境中的温度、化学反应、压力、电磁场的影响，因此，核电池以抗干扰性强和工作准确可靠而著称。另一个特点是蜕变时间很长，这决定了核电池可长期使用。核电池采用的放射性同位素来主要有锶-90(Sr-90，半衰期为28年)、钚-238(Pu-238，半衰期89.6年)、钋-210(Po-210半衰期为138.4天)等长半衰期的同位素。将它制成圆柱形电池。燃料放在电池中心，周围用热电元件包覆，放射性同位素发射高能量的α射线，在热电元件中将热量转化成电流。

　　核电池的核心是换能器。目前常用的换能器叫静态热电换能器，它利用热电偶的原理在不同的金属中产生电位差，从而发电。它的优点是可以做得很小，只是效率颇低，目前热利用率只有10%～20%，大部分热能被浪费掉。

　　在外形上，核电池虽有多种形状，但最外部分都由合金制成，起保护电池和散热的作用;次外层是辐射屏蔽层，防止辐射线泄漏出来;第三层就是换能器了，在这里热能被转换成电能;最后是电池的心脏部分，放射性同位素原子在这里不断地发生蜕变并放出热量。

　　第一个核电池是在1959年1月16日由美国人制成的，它重1800克，在280天内可发出11.6度电。在此之后，核电池的发展颇快。1961年美国发射的第一颗人造卫星“探险者1号”，上面的无线电发报机就是由核电池供电的。1976年，美国的“海盗1号”、“海盗2号”两艘宇宙飞船先后在火星上着陆，在短短5个月中得到的火星情况，比以往人类历史上所积累的全部情况还要多，它们的工作电源也是核电池。因为火星表面温度的昼夜差超过100℃，如此巨大的温差，一般化学电池是无法工作的。

　　大海的深处，也是核电池的用武之地。在深海里，太阳能电池根本派不上用场，燃料电池和其他化学电池的使用寿命又太短，所以只得派核电池去了。例如，现在已用它作海底潜艇导航信标，能保证航标每隔几秒钟闪光一次，几十年内可以不换电池。人们还将核电池用作水下监听器的电源，用来监听敌方潜水艇的活动。还有的将核电池用作海底电缆的中继站电源，它既能耐五六千米深海的高压，安全可靠地工作，又少花费成本，令人十分称心。

　　在医学上，核电池已用于心脏起搏器和人工心脏。它们的能源要求精细可靠，以便能放入患者胸腔内长期使用。以前在无法解决能源问题时，人们只能把能源放在体外，但连结体外到体内的管线却成了重要的感染渠道，很是使人头疼。现在可好了，眼下植入人体内的微型核电池以钽铂合金作外壳，内装150毫克钚238，整个电池只有 160克重，体积仅 18立方毫米。它可以连续使用10年以上。

　　核电池和阿波罗飞船

　　1969年7月21日，人类第一次成功地登上月球，使用的是阿波罗11号飞船。在月球表面的“静海区”着陆之后，进行了一系列科学实验，例如采集岩石样品、测定太阳风等等。很多人或许还能记得，当时人们都在屏住呼吸从电视屏幕上观看人类第一次登上月球的情景，观看船长阿姆斯特隆和飞行员奥德林在月面上手舞足蹈的动人场面。

　　在阿波罗11号飞船上，安装了两个放射性同位素装置，其热功率为15瓦，用的燃料为钚-238。但是，阿波罗11号上的放射性同位素装置是供飞船在月面上过夜时取暖用的，也就是说它仅仅用于提供热源。所以，该装置又叫做ALRH(Apolo Lunar RI Heater)装置，意思是阿波罗在月球上用的放射性同位素发热器。

　　但是，在后来发射的用于探索月面的阿波罗宇宙飞船上，安装的放射性同位素装置全部是为了发电用的。这就是SNAP-27A装置。它用的燃料是钚-238，设计的电输出功率为63.5瓦，整个装置重量为31千克，设计寿命为一年。主要是用于阿波罗月面探查的一系列科学实验。

　　月球上的一天等于地球上的27天。黑夜的时间占一半，一夜约为地球上的两周。太阳电池在黑夜期间完全停止工作。与此同时，处于背阳的月面，其温度会急剧下降好几百度，从酷热一下变成了严寒的世界。为了使卫星上的地震仪、磁场仪以及其它机械能正常工作，必须利用余热进行保温。

　　在阿波罗12号飞船上首次装载的放射性同位素电池——SNAP-27A装置，其寿命远远超过设计时考虑的一年，并能连续供给70瓦以上的电力，完全符合预期的设计要求。由于这一实验获得成功.后来在1970年发射的阿波罗14号以及随后的阿彼罗15号、16号、17号等飞船上都相继安装了SNAP-27A装置。

　　核电池极其贵重，而且使用钚-238的核电池我国还不能生产。十几年前，我国从俄罗斯买过一枚核电池，大小相当于2#干电池，输出功率500mW，可以连续输出200多年，当时买来的价格折合3000万元人民币。科学家在严密的防护下打开它，结构看起来很简单，但是研究了几年也没有结果，不知道怎么做出来的。