核电池

拼音：hé diàn chí

核电池又叫“放射性同位素电池”，它是通过半导体换能器将同位素在衰变过程中不断地放出具有热能的射线的热能转变为电能而制造而成。核电池已成功地用作航天器的电源、心脏起搏器电源和一些特殊军事用途。

核电池-简介

09年10月10日，据英国BBC网站报道，科研人员成功研制出硬币大小的“核电池”(nuclear battery)，通过同位素的衰变产生电能。该研究成果被刊登在最新一期的《应用物理杂志》等科学杂志。

核电池-原理

据了解，当放射性物质衰变时，能够释放出带电粒子，如果正确利用的话，能够产生电流。通常不稳定(即具有放射性)的原子核会发生衰变现象，在放射出粒子及能量后可变得较为稳定。核电池正是利用放射性物质衰变会释放出能量的原理所制成的，此前已经有核电池应用于军事或者航空航天领域，但是体积往往很大。

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。由美国密苏里大学计算机工程系教授权载完(音)率领的研究组成功为“核电池”瘦身，研发出的“核电池”体积小但电力强。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)，但电力是普通化学电池的100万倍。密苏里大学研究团队称他们研制小型核电池的目的是，为微型机电系统或者纳米级机电系统找到合适的能量来源。如何为微型或纳米级机电系统找到足够小的能量来源装置，同微型装置一样是一个热门研究领域。

核电池的另一诱人之处是，提供电能的同位素工作时间非常长，甚至可能达到5000年。设想不久的将来，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。

权载完教授带领的研究团队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。

核电池-外观结构

阿波罗登月舱里配有同位素电池

一般核电池在外形上与普通干电池相似，呈圆柱形。在圆柱的中心密封有放射性同位素源，其外面是热离子转换器或热电偶式的换能器。换能器的外层为防辐射的屏蔽层，最外面一层是金属筒外壳。

核电池-优缺点

优点

核电池在衰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、电磁场等的影响。

核电池提供电能的同位素工作时间非常长，甚至可能达到5000年。

缺点

有放射性污染，必须妥善防护;而且一旦电池装成后，不管是否使用，随着放射性源的衰变，电性能都要衰降。

核电池-类型

核电池可分为高电压型和低电压型两种类型。

高电压型核电池以含有 β射线源(锶-90或氚)的物质制成发射极，周围用涂有薄碳层的镍制成收集电极，中间是真空或固体介质。以氚为放射源的试验电池,直径为9.5毫米，长度为13.5毫米，电压500伏时电流为160皮安，12年衰降50%(若用锶-90，25年衰降50%)。

低电压型核电池又分为温差电堆型、气体电离型和荧光-光电型三种结构。温差电堆型的原理同以放射性同位素为热源的温差发电器相同，故又称同位素温差发电器。气体电离型核电池是利用放射源使两种不同逸出功的电极材料间的气体电离，再由两极收集载流子而获得电能。这种电池有较高的功率。

核电池-利用

心脏搏动调节装置

卫星

人造心脏的放射性同位素动力源用的燃料是钚-238。

卫星

在太空中邀游的卫星，它对电源的要求特别严格，既要重量轻、体积小，能经受强烈的振动，而且还要求使用寿命长。因此，国外在70年代初期相继发射的几个木星探测器上，都装有用氧化钚和钼制做的高性能核电池。后来发射的火星探测器，也装有类似的核电池。

在气象卫星雨云号上也安装了放射性同位素电池。这种气象卫星环绕地球周围的轨道飞行，可以用来拍摄云图，或者对大气层和地球表面的地形进行勘察和调查。

在探查木星的卫星——先驱号上面装置了四个30瓦的放射性同位素电池。

1976年，火星的卫星飞船“海盗号”在火星表面成功地进行了无人着陆，在这个卫星船上也安置了两个35瓦的放射性同位素电池。

水下监听器和海底电缆的中继站

在深海里，太阳能电池派不上用场，其他如燃料电池和化学电池的使用寿命又太短，因此现在已将核电池用作水下监听器和海底电缆的中继站的电源，用来监听敌潜水艇的活动和通讯。

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。

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-发展

小型核电池

虽然在很久之前核电池就已经应用在航天领域，但是在因为大小的限制，在地球上核电池的应用还很少。大多数核电池通过固态半导体截获带电粒子，因为粒子的能力非常高所以半导体随着时间的推移将受到损伤，为了能让电池长期使用，核电池被制造的非常大。

但随着科学技术的发展。2009年10月，美国密苏里大学的研究小组对外宣称，外观仅有硬币大小(直径1.95厘米，厚1.55毫米)，使用寿命可达普通电池100万倍的微型“核电池”已经被研发出来。

核电池-目的

为微型机电系统或者纳米级机电系统找到合适的能量来源。

核电池-事故

“卡西尼”宇宙飞船便是由钚制成的核电池推动

美国政府在冷战期间，常制造可用上几十年的钚核电池，多年来已造出几十个推动卫星、行星探测器及间谍装置的核电池，但亦曾发生意外，释出有害物质祸及全球。

1964年，一枚导航卫星运载火箭失灵，导致卫星上的钚核电池爆炸，所释放的放射性物质散落全球，令人关注钚的应用。

1965年，喜玛拉雅山一队美国情报小组，在暴风雪下遗失了一个侦察中国、以钚作能源的装置。

1968年，一枚脱离轨道的天气卫星坠落太平洋，幸好联邦调查人员在加州对开起回完整的核电池。

1997年，美国太空总署准备发射“卡西尼”号土星探测器时，便有数百名示威者在场抗议，指出一旦发生意外，探测器的核电池有机会爆裂，最终导致数以千计的人因癌症而死。当局的专家现时指出，最新的钚核电池更能防止破裂，将危害人类的机会减至极低。