2022-06-20
不充电也能续航百年?太空中的核电池是何原理,为何不能民用?
当我们还在天马行空想着如果自己的手机可以尽情地在网上冲浪,不用考虑充电这个问题的时候,不用充电也能续航百年的核电池已经被科学家们发明了出来,并且运用在航天领域。那么这种核电池真的可以不用充电吗?它的工作原理又是什么?
核电池叫做放射性同位素温差发电器,又称原子能电池。核电池与核电站的发电原理不同,核电站得比较复杂,先将核能转为内能,接着由内能转化成机械能,再由机械能转化为电能。但核电池不用这么麻烦,核电池是把碲化铋、碲化铅等性能优异的半导体材料串联组成起来的,除此之外,核电池要发电就要使其存在温差,所以它还需要合适的热源和换能器来达到发电的效果。
核电池用的是衰变原理,核电池的种类多种多样,以目前航天器核电池常用的“燃料”钚-238来说,在它衰变过程中,它会产生一个α粒子,而这个α粒子会因为受阻减慢速度,从而放出热量。根据实验测算,在衰变过程中,钚-238的功率密度是0.41w/g,而半衰期竟可高达87.7年。而我们先前提到的半导体材料,它可以让钚-238在衰变过程中产生的热能转化成电能,主要是将两个不同半导体元件串联成电池的两极,如此一来,利用温差,热能会转变为电能,而这个过程也不停的在发电,我们管这种现象为温差电动势。放射性同位素和温差不断组成就形成了核电池。简单来说,核电池的原理是将热量转化为电能。
核电池不仅体积小,重量也轻,使用起来很是方便,重要的是使用寿命长。那核电池是否真的可以不用充电也可以用上百年呢?其实我们从它的原理也可以得知整个过程是在不断地衰变,这也意味着在某一段时间后能量被耗尽,核电池也就变成了“废品”,但是就目前来说,核电池在航天器中的寿命有几十年甚至是上百年,足够满足人们对核电池的需求。
核电池的寿命要比太阳能电池板的寿命要长很多,所以在航天领域,大部分都是使用核电池,比如在2012年时,美国就是在火星探测器“好奇号”用了45斤的核电池,就连目前新型的火星漫游车“毅力号”也是用了好“好奇号”相似的核电池,其实不光是航天领域,医疗领域也在运用核电池,比如心脏起搏器,它可以在人体内工作十年之久,所以对患者来说,不仅没有放置的负担,也免去了因时间的问题继续动手术,但是因为核电池遇火会释放放射性污染,假设患者逝世后火化,核电池也跟着被火化,那后果很是危险,因此后面这种核电池的心脏起搏器就被停产了。
很多人也会有这样疑惑,既然核电池使用寿命长,抗干扰性强,为什么不能民用?主要有两个原因。一是如心脏起搏器被停用的原因一致,它的放射性没有办法得到解决,使用它和它带来的污染在民用上不能达到平衡,或许在未来,科技的不断发展能找到一个更好的解决办法,但目前我们仍不能解决这个污染的问题,而用在航天领域,它可以被国家管控,也方便人们探索宇宙,是合适的;二是核电池的成本太高了。比如我们知道的钚-238,一斤的钚-238就要上千万美金,而美国的探测仪要用45公斤的核电池,这需要一笔非常庞大资金支持,而一个国家要承担这么高金额的核电池尚且都吃力,更何况是我们普通老百姓。所以核电池的成本价并不亲民,因此在民用方面很难有所突破,只能在航天或者其他的军事领域得到超常发挥。
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