當我們還在天馬行空想著如果自己的手機可以盡情地在網上衝浪,不用考慮充電這個問題的時候,不用充電也能續航百年的核電池已經被科學家們發明了出來,並且運用在航天領域。那麼這種核電池真的可以不用充電嗎?它的工作原理又是什麼?
核電池叫做放射性同位素溫差發電器,又稱原子能電池。核電池與核電站的發電原理不同,核電站得比較複雜,先將核能轉為內能,接著由內能轉化成機械能,再由機械能轉化為電能。但核電池不用這麼麻煩,核電池是把碲化鉍、碲化鉛等效能優異的半導體材料串聯組成起來的,除此之外,核電池要發電就要使其存在溫差,所以它還需要合適的熱源和換能器來達到發電的效果。
核電池用的是衰變原理,核電池的種類多種多樣,以目前航天器核電池最常用的“燃料”鈽-238來說,在它衰變過程中,它會產生一個α粒子,而這個α粒子會因為受阻減慢速度,從而放出熱量。根據實驗測算,在衰變過程中,鈽-238的功率密度是0.41w/g,而半衰期竟可高達87.7年。而我們先前提到的半導體材料,它可以讓鈽-238在衰變過程中產生的熱能轉化成電能,主要是將兩個不同半導體元件串聯成電池的兩極,如此一來,利用溫差,熱能會轉變為電能,而這個過程也不停的在發電,我們管這種現象為溫差電動勢。放射性同位素和溫差不斷組成就形成了核電池。簡單來說,核電池的原理是將熱量轉化為電能。
核電池不僅體積小,重量也輕,使用起來很是方便,最重要的是使用壽命長。那核電池是否真的可以不用充電也可以用上百年呢?其實我們從它的原理也可以得知整個過程是在不斷地衰變,這也意味著在某一段時間後能量被耗盡,核電池也就變成了“廢品”,但是就目前來說,核電池在航天器中的壽命有幾十年甚至是上百年,足夠滿足人們對核電池的需求。
核電池的壽命要比太陽能電池板的壽命要長很多,所以在航天領域,大部分都是使用核電池,比如在2012年時,美國就是在火星探測器“好奇號”用了45斤的核電池,就連目前最新型的火星漫遊車“毅力號”也是用了好“好奇號”相似的核電池,其實不光是航天領域,醫療領域也在運用核電池,比如心臟起搏器,它可以在人體內工作十年之久,所以對患者來說,不僅沒有放置的負擔,也免去了因時間的問題繼續動手術,但是因為核電池遇火會釋放放射性汙染,假設患者逝世後火化,核電池也跟著被火化,那後果很是危險,因此後面這種核電池的心臟起搏器就被停產了。
很多人也會有這樣疑惑,既然核電池使用壽命長,抗干擾性強,為什麼不能民用?主要有兩個原因。一是如心臟起搏器被停用的原因一致,它的放射性沒有辦法得到解決,使用它和它帶來的汙染在民用上不能達到平衡,或許在未來,科技的不斷髮展能找到一個更好的解決辦法,但目前我們仍不能解決這個汙染的問題,而用在航天領域,它可以被國家管控,也方便人們探索宇宙,是合適的;二是核電池的成本太高了。比如我們知道的鈽-238,一斤的鈽-238就要上千萬美金,而美國的探測儀要用45公斤的核電池,這需要一筆非常龐大資金支援,而一個國家要承擔這麼高金額的核電池尚且都吃力,更何況是我們普通老百姓。所以核電池的成本價並不親民,因此在民用方面很難有所突破,只能在航天或者其他的軍事領域得到超常發揮。