導讀當我們每天還在苦思冥想著，如果自己的手機可以不用擔心電量，肆無忌憚地在網(wǎng)上刷視頻就好了的時候，不用充電也能續(xù)航超久的核電池已經(jīng)在科學家們的研究下面世。“可以....

當我們每天還在苦思冥想著，如果自己的手機可以不用擔心電量，肆無忌憚地在網(wǎng)上刷視頻就好了的時候，不用充電也能續(xù)航超久的核電池已經(jīng)在科學家們的研究下面世。

“可以肆無忌憚的玩手機”

“核電池”聽起來就像一種神秘的物質(zhì)，它是由核能驅(qū)動的，聽起來極具科技感。還有人聲稱電池可以使用“1萬年”。難道當我們?nèi)祟愂褂煤穗姵?，便能無限制地使用電了嗎？接下來讓我們帶著疑惑，從它的工作原理來了解真相。

核電池具有放射性

核電池有很大的安全隱患，大多數(shù)的核電池，都必須要用到一種元素——钚。钚本身危險系數(shù)極高，威力巨大的原子彈的主要使用元素就是钚。原子彈大致可以分為钚彈和鈾彈，钚彈的爆發(fā)威力更大，通常情況下，鈾彈的核裝藥系數(shù)在15千克到25千克，但是使用钚只需要5千克到10千克。

元素——钚

原子彈的钚元素和核電池的钚元素是不完全相同的。原子彈中的钚是钚——239，而核電池中的钚——238。區(qū)別是中子。這意味著來自核電池的钚是一種相對安全的產(chǎn)品，不會爆炸。

核電池

但是核電池在使用之前仍需要進行檢測，確保沒有問題才可以繼續(xù)使用，但如果檢測結(jié)果出現(xiàn)不好的話，就會對人體產(chǎn)生傷害或者導致嚴重后果。所以為了安全起見還是盡量避免核電池應用到日常生活中，比如說開車時切記關閉核電站內(nèi)部的門窗、加裝防護設備、遠離輻射源等。

钚彈

目前市場上主流的幾款核電池分別為美國公司的“三菱重工”和日本企業(yè)的“東京電力”。三菱重工是世界第二大核反應堆供應商，擁有約2.5億千瓦時的核電機組，其中包括位于德克薩斯州的奧斯汀核電廠。

東京電力是一家綜合能源供應商，擁有若干核電站，總裝機容量超過1.8億千瓦，其中包括3兆瓦的壓水堆核電機組。它的優(yōu)勢是無污染、壽命長、穩(wěn)定性強、效率高，而且價格相對的便宜。

壓水堆示意圖

不過這樣做也存在一些弊端，那就是當某個區(qū)域遭受破壞后，核反應堆內(nèi)的熱量將會向外釋放出來，造成嚴重損害；另一方面，如果放射性物質(zhì)泄露到環(huán)境中，還可能對人體健康造成影響。因此，在我們看來，核電池雖然好用但是也需要注意安全。

那么什么是核電？

核電又稱作核燃料循環(huán)，是指從事核燃料元件制造與貯運以及相關技術研究開發(fā)等活動的各類型核能發(fā)電廠。根據(jù)我國現(xiàn)在核電的發(fā)展現(xiàn)狀來看，我們國家短期內(nèi)核電池的進步潛力還是巨大的，屆時核電占比或達10%~15%，即每年新增裝機約為300~400萬千瓦。

核電廠

核電建設投資巨大，目前我國僅有三門1號、4號機組已經(jīng)具備商業(yè)化條件，未來隨著更多項目陸續(xù)投入商用和運營。

預計到2025年，我國核電總裝機量有望突破5000萬千瓦。到了那個時候核電將成為我們國家最主力能源之一，其在國家整體電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的地位也會日益升高。核電站是核工業(yè)的基礎，也是世界上最復雜的工程。核電作為燃料其實危險性是極高的，在核電發(fā)展史上曾出現(xiàn)過兩次較為嚴厲的禁止核燃料供給的政策。

核電站

第一次是1960年代末開始執(zhí)行的關于限制核擴散的法令，該法令禁止所有核電廠使用鈾-235作為裂變材料。第二次是1970年代初，美蘇之間爆發(fā)的冷戰(zhàn)，對核武器的需求激增，導致當時的政府決定從1974年起逐步取消核電廠的安全標準，并且停止向非核能系統(tǒng)提供燃料，直到1980年代初才恢復了核燃料供應。

但由于當時國際社會認識到核電技術已經(jīng)具備商業(yè)化運營條件，因此核電項目被迅速推廣開來。

鈾235原子核的裂變

核電池到底是怎么進行發(fā)電，原理是什么？

核電池與核電站的發(fā)電原理是截然不同的，核電站這一工作領域的原理是非常繁雜的。它是將核能在其運行中為內(nèi)能，經(jīng)過內(nèi)能后，會像金屬的機械原理轉(zhuǎn)化為機械能，最后再由機械能加熱反應，變成電能的過程。

但另一工作領域下的核電池卻不需要這么復雜，核電池從一個重要的概念開始：熱電效應。事實上，“高大上”的“核電池”是在一個不斷衰減的過程中產(chǎn)生的熱能，這種熱能是會進入到下一次的反應之中，因此這樣就會產(chǎn)生溫差，再利用熱能進行發(fā)電的一種設備。

熱電效應

這里的“熱”不只包括水蒸汽和氣態(tài)物質(zhì)本身的熱能，還包括核反應堆內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，甚至連核廢液也可以轉(zhuǎn)換為熱能。在化學理論中熱是可以產(chǎn)生電的，準確地說是在一定條件下形成核定的溫度差，這樣可以產(chǎn)生電流。所以它還是需要用到合適的熱源和換能器來達到發(fā)電的效果。

核電池材料

核電池的具體發(fā)電操作流程是核電池研發(fā)工作人員將幾根銅絲和鐵絲相互間隔的連接在一起，組成一個可以流動的回路。當這段線路受到外界的加熱時，紋路中就會產(chǎn)生電流。

核電池

不同的金屬，在自由電子運動中的能級是不同的，在受熱的過程中會產(chǎn)生大量的電勢差，然后電流就在在回路中形成。這也就是熱電效應中的塞貝克效應的運用體現(xiàn)。在生活中也有許多利用熱電效應做傳感器的例子。

熱電效應

例如，我們每天在廚房時，都會使用煤氣灶中的熄火傳感器，當里面的火燃燒時，傳感器會產(chǎn)生電流，如果火焰不小心燒盡了，電流就會消失，燃氣灶的閥門也會因此隨之關閉。核電池正是利用這一反應，在其內(nèi)部各種能量相互轉(zhuǎn)換，最終形成其發(fā)電的作用。

煤氣灶

核電池主要使用方式有哪些？

在太空探測領域中，核電池應用是最為廣泛也是最為適合的，因為它們比太陽能電池板壽命長得多。例如，2012年，美國太空研究人員在火星探測器好奇號上使用了多達45公斤的核電池。與此同時，目前最新型的火星漫游車“毅力號”，也是使用了和好奇號幾乎一模一樣的核電池進行開展火星探測工作。

火星漫游車“毅力號”結(jié)構(gòu)

其實不僅僅是航天領域，醫(yī)療領域也在大量地運用著核電池，只不過其使用技術還不夠成熟，因此只有少數(shù)醫(yī)療項目在使用。比如醫(yī)院內(nèi)用于刺激心臟的儀器起搏器，它可以在人體內(nèi)工作的時間長達十年之久，這大大減輕了患者身體的負擔，同時也免去了高頻率做手術的痛苦和時間。

可民用的核電池

由于核電池遇到火源會釋放污染，如果患者逝世后需要火化，核電池也跟著隨著火化，那后果非常危險，因此后面這種儀器便被國家要求停產(chǎn)了。

電池發(fā)電真的可以續(xù)航一萬年？

其實我們根據(jù)核電池工作的原理也可以得知，核電池發(fā)電的整個過程是在不斷地衰變，也就是不斷地減弱。這也就意味著在使用一段時間之后，核電池內(nèi)部的能量就會在一個時間段內(nèi)逐漸耗盡，最終導致的結(jié)果就是無法發(fā)電，因此核電池也會變得像廢品一樣。

太陽能電池板原理

但就目前的科技水平和進度而言，核電池這種裝置在航天器上只能維持幾十年或幾百年。這足以滿足和滿足對核電池的需求，而核能電池的壽命也比太陽能電池板長得多。但不可能達到人們在網(wǎng)上談論的一萬年，希望技術的未來能讓這一切很快實現(xiàn)。