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这款用核废料制成的黑色钻石电池 可持续供电万年以上

2016-12-09 11:24:40   来源:界面新闻   评论:0 点击:
内容摘要:与一般的电池相比,黑色钻石电池的功率级要低很多。现有的核能电池尚无法完全避免放射性污染,所以一般用于太空和军事领域,民用领域应用极少。
核废料处理已经成为核工业最迫切发展的领域之一。核废料的放射性会对生物体引起辐射损伤。截至目前尚未有确切的办法消除,只能靠核废料自身的衰变而减少,而其半衰期往往长达数千年、数万年甚至几十万年。
 
核废料处理成本也很高。12月6日,美国能源部宣布花费16亿美元(约合110亿元人民币)在爱达荷州东部的一处核基地建造一个核废料处理厂,投资约相当于100万机组核电站建设费用的1/3。

核废料处理进罐过程。图片来源:《中国日报》
 
目前处理核废料最常见的办法是将核废料放入密封好的罐中掩埋,但一般只能保持100年内不泄露出放射性。
 
来自英国布里斯托尔大学(University of Bristol)的科学家汤姆·斯科特则发现了一种既能长时间处理核废料,又能利用其生产清洁电能的物质——钻石。

黑色钻石核能电池。图片来源:布里斯托尔大学官网
 
据《每日邮报》12月2日报道,汤姆·斯科特所在的研究团队对核废料进行了转换,首先对核废料进行加热,大部分放射性碳就会变成气体释放出来,放射性大大降低。再利用高温化学反应,使其转变为放射性黑色钻石,因碳附在表面而呈黑色,在其周围形成一个非放射性钻石层,用黑色中的放射性同位素碳14作为辐射源,研制出一种具有辐射的黑色钻石电池。

英国每年的石墨棒核废料。图片来源:布里斯托尔大学官网
 
“核废料直接接触皮肤会很危险,但藏在钻石里就不会产生短程辐射。”汤姆·斯科特称,钻石的坚硬材质使其隔绝放射的功能突出,两者的结合能够使得核废料转化成一个核能电池。

核能电池结构图1。图片来源:网络
 
核能电池在现实中并不罕见,但民用极少,因其无法完全避免放射性污染。普通的核能电池在外形上与普通干电池相似,又称为“放射性同位素电池”,目前已成功地用作航天器的电源、心脏起搏器电源和特殊军事用途。其外形呈圆柱形,在圆柱的中心密封有放射性同位素源,外面是热离子转换器或热电偶式的换能器,防辐射的屏蔽层和最外面的金属筒外壳。
 
2012年8月,美国的CityLabs公司研发了一种名为“NanoTritium”的核能电池,大小和成人手指关节一样,此电池最高可以使用20年,只能用在手表、计算器等小型电子设备中。
 
在淘宝网站出售的“NanoTritium”,二手售价为6980元/块,全新售价为12500元/块。



“NanoTritium”核能电池实图。图片来源:淘宝
 
通过半导体换能器,黑色钻石电池将同位素在衰变过程中不断地放出具有热能的射线热能转变为电能,只要接近一个辐射源,就能发电。
 
“这个钻石电池组表面比香蕉发出的辐射量还低。”汤姆·斯科特介绍,一块手指大小的黑色钻石电池大概含有20克碳14,由于碳14的半衰期为5700年,所以5730年之后黑色钻石电池能提供其原来一半的电量,11000年之后还能保持其原来的25%的电量。

核能电池结构图2。图片来源:网络
 
与一般的电池相比,黑色钻石电池的功率级要低很多,手指大小的黑色钻石电池每天可以释放300焦耳,最常见的AA电池每小时就可以输出功率的3600000焦耳,属于很低功率级的电池。
 
10月15日,据俄罗斯卫星网报道,俄罗斯萨马拉科罗廖夫大学新闻办宣布使用了碳14作为新开发的核能电池辐射源,续航时间可达上百年。

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