核电池:一切电池的终极形态

strongerHuang 2020-05-02 00:00
关注、星标公众,不错过精彩内容

来源:ittbank


活中,我们常常被蓄电池的电量不足弄的相当尴尬。 在这时候,经常会感慨如果电池能一次用上百年是多么令人省心和愉快啊。


其实,我们人类真的有这种终极形态的电池-核电池。并且在60年代就获得了长足的发展,在航天,医学,军事上的应用非常广泛。

获取核能有三种形式:核裂变,核聚变,核衰变。原子弹是裂变,氢弹是聚变。原子通过分裂或聚合的反应方式释放能量,都是惊天动地,山崩地裂。

而核衰变,是放射性原子持续向外自发释放能量的过程。过程温和,功率相对于核反应,忽略不计。目前人类使用的核电池即是核衰变电池。也是初代核电池。

未来科技发展,二代核电池也将和电影“终极者”T800引爆的核电池,“钢铁侠”胸口的核聚变电池一样,成为一个微型核反应堆,为使用者提供着巨大而源源不绝的能量。

放射性同位素在衰变过程中,会持续不断的放出具有热能的射线。利用半导体换能器将热能转换为电能的装置即为核电池。以原子自然衰变释放的能量为动力。

一般核电池外观与普通化学电池相近,为圆柱形。在圆柱的中心密封有放射性同位素源,外面包裹着半导体换能器。换能器的外层为防辐射屏蔽层,最外层是金属筒形的外壳。

核电池按放射性元素的不同可分为高电压型和低电压型。高电压型应用在航天与军事用途上。低电压型体积可以制造的很小,通常在医学领域应用。

美国近年研发的微型核电池,大小可以控制在一元硬币大小。但是电力是普通化学电池的100万倍。这类电池的研制成功,对微型机器人,微型机电系统和系统集成化,多功能化有着极其广阔的应用前景。

应用场合:

医学医用核电池大小通常是直径9毫米,长度13毫米的圆柱形电池状,重量一般在40-100多克。世界上已经有数以万计的心脏病患者植入了核电池驱动的心脏起搏器。给予了他们第二次生命,使用寿命在15年。

如果更换为相同功率和寿命的化学电池,那么和人体的体重一样重。化学电池植入体内的患者需要频繁进行开胸手术来更换,这无疑是冒着生命危险承受巨大的痛苦。

航天对太空飞行器而言,重量和性能的要求极其苛刻。核电池因为充足的能量超长的寿命,不受外界环境的温度,压力,化学反应,电磁反应等影响持续释放能量的特性,而拥有化学电池不可比拟的优势,只要空间存在,就可以工作的能力,简直是太空飞行的最佳电源。目前掌握核电池制造研发能力的国家是中美俄三国。

下图宇航员手持圆柱形设备即是核电池


1959年,世界上第一颗核电池在美国诞生。重1.8公斤,280天内可以释放11.6度电量。之后核电池进入了飞速发展时期。

1961年,美国第一颗人造卫星“探险者一号”首次携带核电池进入外层空间工作。开始进行让卫星携带核电池进入外层空间工作的测试。

在之后的10年间,通过对“子午仪”号系列导航卫星,“林肯”号实验卫星以及“雨云”号系列气象卫星这些卫星使用核电池的数据进行分析改进后,1969年阿波罗11号登月飞船,携带了两颗使用钚-238作为放射性同位素的核电池登上了月球。

正是核电池的应用,太空无人探测器才具有了远离太阳,探索深空的可能。当太阳能电池不能获得足够太阳光的时候,只有核电池才能支持探测器继续工作。

之后的“海盗”,“先驱者”,“旅行者”等一系列探测器在核电池的支持下,才有了探测木星,土星,海王星等一系列远征。才能够让探测到的信息和资料回传给地球,让我们得以看到这些遥远邻居的近貌。

尤其是“旅行者”一号,迄今为止远离地球211亿公里,飞行40年,已到达太阳系行星轨道之外,这是人类史上最远的飞行,核电池依然在履行职责,让人类知道了太阳风的边缘世界信息。

著名的“好奇”号火星车全核电池供电,已经取消了太阳能电池供电板。

下图后方黑色圆柱体为核电池


苏联时期,在60-80年代,也发射了几十颗核电池卫星,用于海洋检测侦察使用。这些卫星是低轨卫星,组成了苏联著名的“神话”海天侦测系统。主要的任务就是在全球实时追踪定位美国的航母战斗群。需要不间断向地面发射坐标和图像信息,核电池加太阳能的组合可以很好的满足大功率长时间的工作。

在1982年英阿马岛战争期间,苏联通过“神话”掌控了英国舰队的动向,联络阿根廷政府希望提供情报,结果被阿根廷拒绝。好吧,阿根廷不相信眼泪。

中国的航天同位素核电池由中国原子能科学研究院在2006年研制成功。“嫦娥”探测器登月,即使用了核电池。

月球白天黑夜的交替是14天一次,月球白昼温度127摄氏度。黑夜温度骤降至零下190摄氏度,300度的温差,如此寒冷的温度,“玉兔”月球车上的所有仪器都会被冻坏。如此低温,无论是锂电池,还是氢电池或者铝电池,全都不能正常工作。黑暗中的月球车和嫦娥探测器就依靠核电池的能量保持温度和地面的通讯。等待着白昼的来临。

核电池的优点非常多,但是一样有缺点。作为目前使用的初代核电池,受限于热能转换材料的性能,只有10%-20%的热能被利用。其余的能量被浪费无法转换。受限于热能转换率,电流有限,如果要提供足够的功率,大体积随即会产生高辐射。使用的钚等元素的毒性,也极强烈,这是一把双刃剑,只有等待将来了。

随着科技和材料性能的提升,在进一步提高热能转化率和更换放射性同位素之后,将来的应用领域将更加广泛,包括地球上的极地,海岛,高山,沙漠,深海等自然环境恶劣,交通不便的地方,都会是它大显身手之地。

但是,在民用领域,核电池的推广和普及有极大的难度。首先是价格问题。电池原料使用的钚,钋等都很难获得,有些甚至需要在核裂变乏材料中提取。价格注定非常昂贵。

最大的障碍还不是价格,泛民用还会引发核安全问题。收集储存电池芯,将会很容易制造出一颗脏弹,每个人都将具有摧毁社会的能力。被特殊组织利用,将会是一场接一场的人祸。

其次是安全性问题。美苏都发生过电池破裂烧毁丢失的事故。虽然现在的核电池已经做的极度安全,但是一旦出现破裂摔坏,内部的放射性元素会直接暴露在空气中。这会引起民众极大的担忧。

1997年美国太空总署发射“卡西尼”土星探测器的时候,就发生过民众抗议事件。担心发射失败电池会造成环境污染。

虽然核衰变电池不会爆炸,只是缓慢释放能量而不发生反应,不用担心成为微型原子弹,但是辐射,一样让绝大多数普通民众谈核色变。


当下,我们只有在专业领域,看它大放异彩了。特别是充满了幻想和未知的太空,这是核电池的应用海洋。

免责声明:本文来源网络,版权归原作者所有。如涉及作品版权问题,请与我联系删除。

‧  END  
推荐阅读:
精选汇总 | 目录 | 搜索
NFC技术解读及ST NFC产品与方案
开源协议是什么?开源等于免费吗?

关注 微信公众号『strongerHuang』,后台回复“1024”查看更多内容,回复“加群”按规则加入技术交流群。


长按前往图中包含的公众号关注

strongerHuang 作者黄工,高级嵌入式软件工程师,分享嵌入式软硬件、物联网、单片机、开发工具、电子等内容。
评论
  • RGB灯光无法同步?细致的动态光效设定反而成为产品客诉来源!随着科技的进步和消费者需求变化,电脑接口设备单一功能性已无法满足市场需求,因此在产品上增加「动态光效」的形式便应运而生,藉此吸引消费者目光。这种RGB灯光效果,不仅能增强电脑周边产品的视觉吸引力,还能为用户提供个性化的体验,展现独特自我风格。如今,笔记本电脑、键盘、鼠标、鼠标垫、耳机、显示器等多种电脑接口设备多数已配备动态光效。这些设备的灯光效果会随着音乐节奏、游戏情节或使用者的设置而变化。想象一个画面,当一名游戏玩家,按下电源开关,整
    百佳泰测试实验室 2025-02-27 14:15 137浏览
  • Matter 协议,原名 CHIP(Connected Home over IP),是由苹果、谷歌、亚马逊和三星等科技巨头联合ZigBee联盟(现连接标准联盟CSA)共同推出的一套基于IP协议的智能家居连接标准,旨在打破智能家居设备之间的 “语言障碍”,实现真正的互联互通。然而,目标与现实之间总有落差,前期阶段的Matter 协议由于设备支持类型有限、设备生态协同滞后以及设备通信协议割裂等原因,并未能彻底消除智能家居中的“设备孤岛”现象,但随着2025年的到来,这些现象都将得到完美的解决。近期,
    华普微HOPERF 2025-02-27 10:32 212浏览
  • 1,微软下载免费Visual Studio Code2,安装C/C++插件,如果无法直接点击下载, 可以选择手动install from VSIX:ms-vscode.cpptools-1.23.6@win32-x64.vsix3,安装C/C++编译器MniGW (MinGW在 Windows 环境下提供类似于 Unix/Linux 环境下的开发工具,使开发者能够轻松地在 Windows 上编写和编译 C、C++ 等程序.)4,C/C++插件扩展设置中添加Include Path 5,
    黎查 2025-02-28 14:39 140浏览
  • 构建巨量的驾驶场景时,测试ADAS和AD系统面临着巨大挑战,如传统的实验设计(Design of Experiments, DoE)方法难以有效覆盖识别驾驶边缘场景案例,但这些边缘案例恰恰是进一步提升自动驾驶系统性能的关键。一、传统解决方案:静态DoE标准的DoE方案旨在系统性地探索场景的参数空间,从而确保能够实现完全的测试覆盖范围。但在边缘案例,比如暴露在潜在安全风险的场景或是ADAS系统性能极限场景时,DoE方案通常会失效,让我们看一些常见的DoE方案:1、网格搜索法(Grid)实现原理:将
    康谋 2025-02-27 10:00 252浏览
  •         近日,广电计量在聚焦离子束(FIB)领域编写的专业著作《聚焦离子束:失效分析》正式出版,填补了国内聚焦离子束领域实践性专业书籍的空白,为该领域的技术发展与知识传播提供了重要助力。         随着芯片技术不断发展,芯片的集成度越来越高,结构也日益复杂。这使得传统的失效分析方法面临巨大挑战。FIB技术的出现,为芯片失效分析带来了新的解决方案。它能够在纳米尺度上对芯片进行精确加工和分析。当芯
    广电计量 2025-02-28 09:15 116浏览
  • 振动样品磁强计是一种用于测量材料磁性的精密仪器,广泛应用于科研、工业检测等领域。然而,其测量准确度会受到多种因素的影响,下面我们将逐一分析这些因素。一、温度因素温度是影响振动样品磁强计测量准确度的重要因素之一。随着温度的变化,材料的磁性也会发生变化,从而影响测量结果的准确性。因此,在进行磁性测量时,应确保恒温环境,以减少温度波动对测量结果的影响。二、样品制备样品的制备过程同样会影响振动样品磁强计的测量准确度。样品的形状、尺寸和表面处理等因素都会对测量结果产生影响。为了确保测量准确度,应严格按照规
    锦正茂科技 2025-02-28 14:05 134浏览
  • 一、VSM的基本原理震动样品磁强计(Vibrating Sample Magnetometer,简称VSM)是一种灵敏且高效的磁性测量仪器。其基本工作原理是利用震动样品在探测线圈中引起的变化磁场来产生感应电压,这个感应电压与样品的磁矩成正比。因此,通过测量这个感应电压,我们就能够精确地确定样品的磁矩。在VSM中,被测量的样品通常被固定在一个震动头上,并以一定的频率和振幅震动。这种震动在探测线圈中引起了变化的磁通量,从而产生了一个交流电信号。这个信号的幅度和样品的磁矩有着直接的关系。因此,通过仔细
    锦正茂科技 2025-02-28 13:30 100浏览
  • 美国加州CEC能效跟DOE能效有什么区别?CEC/DOE是什么关系?美国加州CEC能效跟DOE能效有什么区别?CEC/DOE是什么关系?‌美国加州CEC能效认证与美国DOE能效认证在多个方面存在显著差异‌。认证范围和适用地区‌CEC能效认证‌:仅适用于在加利福尼亚州销售的电器产品。CEC认证的范围包括制冷设备、房间空调、中央空调、便携式空调、加热器、热水器、游泳池加热器、卫浴配件、光源、应急灯具、交通信号模块、灯具、洗碗机、洗衣机、干衣机、烹饪器具、电机和压缩机、变压器、外置电源、消费类电子设备
    张工nx808593 2025-02-27 18:04 120浏览
  • 应用趋势与客户需求,AI PC的未来展望随着人工智能(AI)技术的日益成熟,AI PC(人工智能个人电脑)逐渐成为消费者和企业工作中的重要工具。这类产品集成了最新的AI处理器,如NPU、CPU和GPU,并具备许多智能化功能,为用户带来更高效且直观的操作体验。AI PC的目标是提升工作和日常生活的效率,通过深度学习与自然语言处理等技术,实现更流畅的多任务处理、实时翻译、语音助手、图像生成等功能,满足现代用户对生产力和娱乐的双重需求。随着各行各业对数字转型需求的增长,AI PC也开始在各个领域中显示
    百佳泰测试实验室 2025-02-27 14:08 252浏览
  • 在2024年的科技征程中,具身智能的发展已成为全球关注的焦点。从实验室到现实应用,这一领域正以前所未有的速度推进,改写着人类与机器的互动边界。这一年,我们见证了具身智能技术的突破与变革,它不仅落地各行各业,带来新的机遇,更在深刻影响着我们的生活方式和思维方式。随着相关技术的飞速发展,具身智能不再仅仅是一个技术概念,更像是一把神奇的钥匙。身后的众多行业,无论愿意与否,都像是被卷入一场伟大变革浪潮中的船只,注定要被这股汹涌的力量重塑航向。01为什么是具身智能?为什么在中国?最近,中国具身智能行业的进
    艾迈斯欧司朗 2025-02-28 15:45 221浏览
  • 在物联网领域中,无线射频技术作为设备间通信的核心手段,已深度渗透工业自动化、智慧城市及智能家居等多元场景。然而,随着物联网设备接入规模的不断扩大,如何降低运维成本,提升通信数据的传输速度和响应时间,实现更广泛、更稳定的覆盖已成为当前亟待解决的系统性难题。SoC无线收发模块-RFM25A12在此背景下,华普微创新推出了一款高性能、远距离与高性价比的Sub-GHz无线SoC收发模块RFM25A12,旨在提升射频性能以满足行业中日益增长与复杂的设备互联需求。值得一提的是,RFM25A12还支持Wi-S
    华普微HOPERF 2025-02-28 09:06 143浏览
  • 更多生命体征指标风靡的背后都只有一个原因:更多人将健康排在人生第一顺位!“AGEs,也就是晚期糖基化终末产物,英文名Advanced Glycation End-products,是存在于我们体内的一种代谢产物” 艾迈斯欧司朗亚太区健康监测高级市场经理王亚琴说道,“相信业内的朋友都会有关注,最近该指标的热度很高,它可以用来评估人的生活方式是否健康。”据悉,AGEs是可穿戴健康监测领域的一个“萌新”指标,近来备受关注。如果站在学术角度来理解它,那么AGEs是在非酶促条件下,蛋白质、氨基酸
    艾迈斯欧司朗 2025-02-27 14:50 400浏览
  •           近日受某专业机构邀请,参加了官方举办的《广东省科技创新条例》宣讲会。在与会之前,作为一名技术工作者一直认为技术的法例都是保密和侵权方面的,而潜意识中感觉法律有束缚创新工作的进行可能。通过一个上午学习新法,对广东省的科技创新有了新的认识。广东是改革的前沿阵地,是科技创新的沃土,企业是创新的主要个体。《广东省科技创新条例》是广东省为促进科技创新、推动高质量发展而制定的地方性法规,主要内容包括: 总则:明确立法目
    广州铁金刚 2025-02-28 10:14 103浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦