核电池

早在 20 世纪 50 年代，科学家就认为贝塔伏打技术（一种提取贝塔辐射能量的技术）是未来创造新能源的基础。今天，有真正的理由自信地断言使用受控核反应本质上是安全的。人们已经在日常生活中使用了数十种核技术，例如放射性同位素烟雾探测器。

因此，2014 年 3 月，来自美国哥伦比亚密苏里大学的科学家 Jae Kwon 和 Bek Kim 复制了世界上第一个基于锶 90 和水的紧凑型电源工作原型。在这种情况下，水的作用是能量缓冲器，下面将对此进行说明。

核电池将在无需维护的情况下运行多年，并且由于水分子与 β 粒子和其他放射性锶 90 的衰变产物相互作用而发生分解，因此能够发电。

这样一块电池的电量，应该完全足以为电动汽车乃至宇宙飞船提供动力。新产品的秘诀在于贝塔伏打与相当新的物理学趋势——等离子体共振器的结合。

等离子激元在过去几年中被积极用于特定光学设备的开发，包括超高效太阳能电池、完全平面透镜和分辨率比我们眼睛的灵敏度高出许多倍的特殊印刷油墨。等离子体谐振器是一种特殊结构，能够以光波形式和其他形式的电磁辐射形式吸收和发射能量。

今天，已经有放射性同位素能源将原子衰变的能量转化为电能，但这不是直接发生的，而是通过一系列中间物理相互作用发生的。

首先，放射性物质片加热它们所在的容器主体，然后通过热电偶将热量转化为电能。

转换的每个阶段都会损失大量能量；其中，此类放射性同位素电池的效率不超过 7%。 Betavoltica 长期以来一直没有在实践中使用，因为辐射会非常迅速地破坏电池部件。

最终，科学家们找到了一种方法，可以将释放的能量与不稳定原子的衰变产物一起直接转化。事实证明，β 粒子（在原子衰变过程中速度足够高的电子）能够将水分子分解为氢、羟基自由基和其他离子。

研究表明，水分子的这些衰变部分可用于直接提取它们因与 β 粒子碰撞而吸收的能量。

为了让水核电池工作，需要一种特殊结构，由数百个微小的氧化钛柱组成，上面覆盖着铂膜，形状类似于梳子。在它的牙齿和铂金外壳的表面上，有许多微孔，水分解的指示产物可以通过这些微孔渗透到装置中。因此，在电池运行过程中，“梳子”中会发生许多化学反应——发生水分子的分解和形成，同时产生并捕获自由电子。

所有这些反应过程中释放的能量都被“针”吸收并转化为电能。由于柱子表面出现的等离子激元具有特殊的物理特性，这种水核电池的效率最高可达54%，几乎是经典放射性同位素电流源的十倍。

这里使用的离子溶液即使在足够低的环境温度下也很难冻结，这使得使用新技术制造的电池为电动汽车提供动力成为可能，如果包装得当，还可以在航天器中用于不同目的。

放射性锶 90 的半衰期约为 28 年，因此 Kwon 和 Kim 的核电池可以运行几十年而不会出现明显的能量损失，每年仅减少 2% 的功率。科学家表示，这些参数为电动汽车的普及开辟了一个清晰的前景。