核电池民用，不是你想的那样

几天前写了一篇文章介绍放射性同位素热电发生器（RTG），它也被称为“核电池”。许多朋友纷纷表示希望也拥有一块这样的核电池，或是装在电动汽车上，或是装进手机里，这样就可以无限续航，再也不必为充电烦神了。

这是一个十分美好的愿望

人人都渴望一块超级无敌的电池，或者说是无穷的能量，像太阳那样烧不完用不尽，想干啥就能干啥。这确实是很爽的事情。

充电对许多人来说是件头疼的事

记得70年代时，一院子的老老小小围坐在18寸黑白电视机旁看日本动画片《铁臂阿童木》（当时是黑白版的），小机器人阿童木有帅酷的发型，还有“十万马力”和“七大神力”。哪七大神力不记得了，对“十万马力”倒是印象深刻，因为1马力=735瓦特，十万马力的功率就是73.5兆瓦了，这是非常大的功率，推动万吨大驱飙到30节完全不是问题。

后来看美国的《超人》，他没装电池，之所以能在天上飞来飞去甚至能把地球推着倒转，全因为他是外星超人，所以作为地球人我无力吐槽。后来的后来，《终结者》和《钢铁侠》胸前那一块超级无敌的核电池也是令人无比神往。印象中与核电池有关的电影还有一些，这里就不一一例举了。

钢铁侠有一颗强劲的“芯”

这样的电池，未来会有吗？也许会有。但从目前已知的科学理论看，它们不科学，所以在可预见的将来不会有。

核聚变与核裂变

我们周围的物质由原子构成，原子是构成物质的基本单位，这些原子大多是稳定的。

但是有些原子因为其原子核内部质子数量与中子数量不平衡而发生变化，中子与质子之间相互转化从而演变为另一种物质，在这个过程中原子核会向外释放粒子和能量，这就是核裂变。

而在温度极高、压力极大的环境下，某些原子核也会被压在一起形成一个更大的原子核，由于原子核内部力的改变，它也会向外释放出粒子和能量，这被称为核聚变。核聚变通常发生于恒星内部或超新星爆炸时，比如太阳的核心里时刻都在将氢转化成氦，同时向外释放粒子和能量。

太阳中心高温高压促成核聚变

很显然，核聚变技术无法用到电池上，因为在地球上无法模拟恒星内部环境，更不可能在移动的状态下给核聚变材料施加极高的能量让它达到1亿度以上的聚变温度。而核电站所采用的裂变原料因为存在致命的核辐射风险，它很难做到小型化，自然也就谈不上做成电池了。

人类正在建造一个庞大的托卡马克核聚变实验装置

核电池的未来在α和β衰变

目前唯一可能用于电池技术的是原子核的α和β衰变。α衰变是许多质量数大于200的原子核向外释放一个α粒子（氦-4原子核），使自己的质量数减少4，从而衰变成另一种物质。β衰变也是一种放射性衰变，当原子核内部质子数与中子数量不平衡时，它们会向平衡状态转换并向外释放一个高能β粒子（电子或正电子）。

α衰变发射一个α粒子和能量

α粒子对人体没有伤害，它之所以安全是因为α粒子比较大，一张薄纸就能阻挡它，并且它也无法穿透人体皮肤最外层的死皮层。这并不表示我们可以放心触摸放射源，因为它也有可能会同时释放一些β射线粒子。

β粒子的穿透力比阿尔法粒子强100倍，它可以穿透我们的皮肤，并且有可能导致DNA发生突变，不过我们拿一张薄的铝板就能阻挡它。β+粒子（正电子）被释放出来后会立刻与它附近的电子发生湮灭产生γ射线光子，伽马射线具有极强的穿透力并且是致命的。

α和β粒子的穿透力都很弱

α粒子和β粒子都是放射源在其衰变过程中自发产生的，它们产生的过程连续且稳定，并且这些粒子在释放的过程中都携带能量。与此同时，α粒子和β粒子因其携带的能量相对较低，它们很容易被阻挡，从而避免辐射泄漏，因此可以最大限度地保证人员安全，这为我们将其制成核电池打下了理论基础。

核电池的发电原理

阿尔法粒子的能量在一定程度上取决于发射过程的半衰期，大多数α粒子的能量在3~7MeV（兆电子伏特）之间，典型动能为5MeV，速度为15000 km/s，是光速的5％。这比其他任何普通类型的辐射（β粒子，中子等）都高。但由于电荷和质量大，α粒子很容易被物质吸收，它们只能在空气中传播几厘米。事实上绝大多数的α粒子的能量包括母核后坐力（α后坐力）的能量在放射性材料内部就被吸收并转化为热能，所以α衰变更多地表现为热能释放。我们可以将这些热能通过热电效应或其它方法转换为电能输出，这就是我在之前文章中介绍的放射性同位素热电发生器（RTG）。

“新视野”号上的RTG

与其它大多数核动力源采用热量发电不同，β辐射本身产生的就是高能量电子，因此理论上我们可以直接使用这些电子来产生电能。

尽管β粒子在被发射出来时的速度接近光速，但由于电子本身的质量较低，所以它所能携带的能量也较小，一般在几KeV到1MeV之间，因此电子也跑不远，一个能量为0.5MeV的β粒子在空气中的射程约为1米。同时这些电子是向各个方向发射的，它并不能直接形成电流。

将β辐射转化为电流通常需要让β粒子去轰击半导体，在半导体中形成电子-空穴对，从而在电路中形成电势差。这种装置被称为贝塔伏特电池（Betavoltaic设备）。

鱼与熊掌不可兼得，功率与续航的矛盾难解

RTG已经在航天领域得到了广泛应用，但贝塔伏特电池至今还处于理论研究阶段，没有产品被制造出来。至少有一点可以肯定，这两类电源都只着眼于长寿命，它们都无法做到强输出。

这是为什么呢？

关注手机电池或电动车电池的朋友大多知道一个名词叫“能量密度”，也就是单位质量（或体积）内所储存总能量的大小。也就是说在一定空间或质量的物质中，它所包含的能量是有限的。

电池的性能与能量密度有关

同时我们需要注意的一点是，能量密度不代表其输出有效能量之和。从质能等价的角度来说，根据爱因斯坦质能等效方程E=mc²，任何物体都拥有极其巨大的能量，但这些能量中到底能有多少转化输出，变成为我们所用的电能，这取决于我们为其提供的条件。一千克的氘，如果你不给它加压并且升高到几亿摄氏度，它永远只是一千克的氘，不会产生核聚变，也永远不会产生热量来发电。

α辐射和β辐射因其相对较高的安全性成为未来核电池的首选，但这两类核材料的能量密度是固定的，它们释放粒子的速度取决于不同材料固有的半衰期。于是那些相对安全、更便宜、更易获取并且半衰期更长的放射性材料自然成为我们制作核电池的首选，这同时意味着核电池可以使用很长时间，但它们的输出功率极低。它不能驱动阿童木飞越天空和海洋，也无法使钢铁侠拥有神奇的力量。

而驱动手机，让你不再为续航操心，或许是一个可以期待的未来。

“钻石核电池”更多是一个噱头

你或许听说过“钻石核电池”，这在前两年曾风靡一时。2017年2月，英格兰布里斯托大学卡博特研究所的材料工程学教授汤姆·斯科特（Tom Scott）在世界经济论坛发表演讲，说他们打算将英国储存的大量核废料中的石墨转化为人造钻石，再用这些钻石发射的β粒子来发电。

“钻石电池”

核能电池、至少5000年甚至万年的续航、高大上的钻石，将这些概念与世界经济论坛捏合在一起，自然形成了一次病毒式营销的绝佳话题。这个话题经过各个媒体的放大，衍生出各种神奇版本和无数不切实际的幻想，以至于使人们忘记了它现在只是一个大胆想法，距离变成现实还有漫长的路需要走。

利用β粒子发电的研究自1970年代就已经开始了，到目前为止，我们只听说有机构用放射性镍-63制作了一个模型，它的测量电压为1.9V，在100年的半衰期里理论上可以产生总共4.4度电。

将放射性碳-14制成“钻石电池”可以做到更好吗？按照汤姆·斯科特教授的说法，他需要先从英国现在储存的9.5万吨放射性石墨块的表面将碳-14刮下来，这些核石墨原先是在核反应堆里用作中子减速剂使用的。将石墨刮下来后还需要进行筛选，因为其中仅有很小一部分是有用的放射性碳-14，然后人们需要对其施加高温高压，直到将其压制成坚硬的人造钻石。这还不算完，科学家还需要在这块放射性钻石的外面再覆盖一层普通石墨，然后再一次将其压制成钻石外壳。

将石墨压成钻石并不是很容易的过程

整个“钻石核电池”制作过程需要消耗多少资金和多少能源？斯科特教授没有说，他只声称用钻石包裹的核钻石电池“辐射比香蕉还低”、“没有活动部件，没有维护，也没有排放，只有直接发电。而且由于钻石是人类已知的最硬的物质，因此没有其他材料可以轻易地为放射性碳14提供更多保护。”

如此强大的钻石电池可以产生大约2V的电压，理论上每克每天可以产生15焦耳的电能，大约是同样重量AA堿性电池的2%，它的好处是可以使用5730年（碳-14的半衰期），总共约产生“数百万焦耳的能量”（这是教授的原话）。

我们有多少设备可以使用5000年并且需要使用5000年？这也是一个问题，反正手机和汽车肯定用不了这么久。

“旅行者”号将在太空游荡万年，它需要一颗长寿命的电池

总结：

人们永远不会满足，大家总在追求更强大的电能、更长的续航和更低的使用成本。科学家们也永远没有停止他们追求真理的步伐，他们也在努力实现着人类的梦想。

尽管我们对科学有这样那样的幻想，但科学始终是科学。我们需要幻想，同时也需要遵循科学规律来做事情，这样才能成功。

从安全性的角度出发，核电池利用了放射性物质在发射α和β粒子的同时持续释放能量的原理，通过将核衰变过程中所释放的能量转化为电能来为设备提供能源。

根据放射性物质半衰期的不同，核电池可以有几十年甚至数千年的长续航，相应地，它们的功率大多很低。因为从理论上大功率与长续航是一对矛盾，二者不可兼得。

“钻石核电池”目前尚处于理论研究阶段，它的优点是可以提供持续数千年的电能供应，缺点是功率输出低、制造工艺复杂且耗能巨大，并不是未来民用电池的首选。

在可预见的未来，核电池不会出现在汽车上

中国推出首款民用核电池！50年内无限续航，效果堪比“永动机”？

在科技日新月异的今天，每一个微小的创新都可能引发一场颠覆性的变革。而就在2024年1月8日，北京贝塔伏特新能科技有限公司，这家看似默默无闻却在科技界掀起巨浪的企业，向世界宣告了一个震撼人心的消息——他们成功研发出了新型民用核电池。这一消息如同平地惊雷，瞬间引爆了全球科技圈，让人们对“永动机”这一曾经只存在于幻想中的概念，有了全新的认识和期待。

在北京这座古老与现代交织的城市里，贝塔伏特新能科技有限公司的实验室里，正孕育着一场能源革命。当大多数人还在为手机电量不足而焦虑，为频繁充电而烦恼时，贝塔伏特的科研团队却在默默耕耘，用智慧和汗水，将科幻电影中的场景一步步变为现实。

这款被命名为BV100的核电池，小巧得令人难以置信，仅仅15155立方毫米的体积，却蕴含着惊人的能量。它就像一颗微型的能源宝石，静静地躺在实验室的展示台上，散发着科技的光芒。两片仅10微米厚的金刚石半导体转换器，如同守护神一般，紧紧夹住那片2微米厚的镍63薄片，构成了这个小小“永动机”的核心。

金刚石，这个自然界中最坚硬的物质，在这里被赋予了新的使命。它不仅作为半导体转换器，更是能量传递的桥梁，将镍63衰变时释放的β粒子，高效地转化为电能。而镍63，这个看似普通的放射性同位素，却在这场能源革命中扮演了关键角色。它的衰变过程稳定而持久，就像是一位不知疲倦的舞者，在微观世界里跳着永不停歇的舞蹈，为BV100提供了源源不断的动力。

50年，这是一个足以跨越一代人的时间跨度。对于普通的电池来说，这几乎是不可想象的使用寿命。然而，对于BV100来说，这只是它正常工作的开始。在这漫长的岁月里，它无需充电，无需维护，就像是一位忠诚的守护者，默默地陪伴着用户走过每一个日夜。无论是炎炎夏日，还是寒冷冬夜，它都能保持稳定的工作状态，为各种设备提供可靠的电力支持。

更令人惊叹的是，这款电池还具有极强的环境适应能力。从零下60度的极寒之地，到零上120度的酷热沙漠，它都能游刃有余地应对。甚至是在遭遇枪击或穿刺等极端情况下，它也能保持完好无损，不会泄漏出任何辐射物质。这样的安全性设计，无疑为用户的使用提供了坚实的保障。

当然，对于核电池这样的高科技产品，人们最关心的还是它的安全性。毕竟，“核”这个字眼总是让人联想到辐射、泄漏等可怕的后果。然而，贝塔伏特的科研团队却用实际行动打消了人们的疑虑。他们通过精确的计算和严密的设计，确保了BV100在使用过程中的安全性。镍63虽然具有放射性，但其辐射程度却微乎其微，一张普通的A4纸就足以阻挡。这样的设计，不仅保证了用户的安全，也让核电池这一高科技产品更加亲民、更加接地气。

那么，这款革命性的核电池究竟能带来怎样的改变呢？想象一下，当你的手机、平板、笔记本电脑等电子设备都装上了BV100核电池，你将再也不用为电量不足而焦虑。无论是出差、旅行还是日常使用，你都可以放心地享受科技带来的便利，而不用担心电量耗尽的尴尬。更重要的是，随着核电池的普及，我们对于化石能源的依赖也将逐渐减少，这对于保护地球环境、实现可持续发展具有深远的意义。

当然，核电池的应用远不止于此。在航空航天领域，它可以为卫星、飞船等提供持久而稳定的电力支持；在医疗领域，它可以为心脏起搏器、便携式医疗设备等提供可靠的能源保障；在军事领域，它更是可以发挥出巨大的潜力，为各种武器装备提供持久的动力来源。可以说，核电池的出现，将为我们的生活带来翻天覆地的变化。

然而，任何一场革命都不会一帆风顺。核电池的研发和推广也面临着诸多的挑战和困难。首先，核电池的生产成本相对较高，这限制了它的普及速度。其次，虽然BV100的安全性得到了保障，但人们对于核电池的恐惧和误解仍然存在。这需要科研人员和媒体共同努力，加强科普宣传，让更多的人了解核电池、接受核电池。最后，核电池的回收和处理也是一个需要解决的问题。虽然它的使用寿命长达50年，但一旦报废，如何安全地处理这些含有放射性物质的电池，也是一个不容忽视的问题。

但即便如此，我们也不能否认核电池所带来的巨大潜力和希望。它就像是一束光，照亮了人类能源发展的未来之路。而北京贝塔伏特新能科技有限公司，正是这束光的引领者。他们用自己的智慧和勇气，将“永动机”的梦想一步步变为现实。

态度/观点

作为一位国际媒体编辑，我对于北京贝塔伏特新能科技有限公司的这项创新成果充满了敬意和期待。在能源日益紧张、环境污染日益严重的今天，核电池的出现无疑为我们提供了一种全新的解决方案。它不仅能够满足我们对于持久、稳定能源的需求，更能够推动我们向更加绿色、可持续的未来迈进。

我认为，这场能源革命不仅仅是一次技术的突破，更是一次思想的解放。它让我们看到了科技的力量，看到了人类对于美好生活的向往和追求。而北京贝塔伏特新能科技有限公司，正是这场革命的先锋和旗手。他们用自己的行动，向世界展示了中国科技的实力和担当。

当然，我也深知这场革命的道路并不平坦。但正是这些挑战和困难，才让我们更加珍惜每一次的创新和突破。我相信，在不久的将来，核电池将会成为我们生活中不可或缺的一部分，为我们带来更多的便利和惊喜。

结语

北京贝塔伏特新能科技有限公司的这项创新成果，无疑为我们打开了一扇通往未来的大门。在这扇门后，是一个充满无限可能的世界。在这个世界里，能源不再是束缚我们发展的枷锁，而是推动我们前进的动力。而这一切的起点，就是那颗小小的BV100核电池。让我们共同期待，这场由北京贝塔伏特新能科技有限公司引领的能源革命，能够为我们创造一个更加美好、更加可持续的未来。

相关问答

核能民用范围其实非常广泛,比如常见的核能发电、医院CT放疗、农业育种、工程探伤、探矿,等等。分享一个脑洞大开的用途,就是苏联时期独创的”暴力美学“,引...

行业标准和企业标准国家建立健全民用核安全设备标准体系。制定民用核安全设备标准,应当充分考虑民用核安全设备的技术发展和...民用核安全设备标准包括国家...

一般居民备防核辐射用品有:1、防护服:防护服是防止核辐射的最基本用品,一般由防护布、防护衣、防护裤组成,可以有效阻挡外界的核辐射。2、防护面罩:防护面...

正好看到这个问题,来回答一下。具体应用应该是有很多的。民生方面,我就简单举一个例子吧。利用超导技术处理污水这是中科院的一个老师的产业化项目,基本原理...

核电池之所以比核反应堆来的简单,不需要巨大的屏蔽,主要原因是是通过衰变而非裂变来释放能量,可以选择无伽玛辐射或者中子辐射的放射性同位素,因此不需要多少...

审批条件:1、《核设施建造申请书》1份(格式参见附表一);2、《核设施可行性研究报告》的批准书1份;3、《核设施环境影响报告批准书》(建造阶段)(...

民用核安全设备设计、制造、安装和无损检验单位对本单位在民用核安全设备设计、制造、安装和无损检验活动中出现的重大质量问题,未按照规定采取处理...

国务院核安全监管部门及其派出机构在进行监督检查时,有权采取下列措施:(一)向被检查单位的法定代表人和其他有关人员调查、了解情况;(二)进入被检查...

审批内容:所有民用核设施的建造许可证的核发,包括:1、核动力厂(核电厂、核热电厂、核供汽供热厂等);2、核动力厂以外的其他反应堆(研究堆、实验...

国务院核安全监管部门应当自受理申请之日起45个工作日内完成审查,并对符合条件的颁发许可证,予以公告;对不符合条件的,书面通知申请单位并说明理由...