絞線設備：核電池民用還遠嗎？

        核電池的規模化商用和民用進（jìn）展再次受到廣泛（fàn）關注。幾十甚至上（shàng）百年不用充電的核電池到（dào）底什麽（me）時候能應用到手機（jī）、電器、汽（qì）車上？

　　近日，有國內企業宣稱成功研（yán）製民用原子能電池，可50年穩定自發電、即將投入量產，“遙遙（yáo）領先”歐美科研機構和企業。該公司稱，計劃2025年推出功率為1瓦的電池，在政策（cè）允許的（de）情況下，原子能電池可以讓一部手機永不充（chōng）電，現在隻能飛行15分鍾的無人機可一直飛。

　　此（cǐ）消息一出（chū），有人為之振奮，高呼“鋰電池（chí）要被革命！”，亦有網友對該公司所謂的產品前景提出質疑。實際上（shàng），核電池早已有之，從上世紀就已（yǐ）引發研究人員的興趣。20世紀50年代開始，核電池進（jìn）入快速（sù）發展時期（qī）。這一長壽能（néng）源被寄予了巨大的希望，但時至今日，核電池的主要應用場景仍局限於航天、極地、深海、心髒起搏器等領域。無論從轉換效率、輸出功率、成本還是輻射安全管理角度來看，核電池民用言之尚早。相較於隨處可見的（de）鋰電池，核電池（chí）難（nán）以走進人們的日常生活。

　　核電池，從太空起步

　　核電站的（de）工作原理是核裂變，被稱為終極能源的“人造太陽（yáng）”是核聚（jù）變反應。裂（liè）變和聚變均屬於外因引發的核轉變，核電池利用的衰變則不同：它是自發進行的核轉（zhuǎn）變，也稱為放射性衰（shuāi）變。因此，核電池或稱（chēng）放（fàng）射性同位素電池，是將放射性同位素衰變時釋放的能（néng）量轉（zhuǎn）換為電能的一種裝置。

　　由於衰變過程連續不斷且不受環境影響，核電池以抗幹（gàn）擾性強、穩定可靠、能量密度高等特征著稱，根據放射源半衰期不同，可工（gōng）作幾年、幾十（shí）年甚至上百年。這使其（qí）在一些（xiē）極端條件和需要長期穩定供電（diàn）的場合獨具優勢（shì）。按（àn）照換能方式不同，核電池又可分為熱（rè）轉換（huàn）式核電池(將同位素（sù）衰（shuāi）變時（shí）產生的熱能轉換為電能（néng）)和非（fēi）熱轉換式（shì）核電池(將放射性同位素放出的帶電粒子或產生的衰變能直接或間接地轉換成電能)。

　　核電池研究取得實質性進展始於20世紀50年代，正是得（dé）益於航天技術的飛速發（fā）展，對高效能長壽命電（diàn）池產生了極大的需求。

　　在（zài）航天領（lǐng）域，熱轉換式（shì）核電池的“知名案例”頗多。1977年，美國發射攜帶鈈-238核電池（chí）的“旅行者1號”航天器（qì），迄今已在太空航行46年（nián），創造了世界（jiè）衛星遠航（háng）史上的輝煌紀錄，核電池將保證其（qí）搭載的科學儀器持續工作到2025年。火星探測（cè）器“好奇號”上搭（dā）載的核動力裝置，是一塊重（chóng）約45公（gōng）斤、發電功率（lǜ）140瓦的（de）核（hé）電池，含約5公斤重的鈈-238。2013年，我國（guó）“嫦娥三號”攜帶同位素熱源飛天，核電池中（zhōng）的鈈金屬塊238相當於一個“暖寶寶”。有了它，無須擔心月夜零下150度到180度的低溫凍（dòng）傷儀器設備。

　　上（shàng）述放射性同位素溫差發電器核電（diàn）池技術最為成熟且應用最早，但造價極其昂貴。以“毅力號”火星（xīng）車核電池係統為例，價（jià）格高達7500萬美元。

　　近些年來（lái），另一（yī）技術分支——輻射伏特效應核電池的產業化進展頻頻“出圈”。隨著半導（dǎo）體材料製造技術的提高，此類電（diàn）池（chí）的實際應用成為可能。

　　2012年，國內電商平台就曾出現一（yī）款號稱20年不斷電、不充電的民用核電池NanoTritium出售，售（shòu）價6980元，旋即引發網絡熱議。這並非山寨產品，而是美國City Labs公司推出的氚電池（chí）。2010年，由該公司研發的NanoTritium輻射伏特效應核電池獲得通用許可（kě）證。

　　City Labs選擇（zé）的氚僅僅釋放出低能量的β粒子，可以用非常薄的材（cái）料遮擋，是一種較安全且易於密封的放射源。該公司官網（wǎng）資料顯示，其氚電池通過（guò）了全球航空航天及防（fáng）務巨頭洛克希德（dé）·馬丁公司的（de）第三方測試，證（zhèng）實該產品的極端溫度變化耐受性(-55°C 至 +150°C)。氚的半（bàn）衰期在12年（nián）左右，City Labs 稱“15 年前開發的（de）早期NanoTritium電（diàn）池仍在高效運行，模擬實（shí）驗表明它們將繼續（xù）運行20多年。”

　　核電池民用，到哪步了

　　阻擋核電池民用進程的主要因素，並非安全性。

　　作為核電池的能（néng）量來源，同位素放射源必須滿足半衰期長、功率（lǜ）密度高、放射性危險性小、容易加（jiā）工、經濟和易於屏蔽等條件。輻射伏（fú）特效應核電池一般使用純β輻射放射源，對物質的穿透深度很淺，幾張紙（zhǐ）就能擋住（zhù），沒有外輻照傷（shāng）害。

　　價（jià）格不菲是核（hé）電池大規模民用的主要（yào）限製因（yīn）素之一。

　　將氚電池推向商用市場10餘（yú）年後，該領域“鼻祖”City Labs公司的生意如何呢？“貝塔伏特電池(Betavoltaic Batteries)和核電池尚未廣泛供個人消費者使用，這類電源大多仍處於開發和改進中。一些公司(比如City Labs)提供用於商業和科（kē）學用途的貝塔伏特電池。”City Labs稱，普通消費（fèi）者不會購買他們（men）的產品，公司通常與對該技術感興趣（qù）的長期合（hé）作夥伴或科學組（zǔ）織打交道。

　　澎湃新（xīn）聞從（cóng）該公司網站獲悉（xī），每塊（kuài）氚電池的基礎價格為5250美元。當然，批量（liàng）訂單可享受（shòu）折扣，定製產品要額外（wài）收（shōu）費。

　　轉換效率和輸出性（xìng）能更是核電池（chí）擴大應用領域不得不麵（miàn）對的短（duǎn）板。

　　2023年12月，中國科學（xué）院合肥物質科學（xué）研究院核能安全所發布消息，該所韓運成項目組在貝塔輻射伏特核電池研究領（lǐng）域（yù）取得了新進展，相關研（yán）究成果發表在《核科學與技術》(Nuclear Science and Techniques)期刊上（shàng）。該文稱，貝塔輻射（shè）伏特核電池利用放射性同位素釋放的貝塔粒子轉（zhuǎn）化為電能，具備長壽命、高能量密度、微小尺（chǐ）寸和優異的抗（kàng）幹擾能力等特點，被普遍認為是微機電係統(MEMS)中極具潛力（lì）的能源替代選項之一。然而（ér），傳統的平麵電池受到半導體結構和放射源加（jiā）載（zǎi）的限製，半導體轉換器僅能利用放射源單麵釋放的衰變能，導致輸出功率（lǜ）和轉換效率低，輸出功率限製在（zài）nW水平，無法滿足MEMS係統的（de）功率需（xū）求。

　　輻射伏（fú）特核電池的功率處於納瓦到毫瓦量（liàng）級。根據City Labs公司的資料，該（gāi）公司提供的核電池產品（pǐn）在納瓦、微瓦、毫瓦範圍。

　　清華大學輻射（shè）防護辦公（gōng）室常（cháng）務副主任朱立此前曾對City Labs公司推出的氚（chuān）電池作出解讀，“其功率最（zuì）多隻有0.84毫瓦，這（zhè）表明NanoTritium還不能應用到手機等領域。”

　　不僅如此，我國《放射性同位素與射線（xiàn）裝置安全和防護（hù）條例》和《放射性同位素與射線裝置安（ān）全許可管理辦法》明確規定，放射源的豁免（miǎn）必須持有備案證明文件，也即相關商業活動須經過審批。

　　讓香蕉视频网址回到文章開頭提及的宣稱成功研製民用核電池的企（qǐ）業，“2025年推出功率為1瓦的電池（chí）”真的有望實現（xiàn）嗎？

　　這家名為北京貝塔伏特新能科技有限公司的企業稱，融合鎳（niè）63核同（tóng）位素衰變技術（shù）和中國第一個金剛石半導體模塊，該公司將推出的第一款產品BV100是世界上首塊即將量產的核電池，功率是100微瓦，電壓3V，體積是15 X 15 X 5立（lì）方毫米，比一枚硬幣還小。核電池每分每（měi）秒都在發電（diàn），每天8.64焦耳，每年3153焦耳。多（duō）塊這樣的（de）電池可以串並聯使用。

　　鎳-63的半衰期達100年，按半（bàn）衰期來算，基於鎳-63的（de）核電池確實至少可工作50年。

　　但一位從事核（hé）技術應用研究的學者向澎湃新聞表（biǎo）達（dá）了對（duì）上述公司產（chǎn）品（pǐn）介紹和目標的質疑。“目前（qián）功率還（hái）沒達到這個級別，核電池應用仍需依靠新材料和新工藝來提高輸出功率。”

　　社交平台上對該公司提出的“核電池手機”概念也不乏質疑聲。“1瓦=1000000微瓦，也就（jiù）是說造1瓦的核電池，得比硬幣大10000倍。要把一枚硬幣1萬倍大小的（de）東西在兩年（nián）內做得（dé）跟（gēn）手機電（diàn）池一樣大，摩爾定律都帶不動啊，何況是材料學。”該網友還反問道，現在的手機峰值功率可達13-15瓦，1瓦能幹啥？

　　也有網友提出，該產品不僅不適用於手機電池，即使當作外置電源，對比（bǐ）其他動輒百瓦的快充也毫無優勢，更不用說鎳-63的價格問題（tí）。

　　“在民用領域，不受管製（zhì）地使用核電池是很危險的。”西北工業大學空天微納實驗室（shì）教授喬大勇此（cǐ）前接受中國科學報采訪時稱，“國際上對於核電（diàn）池的民用都存在法規限製，有些（xiē）放射源的半（bàn）衰期甚至上千年，一旦不（bú）小心遺棄在某個地方，傷害和影響（xiǎng）就將持（chí）續千年，隻有對核電池的製造（zào）、流通和回收製定完善的法律（lǜ）、法規並嚴格執行，這一具有美好未來的能源才能真正變成現（xiàn）實。”

　　輻射防護和環境保護專家、中國工程院院士潘自強對核電池應用前景的評判更為直接。他認為，核電池可（kě）以用絞線設備在一（yī）些“不計成（chéng）本”的事業方麵，但不（bú）可能像普通商（shāng）品那樣走進人們（men）的生活。