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這款用核廢料制成的黑色鉆石電池 可持續供電萬年以上

作者: 2016年12月12日 來源:中華機械網 瀏覽量:
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圖片來源:視覺中國  核廢料處理已經成為核工業最迫切發展的領域之一。核廢料的放射性會對生物體引起輻射損傷。截至目前尚未有確切的辦法消除,只能靠核廢料自身的衰變而減少,而其半衰期往往長達數千年、數萬年甚
這款用核廢料制成的黑色鉆石電池 可持續供電萬年以上

  圖片來源:視覺中國

  核廢料處理已經成為核工業最迫切發展的領域之一。核廢料的放射性會對生物體引起輻射損傷。截至目前尚未有確切的辦法消除,只能靠核廢料自身的衰變而減少,而其半衰期往往長達數千年、數萬年甚至幾十萬年。

  核廢料處理成本也很高。12月6日,美國能源部宣布花費16億美元(約合110億元人民幣)在愛達荷州東部的一處核基地建造一個核廢料處理廠,投資約相當于100萬機組核電站建設費用的1/3。

 核廢料處理進罐過程。圖片來源:《中國日報》

  目前處理核廢料最常見的辦法是將核廢料放入密封好的罐中掩埋,但一般只能保持100年內不泄露出放射性。

  來自英國布里斯托爾大學(University of Bristol)的科學家湯姆·斯科特則發現了一種既能長時間處理核廢料,又能利用其生產清潔電能的物質——鉆石。

 黑色鉆石核能電池。圖片來源:布里斯托爾大學官網

  據《每日郵報》12月2日報道,湯姆·斯科特所在的研究團隊對核廢料進行了轉換,首先對核廢料進行加熱,大部分放射性碳就會變成氣體釋放出來,放射性大大降低。再利用高溫化學反應,使其轉變為放射性黑色鉆石,因碳附在表面而呈黑色,在其周圍形成一個非放射性鉆石層,用黑色中的放射性同位素碳14作為輻射源,研制出一種具有輻射的黑色鉆石電池。

英國每年的石墨棒核廢料。圖片來源:布里斯托爾大學官網

  “核廢料直接接觸皮膚會很危險,但藏在鉆石里就不會產生短程輻射。”湯姆·斯科特稱,鉆石的堅硬材質使其隔絕放射的功能突出,兩者的結合能夠使得核廢料轉化成一個核能電池。

 核能電池結構圖1。圖片來源:網絡

  核能電池在現實中并不罕見,但民用極少,因其無法完全避免放射性污染。普通的核能電池在外形上與普通干電池相似,又稱為“放射性同位素電池”,目前已成功地用作航天器的電源、心臟起搏器電源和特殊軍事用途。其外形呈圓柱形,在圓柱的中心密封有放射性同位素源,外面是熱離子轉換器或熱電偶式的換能器,防輻射的屏蔽層和最外面的金屬筒外殼。

  2012年8月,美國的CityLabs公司研發了一種名為“NanoTritium”的核能電池,大小和成人手指關節一樣,此電池最高可以使用20年,只能用在手表、計算器等小型電子設備中。

 通過半導體換能器,黑色鉆石電池將同位素在衰變過程中不斷地放出具有熱能的射線熱能轉變為電能,只要接近一個輻射源,就能發電。

  “這個鉆石電池組表面比香蕉發出的輻射量還低。”湯姆·斯科特介紹,一塊手指大小的黑色鉆石電池大概含有20克碳14,由于碳14的半衰期為5700年,所以5730年之后黑色鉆石電池能提供其原來一半的電量,11000年之后還能保持其原來的25%的電量。

 核能電池結構圖2。圖片來源:網絡

  與一般的電池相比,黑色鉆石電池的功率級要低很多,手指大小的黑色鉆石電池每天可以釋放300焦耳,最常見的AA電池每小時就可以輸出功率的3600000焦耳,屬于很低功率級的電池。

  10月15日,據俄羅斯衛星網報道,俄羅斯薩馬拉科羅廖夫大學新聞辦宣布使用了碳14作為新開發的核能電池輻射源,續航時間可達上百年。

(來源:互聯網)
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