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核电池可分为高电压型和低电压型两种类型。高压型核电池利用发射源发射的带点粒子产生的电势差产生电流,虽然这种核电池的电压可以高达150千伏,但电流最大只有10A。因此,低电压型核电池使用的更为广泛,比如温差式核电池。
温差核电池也被叫做“放射性同位素温差发电器”,它是同位素放射出的载能粒子直接转变为电能的装置,是由一些性能优异的半导体材料制成,将这些材料串联起来组成,再加上一个合适的热源和换能器,在热源和换能器之间形成温差才可发电。
温差发电的原理是热电转换效应,该效应于1821年由德国科学家塞贝克发现,因此也被称为塞贝克效应——由两种材料组成的回路,当接点温度不同时,电路中会产生电流。
那热电转换效应的原因还在呢?
热端金属中的自由电子的平均动能是高于冷端的,因此,相对于冷端的自由电子流向热端的速度,热端的自由电子会以更高的速度流向冷端,从而产生从热端流向冷端的净电子流,导致冷端的电子积累,进而产生内建电场,阻碍电子进一步积累,并最终达到平衡状态。
核电池的核心是换能器。
目前常用的换能器叫静态热电换能器,利用在不同的金属中产生电位差,从而发电。在外形上,核电池虽有多种形状,但最外面部分大都由合金制成,起保护电池和散热的作用;次外层是辐射屏蔽层,防止辐射线泄漏出来;第三层是换能器,在这里热能被转换成电能;最后是电池的心脏部分,放射性同位素原子在这里不断地发生蜕变并放出热量。
大型的核电池,主要用于军事、工业、深海设施和航天。在军事上,核电池已经为一些装备提供能源,比如海下声纳、水下监听器的电源。在航天领域,阳光太弱、宇宙射线过强会导致太阳电池失效,只有核电池能长期可靠的工作。在工业上,核电池可以在终年积雪的高山、遥远荒凉的孤岛、荒无人烟的沙漠等地区使用。在深海设施方面,如各种海下科学仪器与海底油井阀门的开关和海底电缆中继器等,核电池不仅能耐5-6km深海的高压,安全可靠地工作,而且可以几十年不跟换。
如果解决了安全、能源转换效率和成本方面的问题,那核电池微型化将不再是梦想,就一个微型核电池所需要氚的量来说,因在海水中储量巨大以及是核反应堆的副产品,在技术成熟后其成本将会非常低,而当微型核电池技术成熟时,从充满科幻色彩的单兵动力盔甲,到日常生活中饱受电池续航力差困扰的手机,都将获得充足的能源。
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