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第7章 β衰变才是未来【新书求收藏!】(1/ 2)

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时间,宛如马桶里的水,总会随着按钮的按下,而匆匆流逝。

……

“现在各国科学家,都将α伏特电池视为核电池的出路,殊不知,他们的路早就走偏了啊……”

关闭图书馆线上查询页面,江离无奈的叹了一口气。

翻阅一早上资料,江离也是对现在的核电池研究有了更为清晰的认识。

仅花了一早上时间,江离就看完了物理界十几年的研究成果,如果有其他人看到这一幕,绝对会被震惊的张大嘴巴。

像这样惊呆旁人的行为,对江离而言只是基本操作罢了。

脑力每开发一度,对于思维、记忆、反应以及敏锐度都是一个质的提升。

在5%脑力的强大加持下,江离早已具备了顶级研究者的潜力。

他原本以为,如今核电池的研究就算进展缓慢,至少也应该大差不差才对,却没想到,自己还是太乐观了。

核电池研究的困境,比他想象的更加严重。

甚至就连最最基础的原料选择,都走进了死胡同!

核电池。

也叫放射性同位素温差发电器。

或者原子能电池。

与核电站通过裂变或聚变发电的原理不同,核电池利用的是放射性元素自身的衰变特性。

前者是将核能转化为内能、再将内能转化为机械能、最后转化为电能,过程非常复杂,中间环节损耗了大量的能量。

而后者,则是利用特制的换能器,直接将内能转化为电能。

核电池原料的衰变原理,分为两种。

α衰变和β衰变。

两者都是利用元素的天然衰变性向外释放巨大的热量和射线,然后用特殊的能量转换器进行吸收,使其产生的热量转化为电能。

不同的是。

α衰变是一个原子核释放出一个α粒子,并转化为一个质量数减少4、核电荷数减少2的新原子核,因为α粒子和一个氦原子核相同,所以从本质上讲,α衰变是量子力学隧穿效应的一个微观应用。

在衰变过程中,α粒子的动能约为5MeV,速度是15000Km/s,速度相对缓慢,只有光速的二十分之一,同时它的质量也比较大,因此,它们很容易与其他原子相互作用而失去能量。

哪怕是一层几厘米厚的空气,也能将其完全吸收。

除了速度慢、难以利用外,α衰变还具有一个更为棘手的弊端。

那就是,α粒子的动能,远低于库仑势垒的20兆电子伏!

根据经典力学原理,由于库仑势垒的阻挡,α粒子不能跑到核外,也就无所谓放不放电了。

直到二十世纪二十年代,量子力学诞生,才从量子隧穿效应的角度解释了α衰变的本质。

科学家发现,像‘钚’等少数放射性元素,其在进行衰变时,α粒子有一定几率穿透势垒跑出原子核……

由此,便诞生了现在的太空核电池!

最典型的例子就是火星车和航天器上使用的钚238核电池,根据科学家计算,它的半衰期可达87年。

不过遗憾的是,它的功率非常小。

由于钚238的能量密度非常低,一款世界先进的RTG能源中枢,自重就达到了45公斤,却只能产生约110W的功率,和手机充电器的功率差不多。

要知道,目前主流的电动汽车,功率已经达到了70KW至250KW。

两者相差足足一千多倍!

同时,钚在衰变时不仅会释放出α粒子,还会释放出中子和γ射线!

γ射线,就是漫威电影中照射绿巨人的那个!

除此之外,钚238的成本也高得离谱,1g的钚238,就需要上千万美金!

以钚238超低的能量利用率,想要真正派上用场,其质量最低也得按斤来计算……

那就是几十亿美金!

除了夏国和漂亮国,全世界没有几个国家撑得起这样的消耗!

而这,就是江离为什么说现今核电池研究走偏了的真正原因。

在他看来。

相比于吃力不讨好的α衰变,β衰变才是核电池较为理想的出路!

顾名思义,β衰变就是一个原子核释放出一个β粒子的衰变。

其实质是将一个下夸克通过释放一个W-玻色子转变为一个上夸克,W-玻色子随后衰变成一个电子和一个反电子中微子的过程。

相比于赌概率的α衰变,β衰变更容易控制,同时能量转化率也更高。

其原理是利用高能电子束穿过窗口通道进入捕获层,将半导体材料内部的粒子变成激发态,从而形成电子-空穴对,最后形成宏观电压,进行放电。

这个机制类似于光伏效应,所以也被称之为β伏特电池。

最重要的是,它便宜啊!

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