科学家揭示可由核废料提供动力的电池

快速阅读: 《科学警报》消息，美国研究人员开发出一种新方法，利用核废料发出的环境伽马射线为微电子设备供电。该技术通过闪烁晶体将辐射转为光，再用太阳能电池将光转为电能。尽管当前功率有限，主要适用于小型传感器，但研究人员认为其潜力巨大，未来可能广泛应用于能源生产和传感器领域。该研究成果已发表在《光学材料：X》期刊上。

核电几乎不产生温室气体，但其本身存在放射性废物的问题。一项新的研究提出了一种重新利用这些废物的方法：为微电子设备的电池提供动力。美国的研究人员利用核废料散发出的环境伽马射线来生成足够的能量以驱动微芯片。目前这种电力仅限于小型传感器，但研究团队认为它可以扩大规模。“我们正在利用被视为废物的东西，并试图将其转化为财富，”来自俄亥俄州立大学的核工程师雷蒙德·曹说。目前，全球约有百分之十的能源需求由核电满足，这是一种替代传统化石燃料的选择。如果科学家能够利用其废物，它可能会成为一个更有吸引力的选择。核电池——将放射性衰变转化为电能的装置——已经研发了几十年，但技术尚未达到实用化水平。在这里，电力是通过两个阶段产生的：首先，闪烁晶体将辐射转换成光线，然后太阳能电池将光线转化为电能。原型电池的体积约为四立方厘米（零点二四立方英寸）。在使用两种放射源铯-137和钴-60进行测试时——这两种都是核裂变的常见废物产品——电池分别产生了二百八十八纳瓦和一点五微瓦。这种实验性电池结合了闪烁晶体和太阳能电池。

“从功率输出来看，这是突破性的结果，”来自俄亥俄州立大学的航空航天工程师伊布拉希姆·奥库兹说。“这个两步过程仍然处于初期阶段，但下一步涉及通过扩大结构生成更大的瓦数。”

这些电池将在核废料生产设施附近使用，而不是供公众使用，但这里存在潜在的可能性，即需要极少维护的传感器和监控设备。研究人员表示，这种电池本身是安全的，不会污染周围环境，尽管关于电源在安装后能持续多久仍有一些未解决的问题。这些电池将在核废料生产设施附近使用，而不是供公众使用，但这里存在潜在的可能性，即需要极少维护的传感器和监控设备。“闪烁体和光伏电池对辐射硬度的要求很高，这应该是从事这一课题的研究人员重点关注的方向，”团队写道。这项技术有可能在其他存在伽马射线的地方使用，如太空。虽然这个原型需要显著升级，但研究人员对基本理念充满信心。在研究过程中，团队还发现了晶体和太阳能电池配置如何影响转换率和输出的重要发现——这些可以用于未来的研究。“核电池的概念非常有前景，”奥库兹说。“仍有很大的提升空间，但我相信在未来，这种方法将在能源生产和传感器行业占据重要位置。”这项研究已在《光学材料：X》期刊上发表。

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