絞線設備：核電池民用還遠嗎（ma）？

        核電（diàn）池的規模化（huà）商用和民用（yòng）進展再次受到廣泛關注。幾十甚至（zhì）上百年（nián）不用充電的核電池到底什麽時候能應用到手機、電器、汽車上？

　　近日，有國內企業宣稱成功研製民用原子能電池，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（hé）企業。該公司稱，計劃2025年推出功率為1瓦（wǎ）的電（diàn）池，在政策允許（xǔ）的情況下，原子（zǐ）能電池可以讓一部手機永不充電，現在隻能飛行（háng）15分鍾的無人機可一直飛。

　　此消息一出，有人為之振奮，高呼（hū）“鋰電池要被革命！”，亦有網友對該公司所謂的產（chǎn）品前景提出質疑。實際上，核電池早已有之，從上世紀就已引（yǐn）發研究人員的興趣。20世紀50年代開始，核電（diàn）池進入快速發展時期。這（zhè）一長壽能（néng）源被寄予（yǔ）了巨大的希望，但時至（zhì）今日，核電池的主要應用場景仍（réng）局限（xiàn）於航天、極（jí）地、深海、心髒起搏器等（děng）領域。無論從（cóng）轉換效率、輸出功率（lǜ）、成本還（hái）是輻射安全管理角度來看，核電池民用言之尚早。相較於隨處可見的鋰電池，核電池（chí）難以走進人們的日（rì）常生活。

　　核電池，從太空起（qǐ）步

　　核電站的工作原理是核裂變，被稱為終極能（néng）源的“人造太陽”是核聚變反應。裂變和聚變均屬（shǔ）於外因引發的（de）核轉變，核電池利（lì）用的衰（shuāi）變則不同（tóng）：它是（shì）自發進行的核轉變（biàn），也稱為（wéi）放射性衰變（biàn）。因此，核電池或稱放射性同位素電池（chí），是將放射性（xìng）同位素衰變（biàn）時釋放（fàng）的能量轉（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，核電池以抗幹擾性強、穩定可靠（kào）、能量密度高等（děng）特征著稱，根據放射源半衰期不同（tóng），可工作幾年、幾十年（nián）甚至上百年。這使其在一些極端條（tiáo）件和（hé）需要長期穩定供電的場合獨具優勢。按照換能方式不同，核電池又可分為熱（rè）轉換式核電池(將同位素衰變時產生的熱能轉換為電能)和非熱轉換式核電池(將（jiāng）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（shǐ）於20世紀50年代，正是（shì）得益（yì）於航天技術的飛速發展，對（duì）高效能長壽命電池產生了極大的需求（qiú）。

　　在航天（tiān）領域（yù），熱轉換式核（hé）電池的“知名案例”頗多。1977年，美（měi）國發（fā）射攜帶鈈-238核電池的“旅行者1號”航天器，迄（qì）今（jīn）已在（zài）太空航行46年，創造了世界衛星遠航史上的輝煌紀錄，核電池將保證其搭（dā）載的（de）科學儀器持續工作到2025年。火星（xīng）探測器“好奇號”上（shàng）搭載的核動力裝置，是一塊重（chóng）約45公斤、發電功率140瓦的核電池，含（hán）約5公斤重的鈈-238。2013年，我（wǒ）國“嫦（cháng）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（de）低溫凍傷儀器設備。

　　上述放射性同位素溫差（chà）發電器核電池（chí）技術最為成熟且應用最早，但造價極其（qí）昂貴。以“毅力號”火星車核電池係統（tǒng）為例，價（jià）格高（gāo）達（dá）7500萬美元。

　　近些年來，另（lìng）一技術分支——輻射伏特效應核電池的產業化進展頻頻“出圈”。隨著半（bàn）導體材料製造技術的提高（gāo），此類電池的實際應用成為可能。

　　2012年，國內（nèi）電商平（píng）台就曾出現一款號稱20年不斷（duàn）電、不充電的民用核電池NanoTritium出售，售價6980元，旋（xuán）即（jí）引發網絡熱（rè）議。這並非山（shān）寨產品，而是美國City Labs公司推出的氚電池。2010年，由該公司研發的NanoTritium輻射伏特（tè）效應核電池獲得通用許可證。

　　City Labs選擇的氚僅僅釋放出低（dī）能量的β粒子，可以（yǐ）用非常薄的材料遮擋，是一種較安全且易於密封的放射源。該公司官網資料顯示，其氚（chuān）電池通（tōng）過了全球航空航天及防務巨頭洛克希德·馬丁公司的第三方測試，證實該產品的極端溫度變（biàn）化耐受性(-55°C 至 +150°C)。氚（chuān）的半（bàn）衰期在12年左右，City Labs 稱“15 年前（qián）開發（fā）的早期（qī）NanoTritium電池仍在高效運行，模（mó）擬實驗表明它們（men）將繼續運行20多年。”

　　核電池民用，到哪步了

　　阻擋核電池民用（yòng）進程的主要因素，並非安全性。

　　作為核電池的能量來源，同位素放射（shè）源必須滿足半衰期長、功率密度高、放射性危險性小、容易加（jiā）工、經濟和易於屏蔽等條件。輻射伏特效應核電（diàn）池（chí）一般使用純β輻射放射源，對物質的穿透深度很（hěn）淺（qiǎn），幾張紙（zhǐ）就能擋住（zhù），沒有（yǒu）外（wài）輻照傷害。

　　價（jià）格不菲是核電池大規模民用的（de）主（zhǔ）要限製（zhì）因素（sù）之一。

　　將氚電（diàn）池（chí）推向商用市（shì）場10餘年後，該領域“鼻祖”City Labs公司的生意如何呢？“貝塔伏特電池（chí）(Betavoltaic Batteries)和核電池尚未廣泛供（gòng）個人消費者使用，這類電（diàn）源大多仍處於開發（fā）和改進中。一些公司(比如（rú）City Labs)提供用於商業和科學用途的貝塔伏特電池。”City Labs稱，普通消費者不會（huì）購買他們的產品，公司通常與對該技術感興趣（qù）的長（zhǎng）期合作夥（huǒ）伴或科學組織打交道。

　　澎湃新聞從該公司網站獲悉，每塊氚電池的基礎價（jià）格為5250美元。當然（rán），批量訂單可享受折扣，定製產品要（yào）額外收費（fèi）。

　　轉換效（xiào）率和輸出性能更是核（hé）電池擴大應用領（lǐng）域（yù）不得不麵對的短板。

　　2023年（nián）12月，中國科（kē）學院（yuàn）合肥物質（zhì）科學研究院核能安全（quán）所發（fā）布消息，該所韓運成項目組在貝塔輻射伏（fú）特核電池研究領域取得了新進展，相關研究成果發表在《核科學與（yǔ）技術》(Nuclear Science and Techniques)期刊上。該文稱，貝塔輻射伏特核電池利用放射性同位（wèi）素釋放的貝塔粒子轉化為電能，具備長（zhǎng）壽命（mìng）、高能量密度（dù）、微小尺寸和優異的抗幹擾能力等特點（diǎn），被普遍認為是微機電係統(MEMS)中極具潛力的能源替代選項之一。然而，傳統的（de）平麵電池受到半導體結構和放射源加載的限製，半導體轉換器僅能利用放射源單麵釋放（fàng）的衰變能（néng），導致輸（shū）出（chū）功率和轉換效率低，輸出功率限製在（zài）nW水平，無（wú）法（fǎ）滿足MEMS係統（tǒng）的（de）功率需求。

　　輻射伏特核電池的功率處於納瓦到毫瓦（wǎ）量級。根據City Labs公司的資料（liào），該公司提供的核電池產品（pǐn）在納（nà）瓦、微瓦、毫瓦（wǎ）範（fàn）圍。

　　清華大學輻射防護辦公室常（cháng）務（wù）副主任（rèn）朱立此前曾（céng）對City Labs公司推出的氚電池作出解讀，“其功率最多隻有0.84毫（háo）瓦，這表明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（shè）線裝置安全和（hé）防護條例》和《放射（shè）性同位（wèi）素與射（shè）線裝置安全許（xǔ）可管理辦法》明確規定，放射（shè）源的豁免必須（xū）持有備案證明文件，也即相（xiàng）關商業活動須經過審（shěn）批。

　　讓91成人版回到文章開頭提（tí）及（jí）的宣稱成功研製民用核電（diàn）池的（de）企業，“2025年推出功率為1瓦的電池”真的有望實現嗎？

　　這家名為北京貝塔伏（fú）特新能科技有限公（gōng）司的（de）企業稱，融合鎳63核同位（wèi）素衰變技術和中國第一個金剛石半（bàn）導體模塊，該公司將推（tuī）出的第一款產品BV100是世界上首（shǒu）塊即將量產的核電池，功率是100微（wēi）瓦，電壓3V，體積是15 X 15 X 5立方毫米，比一（yī）枚硬幣還小。核電池（chí）每分每秒都在發（fā）電，每天8.64焦耳，每年（nián）3153焦耳。多塊這樣（yàng）的電池可以串並聯使（shǐ）用。

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

　　但一位從（cóng）事核技術應用研究的學（xué）者向澎湃新聞表達了對上述公司產品介紹和（hé）目標的質疑。“目前功率還沒達到這個級別，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（shàng）對該公司提（tí）出（chū）的“核電（diàn）池手（shǒu）機”概念也不（bú）乏質疑聲。“1瓦=1000000微瓦，也就是說造（zào）1瓦（wǎ）的（de）核電池，得比硬（yìng）幣大10000倍。要把一枚硬幣1萬倍大小的東（dōng）西在兩年內做（zuò）得跟手機電池（chí）一（yī）樣大，摩爾定律都帶（dài）不動啊，何況（kuàng）是（shì）材（cái）料學。”該網友還反問道，現在的手機峰值功率可達13-15瓦（wǎ），1瓦能幹啥？

　　也有網友提出，該產（chǎn）品不僅不適用於手機電池，即（jí）使當作外置電源，對（duì）比其他動輒百瓦的快充也毫無優勢，更不用說鎳-63的（de）價格問題。

　　“在民用領域，不受管製地使用核電池是很（hěn）危險（xiǎn）的。”西北工業大學空天微納實驗室教授喬大勇此前接受中（zhōng）國（guó）科學（xué）報采訪時（shí）稱，“國際上對於核電池的民用都存（cún）在法規限製，有些放射源的半衰期甚（shèn）至上千（qiān）年，一旦不小心（xīn）遺棄在某個（gè）地方，傷（shāng）害和影響就（jiù）將持續千年，隻有對核（hé）電池的製造、流通和回收製定完善（shàn）的法律、法規並嚴格執行，這一具有美（měi）好未來的能源才能真正變成現實。”

　　輻射防護和環（huán）境保護（hù）專家、中國工程（chéng）院院士潘（pān）自強（qiáng）對（duì）核電池應用前（qián）景的評判更為直接。他認為，核（hé）電池可（kě）以用絞線（xiàn）設（shè）備在一些“不計（jì）成本”的事業方麵，但不可（kě）能像普通商品那樣走進人們的生活。