絞線設備：核電池民用還遠嗎？

        核電池的規模化商用和民用（yòng）進展再次受到廣泛關注。幾十甚至上百年不用充電的核電池（chí）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（xuān）稱成功研製民用原子能電池，可50年穩定自（zì）發電、即將（jiāng）投入量產，“遙遙領先”歐美科（kē）研機（jī）構和企業。該公司稱，計劃2025年推出功率（lǜ）為1瓦的電池，在政策允許的情況下，原子能電池可以讓一部手機永不充電，現在隻能飛行15分鍾的無人機可一直飛。

　　此消息一出，有人（rén）為之振奮，高呼“鋰電池要被革命！”，亦有網友對該公司所謂的產品前景提出質疑。實際上，核電池早已有（yǒu）之（zhī），從上世紀就已引發研究人員的興趣。20世紀50年代開始，核電（diàn）池進入快速發展時期（qī）。這一長壽能源被寄予了（le）巨大的希望，但時（shí）至今日（rì），核電池的主要（yào）應用場景仍局限於航天、極地、深海、心髒起搏器等領域。無（wú）論從轉換效率、輸出功率、成本還是輻射安全管（guǎn）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（jìn）人們的日常（cháng）生活。

　　核電（diàn）池，從太空起步

　　核電站的工作原理是核（hé）裂變（biàn），被稱為終極能源（yuán）的“人造太陽”是核聚變反應。裂變和聚變均（jun1）屬於外因引（yǐn）發的（de）核轉變，核（hé）電池利用的（de）衰變則不同：它是自（zì）發進行的核轉變，也稱為（wéi）放（fàng）射性衰變。因此，核電池或稱放射性同位素電池，是將放射性（xìng）同位素衰變時釋放的能量轉（zhuǎn）換為電能的一種裝置。

　　由於衰變過程連續不斷且不受環（huán）境影響，核電池以抗幹擾性強、穩定可靠、能量密度高（gāo）等特征著稱，根（gēn）據放射源半衰期不同，可工作幾年、幾十年甚至上百年。這使其在一些極端條件和需要長期穩定供電的場合獨具優勢。按照換能（néng）方式不（bú）同，核電（diàn）池又可分（fèn）為熱轉換式核電池(將同位素衰變時產生的熱能轉換為電能（néng）)和非熱轉換式核電池（chí）(將放射（shè）性同位素放出的帶電（diàn）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（zhǎn）始於20世紀50年（nián）代，正是得益於航天技術的飛速發展，對高效能長壽命（mìng）電池產生了極大的需求。

　　在航（háng）天領域，熱轉換式核電（diàn）池的（de）“知名（míng）案例”頗多。1977年，美國（guó）發射攜帶鈈（bù）-238核電池的“旅行（háng）者1號”航天器，迄今已在太空航行46年，創造了世界（jiè）衛星遠航史上的輝煌紀（jì）錄，核電池將（jiāng）保證其搭載的科學儀器持續（xù）工作到2025年。火星探測器“好奇號”上搭載的核動力裝置，是一塊重約45公斤、發（fā）電功率140瓦的核電池，含約5公（gōng）斤重的鈈-238。2013年，我國“嫦娥三號”攜帶同位素熱源飛天，核電池中的鈈金屬塊238相當於一個“暖寶寶”。有了它，無須擔心月夜零下150度到180度的低溫凍傷儀器設備。

　　上述放射性同位素溫差發電器核電（diàn）池技術最（zuì）為成熟且應用最早（zǎo），但造價極其昂貴。以“毅力號”火（huǒ）星車核（hé）電池係統為（wéi）例，價格（gé）高達7500萬（wàn）美元。

　　近些年（nián）來，另一（yī）技術分（fèn）支——輻射伏特效應核電池的產業化（huà）進展頻頻“出圈”。隨著半導體材料製造（zào）技術的提高，此類電（diàn）池的實際（jì）應用（yòng）成為可能。

　　2012年，國內電（diàn）商平台就曾出現（xiàn）一款號稱20年不斷電、不充（chōng）電（diàn）的民用核電池NanoTritium出售，售價6980元，旋即引發網絡熱議。這並非山寨產品，而是美國City Labs公司推出的氚電池。2010年，由該（gāi）公司研發（fā）的NanoTritium輻（fú）射伏特效（xiào）應核電池獲得通用許可證。

　　City Labs選擇的氚僅僅釋（shì）放出低能量的β粒子，可以用非（fēi）常薄（báo）的材料遮擋，是一種較安全且易於（yú）密封的放射源（yuán）。該公司官網資料顯示，其（qí）氚電池通過了全球航空航（háng）天及防務巨（jù）頭洛克希德·馬丁公司的第三方測試，證實該（gāi）產品的極（jí）端溫度變化耐受性（xìng）(-55°C 至（zhì） +150°C)。氚的（de）半衰期在12年左右，City Labs 稱“15 年前開（kāi）發的早期NanoTritium電池（chí）仍（réng）在高效運行，模擬實驗表明（míng）它們將繼續運行20多年。”

　　核電池民用，到哪步了（le）

　　阻（zǔ）擋核電池民（mín）用進程（chéng）的主要因（yīn）素，並非安全（quán）性。

　　作（zuò）為核電池的能量來源，同位素放射源（yuán）必須滿足半衰期長、功率密度高、放射性危險性小、容（róng）易加工、經濟和易於屏（píng）蔽（bì）等條件。輻射伏特（tè）效應核電池一般使用純β輻射放射源，對物質的穿透深度很淺，幾張（zhāng）紙就能擋住，沒有外輻照傷害。

　　價格不菲是核電池大規模民用的主要限（xiàn）製因素之一（yī）。

　　將氚（chuān）電池推（tuī）向商用市場10餘年後，該領域“鼻祖”City Labs公司的（de）生意如何呢？“貝塔伏特電池(Betavoltaic Batteries)和核電池尚未（wèi）廣泛供個人消費者使用，這類電（diàn）源大多仍處於開（kāi）發和（hé）改（gǎi）進中。一些公司(比如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（fèi）者不會購買他們的產品，公司通（tōng）常（cháng）與對該技術（shù）感興趣的長期合作夥伴或科學（xué）組（zǔ）織打（dǎ）交道。

　　澎湃（pài）新聞從該公司網站獲悉，每塊（kuài）氚電池的基（jī）礎價格為5250美元。當然，批量訂單可享受折扣，定製產品要額外收費（fèi）。

　　轉換（huàn）效率和輸（shū）出性能更是核電池擴大應用領域不得不麵對（duì）的短板（bǎn）。

　　2023年12月，中國（guó）科學院合肥物質科學研究院核能安全所發布消息，該所韓運成項目組在（zài）貝塔輻射伏特核電池研究領域取得了新進展，相（xiàng）關研究成（chéng）果發表在《核（hé）科學與技術》(Nuclear Science and Techniques)期刊上。該文稱，貝塔（tǎ）輻射伏特核電池利用放射（shè）性同位素釋放的貝塔（tǎ）粒子轉（zhuǎn）化為電能，具備長壽命、高能量密度、微小尺寸和優異的抗幹擾能力等特點，被普遍認為是微機電係統(MEMS)中極具潛力的能（néng）源替代選（xuǎn）項之一。然而，傳統的平麵電池受到半導體結構和放射源加載的限製，半導體轉（zhuǎn）換器僅能利用放射源單麵釋放的衰變能，導致輸出功率和轉換效率低，輸出功率限製在（zài）nW水平，無法滿足MEMS係統的功率需求。

　　輻射（shè）伏特（tè）核電池的功（gōng）率處於納瓦到（dào）毫瓦量級。根（gēn）據City Labs公（gōng）司的資料，該公司提供的核電池（chí）產品在納瓦、微瓦、毫瓦範圍。

　　清華大學輻射（shè）防護辦公室常務副主任朱立此前曾對City Labs公司推出的氚電池作（zuò）出（chū）解讀，“其功（gōng）率最多隻有0.84毫瓦，這表明NanoTritium還不能應用（yòng）到手（shǒu）機等（děng）領域。”

　　不僅如此，我國《放射性同位素與（yǔ）射線裝置安全和防護條例》和《放射性同位素與（yǔ）射線裝置安全許可管理辦法》明確規定，放（fàng）射源（yuán）的豁免必須持（chí）有備案證明文件，也即相關商（shāng）業活動須經（jīng）過審批。

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

　　這（zhè）家名（míng）為（wéi）北京貝塔伏特新能科技有限公司的企業稱，融合鎳63核同位素衰變技術和中國第一個金剛石半導體模塊（kuài），該（gāi）公司將（jiāng）推（tuī）出的第一款產品BV100是世界上首塊即將量（liàng）產的核電池，功率是100微瓦，電壓3V，體積是15 X 15 X 5立方毫米，比一枚硬幣還小。核電池每（měi）分每秒（miǎo）都在發電（diàn），每天8.64焦耳，每年3153焦耳。多塊這樣的電池可以串（chuàn）並聯使用。

　　鎳（niè）-63的半（bàn）衰期達100年，按半衰期來算，基於鎳-63的核電池（chí）確實至少可工作50年。

　　但一位從事核技術應用研究的學者（zhě）向澎湃新聞（wén）表達了對上述公司產（chǎn）品介紹和目標的質（zhì）疑（yí）。“目前功率還沒達到這個級別，核電池應用仍需（xū）依靠新材料和新工藝來（lái）提高輸（shū）出功率。”

　　社交平台上對該公司（sī）提出的“核電池手機”概念也不乏（fá）質疑（yí）聲。“1瓦（wǎ）=1000000微瓦，也就是說造（zào）1瓦的核（hé）電池，得比硬幣大10000倍。要把一枚硬幣1萬倍大小（xiǎo）的東西在兩年內做得跟手機電池一樣（yàng）大，摩爾定律都帶不動啊，何況是材料學。”該網友還反問道，現在的（de）手機峰值功率可達13-15瓦，1瓦能幹啥？

　　也有網友提出，該產（chǎn）品不僅不適用於手機電（diàn）池，即使當作外置電源，對比其他動輒百瓦（wǎ）的快充（chōng）也毫無優勢，更不用說鎳-63的價格問題。

　　“在（zài）民用領域，不受管製地使用（yòng）核電池是很危險的。”西北工業大學空天微納實驗室教授喬大勇此前接受中國科學報采（cǎi）訪（fǎng）時稱，“國際上對於核電池的民用都（dōu）存在法規限製，有些放射源的半衰期（qī）甚至（zhì）上千年，一旦不小心遺棄在某（mǒu）個地方，傷害和（hé）影響就將持續（xù）千年，隻有對核電池的製造、流通和回收製（zhì）定完善的法律、法規並嚴格執（zhí）行，這一具有美好未來（lái）的能源才能（néng）真正變成現實（shí）。”

　　輻射防護和環境保護專家、中國工程院院士潘自強對核電池應用前景的評判更為直（zhí）接。他認為，核電池可（kě）以用絞線設備在一些“不計（jì）成本”的事業方麵，但不可能像普（pǔ）通（tōng）商品那樣走進人們（men）的生活。