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国际核新闻
利用核废料制成钻石核电池 发电效率接近100%
时间:2021年02月23日 来源:中国核网 点击量:326 分享:

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利用核废料制成钻石核电池 为发电领域带来颠覆性改变 

核能发电的成本低廉,但核废料具有强大的放射性,处理和储存不易。如今,英国布里斯托大学卡波特研究所(University of Bristol Cabot Institute)的科学家正尝试一种创新的发电方式,能够一石二鸟,不仅解决核废料问题,还开发出新的发电来源。


核电厂常用的核燃料是从铀元素提炼出来,利用核分裂过程产生的热量将水蒸发成蒸汽,从而使发电涡轮机转动。铀来主要来自大自然,存在于地壳中,含量比金和银元素还高,可经采矿取得;因此,使用核能发电可以减少对化石燃料的依赖,运作成本较低。


然而,核子反应炉内含有大量放射性物质,一旦发生事故,将对生态及民众造成严重伤害。最棘手的议题,则是核电厂会产生危险的放射性废料,必须妥善储存,直到放射性消失。然而,核废料的半衰期长达5730年,极难保证在这么漫长的时间里不会出现任何意外。

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卡波特研究所的研究团队使用核废料制作一种合成的钻石电池,与放射物质作用后会产生少量电能。研究人员已开发一种新方式,能把放射性石墨烯加热,将大部分的放射性物质以气体形式释出,再以高温和低压作用把这些物质转变为人造钻石。


卡波特研究所的材料学教授史考特(Tom Scott)指出,把这些钻石放置在放射区域时,它们会产生微弱的电流。研究人员再把钻石电池封装在另一颗非放射性钻石中,以吸收有害放射物,并释放更多的电能,发电效率接近百分之百。

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史考特教授表示,这种发电方式不会排放任何废气,也不需维修,非常适合应用在「无法为传统电池充电或更换电池」的环境。他表示,研究团队以碳14同位素制成人工晶体电池,若使用在物联网(IoT)的低功耗装置,足可稳定提供数千年电力,在装置寿命结束前完全不须担心电力耗尽的问题,非常适合在物联网时代提供长久、稳定的电力。更令人振奋的一点是,当核电量耗尽时,这些材料会衰减到稳定状态,也就是电池内不会剩下任何核废料。


这种新型电池最大的疑虑,是放射线外泄可能对环境和健康造成负面影响;不过,西北太平洋国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory)的材料科学家胡巴德(Lance Hubbard)表示,阻绝射线外泄的技术相对简单,只需一般的外壳就可避免外泄。


史考特教授表示,核电池在半世纪前便已问世,最初用于远程控制或长期使用的设备上,最新技术则可把不到100磅的碳14同位素制成数百万枚核电池,未来可应用在心脏起搏器、人造卫星或传感器上。先前,研究团队曾利用这种钻石电池为数具机器人提供电力,让这些机器人前往火山口勘查地质,突破过去难以近距离观察火山喷发状况的瓶颈。


研究人员目前已成立新创公司Arkenlight,目标是在2024年让这种电池完成商用化量产。若能广泛应用,将为发电领域带来颠覆性的改变。

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