光電核電池
光電核電池(optoelectric nuclear battery)也稱為放射光電裝置、放射發光核電池[1]或放射性同位素光伏發電機[2])是一種將核能轉換為光，然後產生電能的核電池。它是通過放射性同位素發射電離輻射擊中發光材料(閃爍體或磷光體)，發光材料再發射光子撞擊光伏電池來實現發電。
描述[編輯]
諸如鎝-99或鍶-90之類的β發射體懸浮在含有準分子類發光氣體分子的氣體或液體中，構成「塵埃電漿體」。這使得塵埃粒子發出的β電子幾乎可以無損地輻射出來，然後，受激發的氣體準分子線將放射轉化成周圍光伏層中的電子，從而實現輕質、低壓、高效的電池。這些核素來自核反應爐中成本相對較低的放射性廢料。塵埃粒子的直徑很小(幾微米)，β衰變 產生的電子幾乎沒有損失。周圍的弱電離電漿體由氣體或氣體混合物(如氪、氬和氙)及準分子線組成，因此相當數量的β電子能量被轉換為光。周邊壁體具有寬能帶結構的光電層，比如鑽石，就能將輻射產生的光能轉化為電能。
一項德國專利[3][4] 介紹了一種光電核電池，該電池由內置於帶內鏡面壓力容器中的氬、氙或氪準分子(或其中兩種或三種的混合物)、細磨的放射性同位素、一台間歇式超聲振盪器和及一支可調諧準分子帶隙的照明光電管組成。當β輻射核素(例如氪-85或氬-39)發射β粒子時，它們以最小熱耗在較窄的準分子能帶隙中激發自身的電子，因此這種輻射在高能帶隙光電層(例如P-D型金剛石)中能非常有效地轉化為電能。與現有的放射性核素電池相比，每重量單位的電力可以增加10到50倍或更多。如果壓力容器由碳纖維/環氧樹脂製成，則功率重量比可與帶油箱的吸氣式發動機相媲美。這種設計的優點是不需要精密的電極組件，而且大多數β粒子都會從細碎的大塊材料中逃逸出來，從而產生電池的淨功率。
缺點[編輯]
- 放射性核素價格高。
- 需高壓(高達10兆帕或100巴)重型安全殼。
- 安全殼失效會釋放出高壓噴射的微粒放射性同位素，形成一顆有效的髒彈。
固有的故障風險很可能將該裝置局限於天基應用，在這種應用場合中，只有在裝置離開地球軌道後，才能從安全運輸設備中取出精細分割的放射性同位素源，並將其置於高壓氣體中。
DIY製作[編輯]
簡單的光電核電池可以由現成的氚管(塗有放射發光磷光體的充氚玻璃管)和太陽能電池構成[5][6][7]。一種採用14個22.5x3毫米的氚瓶設計的電池，最大電壓為1.6伏，產生1.23微瓦[5]，另一種設計將電池與電容器與結合起來，為袖珍計算器供電，每次最多一分鐘。[8]。
另請參閱 [編輯]
參考文獻[編輯]
- ^ Hong, Liang; Tang, Xiao-Bin; Xu, Zhi-Heng; Liu, Yun-Peng; Chen, Da. 不同磷光体层的辐射发光核电池. 物理研究中的核儀器與方法B章：束流與材料和原子的相互作用. 2014-11-01, 338: 112–118. ISSN 0168-583X. doi:10.1016/j.nimb.2014.08.005 （英語）.
- ^ McKlveen, J. W.; Uselman, J. 放射性同位素驱动的光伏发电机. 核技術. 1979年, 43 (3): 366–372. ISSN 0029-5450 （英語）.
- ^ Jurewitsch, Boody, Fortov, Hoepfl. 用含有悬浮在气体或等离子体中的放射性核素尘埃颗粒，用于航天器的超小型放射性核素电池(DE000019833648). patentscope.wipo.int. January 27, 2000 [2020-08-30]. （原始內容存檔於2017-07-08）.
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- ^ G. Heaton. 氚核电池(β光伏电池). hackaday.io. [2020-09-01]. （原始內容存檔於2020-11-15） （英語）.
- ^ Poole, Nick. 核电池组装指南. sparkfun.com. [2020-09-01].
- ^ G Heaton. 核动力计算器. hackaday.io. [2020-09-01]. （原始內容存檔於2020-11-09） （英語）.
- '作用於放射性同位素微電池的聚合物、磷光體和電壓, 作者：肯尼斯·E·鮑爾(編輯)等
- 美國7482533號專利-核芯電池