时间,宛如马桶里的水,总会随着按钮的按下,而匆匆流逝。
“现在各国科学家,都将伏特电池视为核电池的出路,殊不知,他们的路早就走偏了啊”
关闭图书馆线上查询页面,江离无奈的叹了一口气。
翻阅一早上资料,江离也是对现在的核电池研究有了更为清晰的认识。
仅花了一早上时间,江离就看完了物理界十几年的研究成果,如果有其他人看到这一幕,绝对会被震惊的张大嘴巴。
像这样惊呆旁人的行为,对江离而言只是基本操作罢了。
脑力每开发一度,对于思维、记忆、反应以及敏锐度都是一个质的提升。
在5脑力的强大加持下,江离早已具备了顶级研究者的潜力。
他原本以为,如今核电池的研究就算进展缓慢,至少也应该大差不差才对,却没想到,自己还是太乐观了。
核电池研究的困境,比他想象的更加严重。
甚至就连最最基础的原料选择,都走进了死胡同
核电池。
也叫放射性同位素温差发电器。
或者原子能电池。
与核电站通过裂变或聚变发电的原理不同,核电池利用的是放射性元素自身的衰变特性。
前者是将核能转化为内能、再将内能转化为机械能、最后转化为电能,过程非常复杂,中间环节损耗了大量的能量。
而后者,则是利用特制的换能器,直接将内能转化为电能。
核电池原料的衰变原理,分为两种。
衰变和b衰变。
两者都是利用元素的天然衰变性向外释放巨大的热量和射线,然后用特殊的能量转换器进行吸收,使其产生的热量转化为电能。
不同的是。
衰变是一个原子核释放出一个粒子,并转化为一个质量数减少4、核电荷数减少2的新原子核,因为粒子和一个氦原子核相同,所以从本质上讲,衰变是量子力学隧穿效应的一个微观应用。
在衰变过程中,粒子的动能约为5 v,速度是15000ks,速度相对缓慢,只有光速的二十分之一,同时它的质量也比较大,因此,它们很容易与其他原子相互作用而失去能量。
哪怕是一层几厘米厚的空气,也能将其完全吸收。
除了速度慢、难以利用外,衰变还具有一个更为棘手的弊端。
那就是,粒子的动能,远低于库仑势垒的20兆电子伏
根据经典力学原理,由于库仑势垒的阻挡,粒子不能跑到核外,也就无所谓放不放电了。
直到二十世纪二十年代,量子力学诞生,才从量子隧穿效应的角度解释了衰变的本质。
科学家发现,像钚等少数放射性元素,其在进行衰变时,粒子有一定几率穿透势垒跑出原子核
由此,便诞生了现在的太空核电池
最典型的例子就是火星车和航天器上使用的钚238核电池,根据科学家计算,它的半衰期可达87年。
不过遗憾的是,它的功率非常小。
由于钚23款世界先进的rtg能源中枢,自重就达到了45公斤,却只能产生约110的功率,和手机充电器的功率差不多。
要知道,目前主流的电动汽车,功率已经达到了70k至250k。
两者相差足足一千多倍
同时,钚在衰变时不仅会释放出粒子,还会释放出中子和γ射线
γ射线,就是漫威电影中照射绿巨人的那个
除此之外,钚23g的钚238,就需要上千万美金
以钚238超低的能量利用率,想要真正派上用场,其质量最低也得按斤来计算
那就是几十亿美金
除了夏国和漂亮国,全世界没有几个国家撑得起这样的消耗
而这,就是江离为什么说现今核电池研究走偏了的真正原因。
在他看来。
相比于吃力不讨好的衰变,b衰变才是核电池较为理想的出路
顾名思义,b衰变就是一个原子核释放出一个b粒子的衰变。
其实质是将一个下夸克通过释放一个玻色子转变为一个上夸克,玻色子随后衰变成一个电子和一个反电子中微子的过程。
相比于赌概率的衰变,b衰变更容易控制,同时能量转化率也更高。
其原理是利用高能电子束穿过窗口通道进入捕获层,将半导体材料内部的粒子变成激发态,从而形成电子空穴对,最后形成宏观电压,进行放电。
这个机制类似于光伏效应,所以也被称之为b伏特电池。
最重要的是,它便宜啊
铀235:核裂变与核聚变的主要原料,黑市单克售价一万美金
钚238:核电池衰变的主要原料,单克售价上千万美金,而且被严格控制,掏钱你都买不到
和它们相比,b衰变的原料就要亲民很多。
像常见的c14、镍63等,都是世界上目前应用最广的低能b放射源,虽说价格也不便宜,但却还在可以接受的范围内。
其中,c14的衰变周期是5000年,镍63也有100年,均超过衰变钚238的87年。
遗憾的是,c14因为其天然性质,发电效率实在是微乎其微,而镍63的也不容乐观,用它做成的核电池,功率只有1瓦左右。
是的,你没听错。
就目前的科研水平,b衰变核电池的功率,不到衰变的百分之一
而这,也是科学家放弃b衰变,死磕衰变的根本原因
我们也知道b衰变好,可臣妾实在是做不到啊
比起虚无缥缈的b衰变,好像还是衰变更现实一点。
“诶”
江离忍不住叹了一口气。
看来他想要吹响第四次能源革命的号角,还任重而道远啊。
若想真正改变世界,光靠衰变是远远不够的。
b衰变才是未来啊
“那就以b衰变为方向吧”
定好了目标,江离立即开始行动。
首先要做的,就是改变b衰变的能量转化方式,重新制定一个新的框架,彻底解决b衰变发电效率低的问题
江离很清楚核电池研究的瓶颈。
一个是能量转化效率低,一个是辐射危害大。
和这两个世纪难题相比,他之前设计的数学模型,只能算是开胃菜罢了。
至于原料选择,则是需要好好考虑。
在元素周期表中共有1194号是天然元素,95号是人造元素。
这其中,84号到94号才具有较强的放射性,除了镀和铀等比较便宜,其他要么买不到,要么就是单克成千上万元。
至于95号到号,这些玩意属于人造元素,超级超级贵,比如98号的锎,单克就需要上亿元,比钚还贵。
这么夸张的价格,就连绝大多数国家都承受不起,更别说推向全人类了。
做不到普及,那就意味着只能存在于少数国家的尖端领域,这和江离计划推动第四次能源革命的初衷背道而驰。
好在这些人造元素的半衰期都非常短,有的甚至不到1秒,不具备持续放电的能力,所以不在考虑范围之内。
从科学的角度讲,合适的衰变材料至少需要满足以下几个特点:
较长的衰变周期、需要有一定的功率密度,辐射要小,易于加工、成本低等。
而钚和铀都太贵了。
c14虽然拥有5000年的超长衰变周期,但本身的能量密度低的可怕,拿来做电池可谓是牙签涮水缸。
最终,江离把目光放在了镍63上。
之所以此前没有人考虑。
是因为镍63能量密度也实在太小了。
200个加在一起才能勉强实现1m的输出功率,换算成能量密度也才不过10hkg。
这跟锂电池的150hkg,差了整整4个数量级,完全是天壤之别。
好在这一切,在江离这里都不是问题
此时此刻。
他的脑海中,就有将b衰变能量大幅度提升的方法
江离的大脑飞速运转。
脑海中宛如走马灯一般闪过一道道深奥晦涩的公式推导,这些公式仿佛有着神奇的魔力,将原本与高能量毫不相关的b衰变,一点点拉到某个奇妙的位置
他将桌上皱巴巴的方案撕下一张,用背面当草稿纸,开始推衍公式。
在他的笔下。
b衰变的发电量与辐射量,竟缓缓趋近微妙的平衡
仿佛有一只无形的大手,将两座相对矗立的山峰硬生生聚拢到了一起,而江离自己,此刻正缓缓从其中穿过。
这种感觉是如此令人痴迷。
江离不自禁的沉浸在了知识的汪洋之中。