中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：據(jù)美國(guó)《信號(hào)》雜志網(wǎng)站報(bào)道，美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（ARL）正在開(kāi)發(fā)以放射性同位素氚為動(dòng)力的原型電池，其壽命可能會(huì)持續(xù)幾十年或更長(zhǎng)時(shí)間。長(zhǎng)壽命電源可減輕戰(zhàn)場(chǎng)后勤負(fù)荷，延長(zhǎng)為傳感器和通信節(jié)點(diǎn)供能的時(shí)間，提供增強(qiáng)的態(tài)勢(shì)感知，為作戰(zhàn)人員提供當(dāng)前不存在的作戰(zhàn)選項(xiàng)。研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃于2014年開(kāi)始現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試原型電池。首先從小型現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)開(kāi)始，在較小地點(diǎn)進(jìn)行，如布拉格堡，能將這些同位素電池運(yùn)送到其他設(shè)施。該技術(shù)可能會(huì)在五年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
放射性同位素電池：人類(lèi)在放射性同位素的創(chuàng)造性應(yīng)用
通常不穩(wěn)定（即具有放射性）的原子核會(huì)發(fā)生衰變現(xiàn)象，在放射出粒子及能量后可變得較為穩(wěn)定。當(dāng)放射性物質(zhì)衰變時(shí)，能夠釋放出帶電粒子，如果正確利用的話(huà)，能夠產(chǎn)生電流。放射性同位素電池又叫核電池，是利用放射性同位素衰變放出載能粒子（如α粒子、β粒子和γ射線(xiàn)）并將其能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。
按提供的電壓的高低，放射性同位素電池可分為高壓型（幾百至幾千伏）和低壓型（幾十毫伏-1伏左右）兩類(lèi)。按能量轉(zhuǎn)換機(jī)制，可分為直接轉(zhuǎn)換式和間接轉(zhuǎn)換式。具體而言，包括直接充電式核電池、氣體電離式核電池、輻射伏特效應(yīng)能量轉(zhuǎn)換核電池、熒光體光電式核電池、熱致光電式核電池、溫差式核電池、熱離子發(fā)射式核電池、電磁輻射能量轉(zhuǎn)換核電池和熱機(jī)轉(zhuǎn)換核電池等。其中直接充電式核電池、氣體電離式核電池屬于直接轉(zhuǎn)換式，應(yīng)用較少。目前，應(yīng)用最廣泛的是溫差式核電池和熱機(jī)轉(zhuǎn)換核電池。放射性同位素電池取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展始于20世紀(jì)50年代，由于其具有體積小、重量輕和壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，而且其能量大小、速度不受外界環(huán)境的溫度、化學(xué)反應(yīng)、壓力、電磁場(chǎng)等影響。因此，它可以在很大的溫度范圍和惡劣的環(huán)境中工作。
此前已經(jīng)有放射性同位素電池應(yīng)用于軍事或者航空航天領(lǐng)域，但是體積往往很大。過(guò)去在電池的研發(fā)過(guò)程中面臨的重大難關(guān)之一，就是為了提高性能，電池大小往往比產(chǎn)品本身還大。由美國(guó)密蘇里大學(xué)計(jì)算機(jī)工程系教授權(quán)載完（音）率領(lǐng)的研究組成功為“放射性同位素電池”瘦身，研發(fā)出的“放射性同位素電池”體積小但電力強(qiáng)。但權(quán)載完教授組研發(fā)出的放射性同位素電池只是略大于1美分硬幣（直徑1.95厘米，厚1.55毫米），但電力是普通化學(xué)電池的100萬(wàn)倍。密蘇里大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)稱(chēng)他們研制小型放射性同位素電池的目的，是為微型機(jī)電系統(tǒng)或者納米級(jí)機(jī)電系統(tǒng)找到合適的能量來(lái)源。
如何為微型或納米級(jí)機(jī)電系統(tǒng)找到足夠小的能量來(lái)源裝置，同微型裝置一樣是一個(gè)熱門(mén)研究領(lǐng)域。放射性同位素電池的另一誘人之處是，提供電能的同位素工作時(shí)間非常長(zhǎng)，甚至可能達(dá)到5000年。放射性同位素電池有放射性污染，必須妥善防護(hù)；而且一旦電池裝成后，不管是否使用，隨著放射性源的衰變，電性能都要衰降。
發(fā)放射性同位素電池將航天器“送到”了太陽(yáng)系邊緣
從上世紀(jì)中葉起，美國(guó)在“先驅(qū)者”10號(hào)、11號(hào)探測(cè)器，“旅行者”1號(hào)、2號(hào)探測(cè)器，木星和土星探測(cè)器中，都使用了同位素溫差發(fā)電器作為電源。就是因?yàn)椴捎煤穗娫?，美?guó)“旅行者1號(hào)”行星探測(cè)器，才創(chuàng)造了世界衛(wèi)星遠(yuǎn)航史上的輝煌紀(jì)錄。目前它是離地球最遠(yuǎn)（飛行約近200億公里）和飛行速度最快的人造衛(wèi)星。它用了36年的時(shí)間，飛行到了太陽(yáng)系的邊緣。
第一個(gè)放射性同位素電池是在1959年1月16日由美國(guó)人制成的，它重1800克，在280天內(nèi)可發(fā)出11.6度電。在此之后，放射性同位素電池的發(fā)展頗快。1961年美國(guó)發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星“探險(xiǎn)者1號(hào)”，上面的無(wú)線(xiàn)電發(fā)報(bào)機(jī)就是由放射性同位素電池供電的。1976年，美國(guó)的“海盜1號(hào)”、“海盜2號(hào)”兩艘宇宙飛船先后在火星上著陸，在短短5個(gè)月中得到的火星情況，比以往人類(lèi)歷史上所積累的全部情況還要多，它們的工作電源也是放射性同位素電池。因?yàn)榛鹦潜砻鏈囟鹊臅円共畛^(guò)100℃，如此巨大的溫差，一般化學(xué)電池是無(wú)法工作的。
蘇聯(lián)在1967-1982年期間，共發(fā)射了24顆核動(dòng)力衛(wèi)星，都屬于海洋監(jiān)視衛(wèi)星。衛(wèi)星帶有以濃縮鈾235為燃料的熱離子反應(yīng)堆，核能功率為5-10千瓦。不過(guò)核動(dòng)力并不是用來(lái)驅(qū)動(dòng)衛(wèi)星，只是利用放射性元素衰變時(shí)放出的熱量，通過(guò)熱電偶產(chǎn)生電能給衛(wèi)星上的設(shè)備供電。這些核動(dòng)力衛(wèi)星，多在200多公里的低軌道上工作，完成任務(wù)后核反應(yīng)堆艙段與衛(wèi)星體分離，并將小型火箭推到大約1000公里的軌道，可運(yùn)行600年。1978年1月24日，蘇聯(lián)“宇宙”954號(hào)核動(dòng)力衛(wèi)星發(fā)生故障，核反應(yīng)堆艙段未能升高而自然隕落，未燃盡的帶有放射性的衛(wèi)星碎片散落在加拿大境內(nèi)，造成嚴(yán)重污染。1983年1月“宇宙”1402號(hào)核動(dòng)力衛(wèi)星發(fā)生類(lèi)似故障，核反應(yīng)堆艙段在南大西洋上空再入大氣層時(shí)完全燒毀。
隨著后來(lái)美蘇太空競(jìng)賽的冷卻，人類(lèi)探索深空的腳步放緩。由于在近地軌道，放射性同位素電池的性?xún)r(jià)比不及太陽(yáng)能電池，此外，目前全球钚238主要產(chǎn)自俄羅斯，燃料來(lái)源的局限也延緩了放射性同位素電池的發(fā)展、應(yīng)用。
放射性同位素電池的應(yīng)用呈現(xiàn)出廣闊“空間”
美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)獨(dú)具特色的軍方企業(yè)性實(shí)驗(yàn)室。美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室提出要借助合作協(xié)議在私營(yíng)部門(mén)建立卓越中心，這樣，軍隊(duì)的科學(xué)家和工程師們可以在規(guī)劃、管理及實(shí)際工作中積極合作。合作協(xié)議被授予公司和大學(xué)組成的聯(lián)合團(tuán)體。由于主要的電信和電腦公司在技術(shù)保護(hù)方面的經(jīng)驗(yàn)，陸軍每一個(gè)聯(lián)合團(tuán)體由工業(yè)企業(yè)主導(dǎo)。
美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室正在開(kāi)發(fā)的以放射性同位素氚為動(dòng)力的原型電池，其壽命可能會(huì)持續(xù)幾十年或更長(zhǎng)時(shí)間。與化學(xué)電池相比，這種新方法會(huì)明顯減少電池更換，降低后勤負(fù)擔(dān)。當(dāng)前原型電池仿照軍用BA-5590電池，為一個(gè)2英寸×4英寸×3英寸的立方體，使用與當(dāng)前化學(xué)電池相同的連接器。而由于同位素本質(zhì)，未來(lái)原型電池可以做得更小、更輕。同位素電源可提供比化學(xué)電池大5個(gè)數(shù)量級(jí)的能量密度。該新型電池有13年的半衰期（使用一半電量所用時(shí)間）。
項(xiàng)目專(zhuān)家李茲稱(chēng)，如果正確規(guī)劃任務(wù)，經(jīng)過(guò)最初13年電池會(huì)剩余一半電量，再過(guò)13年電池會(huì)剩余25%的電量。當(dāng)前原型電池使用的是氚同位素，但研究人員計(jì)劃最終使用其他能續(xù)航更長(zhǎng)時(shí)間的同位素?；瘜W(xué)電池在不使用的情況下會(huì)在10年后降解，而對(duì)于衰減同位素，鎳63能持續(xù)100年，镅能持續(xù)432年。低劑量同位素是安全的。原型電池使用了作戰(zhàn)人員安全級(jí)別，并且安全性將繼續(xù)提高。同位素與更好的能量轉(zhuǎn)換器匹配可使該裝置更高效，減少同位素的需求量，提高安全性。
研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃于2014年開(kāi)始現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試原型電池。首先從小型現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)開(kāi)始，在較小地點(diǎn)進(jìn)行，如布拉格堡，能將這些同位素電池運(yùn)送到其他設(shè)施。該技術(shù)可能會(huì)在五年內(nèi)實(shí)現(xiàn)，提高戰(zhàn)場(chǎng)感知能力。其他軍種也對(duì)該電池表現(xiàn)出興趣，但陸軍對(duì)無(wú)人值守地面?zhèn)鞲衅鞯男枨笠恢笔茄芯筷P(guān)注的焦點(diǎn)，陸軍希望把這些傳感器部署在世界上許多可能只能到達(dá)一次的地方。此外，該技術(shù)還可用于商業(yè)目的，埋在橋梁或建筑物內(nèi)部的電源和傳感器可持續(xù)檢查材料的穩(wěn)定性。
目前，放射性同位素電池的用武之地不僅僅局限于太空。高山、深海、南北極乃至人體中到處可以找到它的影蹤。心臟起搏器用的放射性同位素電池重量?jī)H40克，體積很小，壽命可達(dá)十年，為病人免除了經(jīng)常做開(kāi)胸手術(shù)的痛苦。在極地、海島、高山、沙漠、深海等條件惡劣、交通不便的地方都可以有放射性同位素電池大顯身手之地。自動(dòng)無(wú)人氣象站、浮標(biāo)和燈塔、地震觀察站、飛機(jī)導(dǎo)航信標(biāo)、微波通訊中繼站、海底電纜中繼站等都可以使用免維護(hù)、長(zhǎng)壽命的RTG供電。僅俄羅斯的北極海岸地區(qū)就有386個(gè)使用鍶90的放射性同位素電池運(yùn)行，為導(dǎo)航設(shè)施供電。
