手機啥時候能用上核電池啊？ [複製鏈接]

點燃心火

Youth II

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電梯直達

樓主

發表於 2015-4-14 18:52:15 |只看該作者 |倒序瀏覽

核電池之所以比核反應堆來的簡單，不需要巨大的屏蔽，主要原因是是通過衰變而非裂變來釋放能量，可以選擇無伽瑪輻射或者中子輻射的放射性同位素，因此不需要多少屏蔽，但這也導致功率存在一個顯然的限制。
於是有一個關鍵的問題是，手機的功率大概是多少？以及一個可以提供手機功率的核電池會有多麻煩？——即使核電池由於封裝或者屏蔽其放射性，這依然是一個放射源。
我們以水果6為例，其電池3.82V、1810mAh，假設使用24小時充一次電來算，大約是0.29W的平均功耗。
對於放射性物質，通常用活度來比較其放射性，老單位是居裡，1居裡=3.7×1010貝可，放射性核素每秒有一個原子發生衰變時，其放射性活度即為1貝可。
釋放的能量通常用Mev或者KeV來表示，每MeV相當於1.6×10-13焦耳，也就是說每居裡（3.7×1010貝可）活度的放射性物質在其輻射能量為1Mev的情況下發出的能量大約是5.92毫瓦。
以氚電池為例，氚的最大衰變能為18.6keV，平均能量為5.7keV，也就是說要提供0.29W的功耗，即使核電池的轉換效率為100%，也需要8.6千居裡——要知道，手表的氚管通常是25毫居裡。
按照典型的氚供應價格，至少需要數萬美元，按照直接充電式核電池實際效率，需要量至少還要乘以10多倍。
如果我們選用一種比氚的單位能量更高的放射源呢，並且我們假設其伴隨的伽瑪輻射很小或者很容易防護，比如鍶90、氪85（他們都是核裂變產物，可以從乏燃料中大量獲取，衰變能量在0.5～0.7MeV），那麼面臨的問題就更明顯了。
這種放射性影響比氚強百倍的放射性物質，需要更嚴格的管理和監督。你不可能把數百居裡這種輻射強度的放射源——按有關規定應為三類放射源（沒有防護情況下，接觸這類源幾小時就可對人造成永久性損傷，接觸幾天至幾周也可致人死亡）——塞在手機裡拿著到處跑，那樣隻要一個反社會的小偷把你的手機電池砸爛就可以造成恐慌了。
另一個問題是一個滿足手機要求的核電池可能比較大。在實用的核電池當中，大多數都是功率非常小的，微瓦或毫瓦級的電池，這些電池通常采用效率比較高的直接充電式、氣體電離式、輻射伏特效應能量轉換原理，要實現數百毫瓦甚至數瓦的功率比較困難。
少數功率達到數瓦甚至上百瓦的電池多為深空探測器使用的熱電轉換核電池，通常是钚238或者釙210作為放射源，且不管兩者的昂貴價格，他們的放射性毒性和化學毒性都非常強大。
美國核工業界允許的钚238攝入量是2.4×10-9g，而釙210由於毒殺前俄羅斯特工利特維年科早已是臭名昭著，號稱比氰化鉀還要毒2.5億倍。
當然以手機通常壽命來說，需要一種半衰期較短（1～3年）、純α或者β放射性、能量在MeV級、幾乎無γ輻射和γ子體的核素比較合適，最好化學性質穩定。
即使我們找到這樣一種材料，並且核安全法規同意你購買，這樣一種核電池會比手機的電池要大一些，並且發熱量會很大——熱電轉換式核電池的效率很低，通常隻有百分之幾，也就是說你的手機將有數瓦到數十瓦的發熱功率，比小米更適合當暖手寶。
補充一下氚的價格問題：某些回復中提到的利用泄漏中子生產氚並不實際，因為中子通量很低，經濟的路線是用鋰代替一部分核電站控制棒和調節棒，或者從重水堆比如CANDU的慢化劑中提取。
21世紀初，美國能源部(DOE)曾在田納西河管理局(TVA)下屬的Watts Bar核電站中試驗性地生產氚，以維持核武庫當中氚的存量。如果用鋰代替控制棒中的中子毒物，在不增加額外燃料的情況下，Watts Bar核電站的一個反應堆（1100MW電功率）可以插約2000根產氚可燃毒物棒（TPBAR）；在不改變反應堆18個月的換料周期的情況下，反應堆可以插入2496根；如果將換料周期改為12個月，可以塞3000根，每根TPBAR在一堆年的運行中當中可以生產約0.75g氚。
DOE每年需要約3公斤氚，而TVA給的報價當中運行費用為每年2000-6000萬美元（不包括氚提取設施的基建費用），這是成本價，因為TVA的性質類似國企，向聯邦其他機構服務得收成本價，價格波動區間取決於DOE是提供廉價的來自核武器的濃縮鈾燃料還是提供商業鈾濃縮生產的核燃料。
每克氚大約是9600多居裡，商業市場上的氚價格在2美元每居裡上下浮動，也就是一克將近2萬美元。
實際上核電站運行本身會排放很少量的氚，壓水堆有每年數千個居裡/百萬千瓦功率的氚排放限額，但是排放濃度要求非常稀。
CANDU的氚排放量比壓水堆大一個數量級，由於濃度和同位素分離的難度，這些氚是沒有回收意義的。