核电池的优点（核电池原理是什么）

本文目录

• 核电池原理是什么
• 核电池技术已经用于宇宙飞船上，为什么不用于汽车上呢
• 我想知道大家对核电池的看法
• 核电池的“生命力”有多强大
• 核电池用在潜艇上,不就减小噪音了吗
• 核电池是什么东西难道真的说永远也不用充电吗
• 为什么天问一号火星探测器不像NASA好奇号那样采用核电池
• 续航能力极强的核电池，为什么不应用在新能源汽车上
• 核电池有什么优点

核电池原理是什么

摘要：众所周知，清洁能源拥有改变世界的能力，而在清洁能源之中，核能就是一个特殊的存在，它不会像风能、水能和太阳能一样受到各种限制，核电池体积小、重量轻和寿命长，核电池的原理是什么呢？【核能电池】核电池原理是什么核能电池的优缺点核电池原理是什么据了解，当放射性物质衰变时，能够释放出带电粒子，如果正确利用的话，能够产生电流。通常不稳定(即具有放射性)的原子核会发生衰变现象，在放射出粒子及能量后可变得较为稳定。核电池正是利用放射性物质衰变会释放出能量的原理所制成的，此前已经有核电池应用于军事或者航空航天领域，但是体积往往很大。过去在电池的研发过程中面临的重大难关之一，就是为了提高性能，电池大小往往比产品本身还大。由美国密苏里大学计算机工程系教授权载完(音)率领的研究组成功为“核电池”瘦身，研发出的“核电池”体积小但电力强。但权载完教授组研发出的核电池只是略大于1美分硬币(直径1.95厘米，厚1.55毫米)，但电力是普通化学电池的100万倍。密苏里大学研究团队称他们研制小型核电池的目的是，为微型机电系统或者纳米级机电系统找到合适的能量来源。如何为微型或纳米级机电系统找到足够小的能量来源装置，同微型装置一样是一个热门研究领域。核能电池的优缺点优点：核电池在衰变时放出的能量大小、速度，不受外界环境中的温度、化学反应、压力、电磁场等的影响。核电池提供电能的同位素工作时间非常长，甚至可能达到5000年。缺点：有放射性污染，必须妥善防护；而且一旦电池装成后，不管是否使用，随着放射性源的衰变，电性能都要衰降。

核电池技术已经用于宇宙飞船上，为什么不用于汽车上呢

首先，我们来看一下核电池的性能，平时我们在军用、工业这些领域听说的比较多，因为它是一种放射性同位素电池，这些同位素在衰变过程中，释放的热能通过半导体里面的一个转换器转换成电能这么一个过程。它的主要优点是在衰变过程中释放能量的大小、速度都不会受到外界环境中温度、化学反应、压力、电磁场等的影响，且核电池里面的同位素工作时间很长，甚至可到达几千年。它的主要缺点就是放射性污染比较严重。

其次，我们使用电动汽车的主要目的就是节能环保、绿色出行，但是核电池的放射性污染太严重，用在电动汽车上与新能源汽车的初衷并不匹配；另外，核电池的成本造价非常高，它主要用在一些军事领域的生产制造上面，用在电动汽车上面，必将增加了它的成本，电动汽车为的是满足诸多消费者的需求，经济实惠；再者，核电池在衰变过程中反应堆非常大，容易发生爆炸，所以对于汽车的安全性是得不到保证的。

当然，我们不能因为核电池一项比较突出的优点，就贸然去尝试，毕竟电动汽车作为消费者一项交通工具，与人息息相关，需要考虑的因素特别多，只有把核电池对于电动汽车这些不利因素克服和战胜，它才能充分发挥它的优点。

总而言之，核电池工作性能比较稳定，工作时间比较长，但是污染严重、原料成本高、安全性差等等的这些因素，都是影响电动汽车的主要因素，所以目前的电动汽车不安装核电池。

虽然核电池在性能上远超其它材料，但是其污染严重、原材料成本高、安全性差等因素都导致它目前还不能成为电动汽车的电池。所以，只有当我们完全克服核材料对我们的危害时，才能将它运用到电动汽车上。

我想知道大家对核电池的看法

核电池，又称同位素电池，它是利用放射性同位素衰变放出载能粒子(如α粒子、β粒子和γ射线)并将其能量转换为电能的装置。按提供的电压的高低,核电池可分为高压型(几百至几千V)和低压型(几十mV—1V 左右)两类按能量转换机制,它可分为直接转换式和间接转换式。更具体地讲,包括直接充电式核电池、气体电离式核电池、辐射伏特效应能量转换核电池、荧光体光电式核电池、热致光电式核电池、温差式核电池、热离子发射式核电池、电磁辐射能量转换核电池和热机转换核电池等。其中直接充电式核电池、气体电离式核电池属于直接转换式,应用较少。目前应用最广泛的是温差式核电池和热机转换核电池。核电池取得实质性进展始于20世纪50年代,由于其具有体积小、重量轻和寿命长的特点,而且其能量大小、速度不受外界环境的温度、化学反应、压力、电磁场等影响,因此,它可以在很大的温度范围和恶劣的环境中工作。据了解，当放射性物质衰变时，能够释放出带电粒子，如果正确利用的话，能够产生电流。通常不稳定(即具有放射性)的原子核会发生衰变现象，在放射出粒子及能量后可变得较为稳定。核电池正是利用放射性物质衰变会释放出能量的原理所制成的，此前已经有核电池应用于军事或者航空航天领域，但是体积往往很大。 过去在电池的研发过程中面临的重大难关之一，就是为了提高性能，电池大小往往比产品本身还大。由美国密苏里大学计算机工程系教授权载完(音)率领的研究组成功为“核电池”瘦身，研发出的“核电池”体积小但电力强。但权载完教授组研发出的核电池只是略大于1美分硬币(直径1.95厘米，厚1.55毫米)，但电力是普通化学电池的100万倍。密苏里大学研究团队称他们研制小型核电池的目的是，为微型机电系统或者纳米级机电系统找到合适的能量来源。如何为微型或纳米级机电系统找到足够小的能量来源装置，同微型装置一样是一个热门研究领域。核电池的另一诱人之处是，提供电能的同位素工作时间非常长，甚至可能达到5000年。设想不久的将来，只需要一个硬币大小的电池，就可以让你的手机不充电使用5000年。一般核电池在外形上与普通干电池相似，呈圆柱形。在圆柱的中心密封有放射性同位素源，其外面是热离子转换器或热电偶式的换能器。换能器的外层为防辐射的屏蔽层，最外面一层是金属筒外壳。

核电池的“生命力”有多强大

在20世纪70年代，美国发射了“旅行者1号”与“旅行者2号”星际探测器，现在已经在茫茫宇宙里飞行了150多亿千米。它们可以在宇宙里保存并且工作10亿年！根据计算得知，公元4000年的时候，“旅行者1号”会从鹿豹座一颗恒星旁飞过；再经过35.6万年以后，“旅行者2号”会接近至距天狼星仅仅0.8亿光年的地方。

到底是什么能源令这两颗星际探测器一直工作呢？它就是“生命力”十分强大的核电池。

核电池通常是以放射性元素钚、钋、钴等作为热源的，它们在衰变的过程中能够不断地释放出具有热能的射线，人们利用半导体换能器把这些射线的热能转化成电能，就制成了核电池。

核电池在外形上大多是圆柱形，和普通干电池差不多。在核电池的中心密封着放射性同位素源，它的外面为热离子转换器。转换器的外层是防辐射的屏蔽层，最外层为金属筒外壳。

核电池具有很多独特的优点。第一，这些放射性元素衰变的时候所释放出来的能量以及速度不会受环境因素，如温度、电磁场、压力等的影响。所以，核电池具有十分强的抗干扰性、工作精确。第二，放射性同位素在衰变时可以放出比普通物质大得多的能量，并且衰变时间漫长。比如1克镭在衰变时所放出的能量要比1克木柴在燃烧时所放出的能量大60多万倍，衰变的时间长达1万年。这即为核电池体积小，而“生命力”十分强大的秘密所在。

正是因为核电池具有以上特点，它不但在航天领域大展才华，在医疗器械、潜海等各个领域里也得到广泛的应用。

从1970年的4月起，全世界已经有许多个配备了核电池的心脏起搏器以及人工心脏植入人体了。核电池的质量为160克，能在人体里可靠地工作10年以上。

在海洋的深处，同样是核电池的用武之地。比如，现在已将核电池作为水下监听器的电源，来监听敌潜艇的活动。此种核电池的工作时间为十几年，甚至能够长期不用人去看管与维修。以核电池作海底电缆中继站的电源，五六千米深海的巨大压力也不能把它怎样，十分安全可靠而且又经济。

核电池用在潜艇上,不就减小噪音了吗

电池是电池，现在常规点停用的是AIP系统，也就是氢电池。核潜艇是依靠反应堆提供动力：压水反应堆的原理，核反应堆系统中有两个回路： 一回路，从放射性的堆芯吸收热量，然后再把热量传递给蒸汽发生器即锅炉，反应堆的尺寸和效率，在一定程度上与通过堆芯的冷却剂的流量有关。一回路中还设有稳压器，用以维持和稳定反应堆压力壳内的压力。 二回路，向汽轮机提供蒸汽，二回路中蒸汽的热效率与热交换器和冷却器之间温差有关（这一点跟蒸汽动力系统一样）。作为冷却剂的水是不能在反应堆内沸腾，否则，它的温度便会下降。一回路中的冷却剂所传递的热量取决于它与二回路中的蒸汽之间的温差。降低二回路中蒸汽的温度虽然对热效率有益，但是也将导致汽轮机尺寸的增加，对于潜艇来说应尽量不使用低温蒸汽技术。因此吹生出利用液态金属做反应堆的冷却剂，这样就可使通过反应堆冷却剂的温度得到大幅度提高。从而使蒸汽发生器的温度提高几百度。核电池不能广泛应用到军事上，一个是有辐射，第二不安全，虽然民用研究出来了但是和军用的性质不同，核对人体是有伤害的。现在常规潜艇用的动力是柴油机+AIP系统来提高续航能力。

核电池是什么东西难道真的说永远也不用充电吗

现如今，我们的生活当中大多数用的还是锂电池，但是随着现在需求的越来越高，它的密度似乎成为了研究者们一直担心的问题，于是科学家们又向新式核电池领域出发，尝试着在未来能够代替锂电池的地位。

大家都知道，核电池又被称为“放射性同位素电池”，它主要通过半导体不断的将同位素放出的热能射线转变成电能，目前，核电池已经成功的运用到了一些军事领域和医学领域中去，之所以核电池能被广泛的运用，其实是基于其自身重量轻，寿命长，另外还不容易受外界温度和环境的变化等因素影响，还可以在高温和恶劣的环境下工作。

目前核电池的原型装置能量密度较低，要想真正大范围的使用还需要继续研究，但是俄罗斯的科研人员刚研究出了一种新型核电池，该电池是在镍-63的基础上进行改造的，和普通的电池相比，其最大的优点就是能量密度较高，虽然如此，但是核电池的放射性依然在科学领域上存在着很大的争议。但是我们可以利用核电池的这些特性，可以让核电池装置缓慢持续的释放出能量，但是尽管这些电池能够长时间的持续提供能量，但是它的低功能密度还是让人担忧的。

其实在过去的几年里，我们还见过一些电池，比如能够充分利用水分子发电的“锶基核电池”，还有一种寿命长达20的“纳米氚”电池，只不过俄罗斯的科研人员研究出的这一款新型核电池据说续航可以超过100年，并且还提升了电池的功率密度，是传统化学电池密度的10倍以上。

相信未来这种新型核电池能够运用到更多的领域中去，但是如果真的能续航一个世纪，你敢用吗？

为什么天问一号火星探测器不像NASA好奇号那样采用核电池

2020年7月23日，中国第二个火星探测器“天问一号”成功发射升空，如果一切正常，预计于2021年2月份抵达火星。

美国几十年前就开始探测火星了，2012年8月，NASA的好奇号火星车成功登陆火星，这虽然是美国的第4台火星车，但它却是世界上第1辆采用核动力驱动的火星车。

上图为好奇号火星车。

我国的嫦娥4号月球探测器就使用了中俄联合研制的核电池，这也是我国的航天器首次使用核电池。

老美的技术比较先进，在1961年就为人造卫星用上核电池了。而发射于1977年的旅行者1号探测器也使用了核电池，所以能够持续工作几十年，预计到2025年才会失去电力。

天问1号火星探测器虽然也搭载了一辆火星车，但是还是使用的太阳能电池供电。为什么我国不为火星车装上核燃料电池？

核电池，简单来说就是将核能转换为电能的装置。世界上最早的核电池是美国于上世纪50年代研发出来的。除了一些航天器，心脏起搏器中也采用了这种电池。最小的核电池仅比硬币大些。

上图就是微型核电池，这一类小型核电池可以为心脏起搏器供电。

通常有三种方式可以产生核能，分别是核聚变、核裂变和核衰变。核聚变还在研究当中。核裂变已经用于发电，核潜艇中就用的是小型核裂变反应堆，不过要想装到航天器上，技术上还达不到。

上图为核动力潜艇。

核衰变就是放射性元素的衰变，通常包括阿尔法衰变、贝塔衰变和伽马衰变，在衰变过程中能够释放出能量，不过能量没有核聚变和核裂变那么强。

上图为放射性元素的三种放射性衰变。

核电池又叫做放射性同位素发电装置，种类非常多，应用较广泛的是温差式核电池和热机转换核电池。其中，温差式核电池通常被用于航天器，它利用具有热电效应的材料将核衰变过程中释放出的能量（热能）转化为电能，然后供航天器使用。

上图为NASA的放射性同位素温差发电装置的主要结构，中心的核燃料棒就是二氧化钚。

不过，并非所有具有放射性的元素都能当核电池材料。必须要达到一定功率，才能供航天器使用。目前，国际上普遍使用的是钚-238这种人造放射性核素，它的半衰期在87.7年，利用的是阿尔法衰变过程中释放的能量。嫦娥4号和好奇号就采用的是这种电池。

上图为钚-238 核燃料棒。

核电池具有结构简单、可靠性高、能量密度大、寿命长等优点，几乎不会受周围环境的影响，可以在很恶劣的环境下稳定地输出电力。

航天器的主要能源就是太阳能和核能。之所以要在探测器中使用核电池，是因为离太阳越远，太阳能电池所能提供的电力就越弱。在火星轨道所能接受到的太阳辐射仅为地球轨道的40%。在火星上，你看到的太阳不仅更小，而且亮度也更弱。

上图就是火星上拍到的太阳，阳光比地球上弱很多。

而且在某些探测任务过程中还会经历黑夜等问题，为了保证探测任务正常进行，以及探测器内的设备不被低温损毁，必须持续而稳定地为探测器上的设备供电，因此有时必须使用核电池。不过，使用了核电池的探测器，也会使用太阳能电池，两者互为补充。

首先，我国的第1块核电池虽然诞生于1971年，不过我国的核电池技术并不成熟，制造的核电池转化率太低。嫦娥4号使用的核电池功率仅3瓦多，并且转化率不到1‰；而好奇号使用的核电池的功率达到了110瓦，转化率达到了4.3‰。要想达到同样的输出功率，以我国目前的技术，需要塞更多的核燃料，这意味着探测器的总重量会增加，这会加大发射难度。

其次，核电池中使用的材料具有放射性，对火箭发射系统的安全性和稳定性的要求也更高。我国是首次自主发射火星探测器，万一发射过程中出现问题，会产生很大的安全风险。美国之前就发生过类似的事件，导致钚-238被释放到大气中。

此外，钚-238由于是人造核素，生产成本极高，并且产量也有限，不能随便乱用。天问一号不仅是我国首个行星探测任务，也是第1个火星探测任务，预期寿命只有三个月，具有一定的试验性质，所以要谨慎。而且天问1号本身携带的探测仪器并不多，只需用太阳能便可以满足基本要求。科研也是有预算的，钱不能随便乱花，要用在刀刃上。

上图为天问1号火星车。

搞科研，不能盲进，步子跨大了，容易出问题。美国在此前的火星探测任务中，也没有率先使用核燃料电池，就是综合考量的结果。

可以肯定，我国在未来的火星探测任务中，如果火星车需要长距离、长时间运行，并且携带了较多的科研仪器，肯定会使用核燃料电池，不然光靠太阳能是满足不了需求的。

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续航能力极强的核电池，为什么不应用在新能源汽车上

核电池是什么？

核电池又叫“放射性同位素电池”，它是通过半导体换能器将同位素在衰变过程中不断地放出具有热能的射线的热能转变为电能而制造而成。核电池已成功地用作航天器的电源、心脏起搏器电源和一些特殊军事用途。2012年8月7日，美国好奇号火星车抵达火星，核电池寿命可达14年。

核动力主要用于军用领域，核电池是一种放射性同位素电池，主要优点体积小、能释放很大的能量，缺点很致命：有很强的放射性污染，且制造过程中污染严重，要几千年才能恢复。这与电动汽车节能环保、绿色出行的初衷不相符。汽车不同于潜艇、卫星，空间有限，无法有足够的辐射防护，一辆随时散发辐射的车你敢不敢开？

核电池的造价成本非常高，因此目前主要运用在一些特殊的军事领域，运用到电动汽车上必定会增加它的成本，恐怕车价要翻十几倍了。因此目前想要将其运用到电动汽车上还是不可能的。核电池主要用于航天器的电源、卫星等电源，应用于电动车还处于遥远的设想，如果非要定做一部这样的电动车的话，价格大约要 数千万元。这个价格的车你买不买？

最重要的还是安全问题，因为车辆在发生碰撞或者意外的时候，核电池一旦爆炸不仅仅会对乘客的生命造成致命威胁，且会产生核泄露威胁周边所有生物的生命安全。加上核电池在衰变过程中反应堆非常大，本身就容易发生爆炸，所以对于汽车的安全性是得不到保证的。而且核电池很容易被不法分子利用，改造成核弹，这一条就注定了核电池要收到政府严密的监管，更不可能用于汽车领域了。

核电池有什么优点

核电池的一个独特的优点是，它在衰变时放出的能量大小和速度，不受外界环境中的温度、化学反应、压力、电磁场等的变化影响。因此，核电池的抗干扰性特别强，而且工作准确可靠。