核电池范文

核电池范文第1篇

在我们的印象里，电动汽车每天都是需要充电的，并且因为所存电量有限，电动汽车还常常无法长时间连续行驶。电池不耐用，是制约电动汽车发展的最大瓶颈。现在，居然有一种超级电池不充电可以让汽车连续行驶数年，这是一种什么电池？

这种超级电池的名字叫核电池！

用核能发电，大家耳熟能详的是核电站，可现在蹦进耳朵的名字叫核电池呀！那么，核电池是不是一座微型化的核电站呢？要弄清楚核电池与核电站的区别，我们不妨看看核电站和核电池各自的发电原理吧。

让我们先来看核电站的发电原理。核电站是把放射性元素放进一个坚固的容器里，这些放射性元素在衰变的过程中会释放出大量热能，这些热能把水加热，形成高压水蒸气，水蒸气再推动发电机发电。看来，核电站的发电原理和火力发电站的发电原理是相似的，只不过火力发电站是用煤炭燃烧把水加热的，核电站则是利用原子能把水加热的。如果不考虑加热方式的区别，核电站也算火力发电站的一种。

让我们再来看核电池的发电原理。1818年，有位叫托马斯・约翰・塞贝克的物理学家在实验时发现了一个奇特的物理现象。他把两段不同的金属棒用导线连接起来，形成一个电路，然后把其中一个金属棒加热到较高的温度时，电路中就产生了电流。当时的物理学家都知道，当金属棒切割磁力线的时候，电路中就会产生电流，并把这种现象称为电磁效应，人们就是利用电磁效应发明发电机的。塞贝克加热金属棒而产生的电流并非基于切割磁力线，而是基于两根金属棒之间存在温度差。电路中两段金属棒因存在温度差而产生电流的现象就被称为热电效应。核电池是利用热电效应产生电流的。核电池的构造可以简单地描述如下：在一个密闭容器内放置两段半导体棒，用放射性元素包裹其中一段半导体棒，放射性元素会在衰变的过程中释放热量，把这段半导体棒加热，使其成为一段热棒；而另一段半导体棒没有被放射元素包裹，没有热量来加热它，所以它会成为一段冷棒。核电池内的热棒和冷棒存在温度差，如果把这两段有温度差的半导体棒用导线连接起来形成电路，那么就会产生电流。

核电站用电磁效应发电，核电池用热电效应发电，这就是核电站和核电池的本质区别。

托马斯・约翰・塞贝克是德国物理学家。这位物理学家研究物理却是个半路出家的人。起初他遵照父亲的人生规划，学习医学，成了一名出色的外科医生。但是从医并不是塞贝克的人生志趣，他更喜欢做物理实验，因此最终他丢掉了自己的医学本行，集中精力进行物理研究，结果在物理科学方面成果丰硕。塞贝克除了发现了热电效应之外，还第一个记录到太阳光照射在氯化银上出现的光谱现象，这个发现直接为彩色照相和全息照相创造了条件。塞贝克的研究成果告诉人们这样一个科学规则：兴趣是获得科学成就的先决条件。

古代人类通过自然现象发现了电，认识了电的力量，所以创造电或许是古代人类的一个梦想。在玛雅文化的金字塔内发掘出一些奇怪的东西，经过科学家辨认，发现这些东西原来是电池，并且是一些发电效能很高的电池。古代玛雅人留在金字塔里的电池让科学家们疑惑不解，因为按照当时的生产力水平，古代人是造不出这种高效电池的，所以有科学家推测，很可能是有外星人与古代人有接触，也许这些电池是外星人送给古代玛雅人的礼物吧！

热电效应的发现已经有了200年的历史，所以基于热电效应制造的核电池也并不是什么新科技产品。早在几十年前，科学家就已经研制出了实用的核电池，只不过核电池多用于航天设备之中，所以核电池一直是航天工程的利器。

1969年7月21日，美国阿波罗11号飞船飞抵月球，实现了人类登上月球的梦想。当时阿波罗11号飞船安装了一个类似于核电池的装置，其发热功率相当于一个15瓦的灯泡。这个发热装置里填充的放射性元素为钚-238。之所以说它类似于一个核电池，是因为当时这个装置不是用来输出电流的，只是通过发热帮助飞船在月球上取暖用的，这个发热装置可以说是核电池的雏形。

阿波罗12号飞船加装了通过改进的发热装置，改进后的装置内部填充的放射性元素仍旧是钚-238，但内部加装了两个用于产生电流的半导体棒，让它成为了一个真正的核电池。阿波罗12号飞船携带的核电池重31千克，发电功率提升到60瓦，可持续输出电流一年。正是因为有了核电池，所以阿波罗12号飞船完成了一系列高难度用电量大的太空研究任务，这都得益于核电池为飞船提供了足够而持续的电力供应。

1976年，海盗号火星探测器通过漫长的太空旅行，成功在火星上着陆并展开相关探测实验，也是得益于它上面装备了两个35瓦的核电池。2004年登陆火星的勇气号和机遇号也是带着核电池踏上太空旅途的，当这两个火星探测器到达火星后，关注者们发现这两个“小家伙”虽然工作很繁忙，但精神特别好，这是因为它们随身配置的核电池可连续供电14年，这种核电池的技术已经相当成熟，其提供电力的效率远远高于太阳能电池板的供电效率。

目前有能力将核电池装备于航天器的国家有美国、欧盟、俄罗斯和中国。近些年来，中国的航天技术发展迅速，核电池也成为我国进行太空探索不可缺少的利器。比如嫦娥三号月球车就装置了核电池作为电源。

核电池的研制过程并非一帆风顺，也多次出现险象环生的情况。1964年，美国在一颗卫星上准备进行核电池运行实验，结果装到卫星上的核电池意外爆炸，所释放的放射性物质散落到广大地区，造成了严重的核污染。1968年的时候，又有一颗装配核电池的卫星脱轨坠落到太平洋，幸好核电池没有发生损坏。1997年，美国发射卡西尼号土星探测器时，便有数百名示威者在场抗议，因为人们知道这个探测器上装有核电池，一旦近地爆裂，会导致数以千计的人患癌症而死。

宇宙无限广阔，人类对宇宙里的秘密有着强烈的好奇心，所以开始制造一些飞行器向更加深远的宇宙空间飞行。美国的旅行者1号行星探测器，目前创造了太空飞行史的辉煌纪录。它已经连续飞行了36年，现在距离地球大约有200亿千米远，已经飞行到了太阳系的边缘，它的目标是飞出太阳系，充当地球人的宇宙使者，负责向外星人传递人类信息。旅行者1号要完成这样的任务，需要继续飞行上百年，甚至上千年――旅行者1号携带的核电池，足可以支持它完成这次太空间的千年之旅。

核电池技术在航天工业的磨炼下，制造工艺越来越成熟，制造成本也越来越低廉，所以核电池最终将从航天技术转化为民用技术。就目前的情况来看，核电池“飞入寻常百姓家”的动作正越来越明显，因为普通人的生活空间里，或隐或现地有了核电池的身影。核电池进入普通人的生活，会给人们带来什么样的惊喜和改变呢？

手机可以不再充电了――现在，几乎每个人都经历过手机电量不足，需要不断充电的烦恼。如果有一个人拥有一个月都不用充电的手机，那肯定是令人欣喜的事情。可是现在给你一个能连续使用5000年都不需充电的手机，你肯定会惊讶万分吧？是的，核电池正由原来的较大向着小型化的方向发展，做到手机电池大小的模样已经指日可待，到时候手机里配上一块核电池，那么你的手机从此就可以不再充电，手机断电的烦恼再也不会存在了。除了手机可以装配核电池，所有需要移动电源的电器都可以装配核电池，这些电器不用充电就可以随意使用5000年，那将是多么方便而惬意的事呀！

心脏手术不必重复做了――有些心脏病病人需要在体内安装起搏器，有了起搏器，心脏病人才可以正常生活。可是安装了心脏起搏器的病人总有种担心：过几年后，起搏器的电量耗尽，又得重新手术，这真是让人害怕。如果给心脏病人的起搏器配备一块小型的核电池，那么电力耗尽的问题就可以避免，可谓是一次手术终生无忧了。核电池的小型化，可以为许多微型电机提供足够的电力，而微型电机正是日后进入人体，维持人类生命的主力军，所以核电池注定会给人类生命带来强大的保护力，其在医学领域的应用前景非常广阔。

开一辆电动汽车周游世界――目前，电动汽车虽然很前卫，也很环保，但是电动汽车多是采用体积大、重量沉的化学电池，加上这样的化学电池寿命短，导致当前的电动汽车并没有得到普通用户的青睐，电动汽车可谓是叫好不叫座，很难替代传统的燃油汽车。如果把核电池装到电动汽车上，电动汽车就会成为高性能汽车――重量轻、电力足。开着以核电池为电源的电动汽车，周游世界都不用充电，那可成了“永动汽车”呀！科学家预测，到本世纪中叶，核电池必将普遍应用于电动汽车。到时每家拥有一辆不太需要维修、不用充电，且高效大功率、低成本的核电池汽车将不是梦想，开着核电池汽车周游世界将是一种时髦。

一般情况下，核电池都是为一些用电设备提供低压电流的，所以说核电池应该算是低压电源。科学家发现，如果在核电池里填满一些烈性放射性物质，核电池也可以输出高压电流。有研究人员发现，用锶-90或氚制成的核电池，输出的电压可达500伏特，这种电压对于普通人来说已经相当骇人了。

核电池范文第2篇

“核能航天”

难以取代

有科学家认为，假若下一代太阳能电池能在性能上进一步得到改善，而航天器也能进一步减少能源消耗，那么一艘航天器甚至可以依靠一个太阳能电池阵列进入天王星轨道。然而，当航天器进入深空后，太阳能电池的工作效率终究要大打折扣。

预计2015年夏天抵达冥王星的“新地平线号”的电力来自于一个放射性同位素热电发电机。在冥王星附近，能够接收到的太阳能只有地球附近的千分之一了，按照现有的技术，假若“新地平线号”要使用太阳能，那么它的太阳电池板便要做到约2000平方米大，这是很不现实的。

2011年11月26日发射的“好奇号”火星车使用核能驱动，这使得“好奇号”与它的前辈 “勇气号”和“机遇号”在性能上有了很大的不同。事实上，“好奇号”原本也打算使用太阳能，但最后还是选择了核能，原因就在于科学家们希望“好奇号”的表现能进一步超过“勇气号”和“机遇号”，要做到这一点，就必须使电能的供应不受火星季节变化和其他环境因素的影响。2004年，当“勇气号”着陆火星后，它曾有一个雄心勃勃的计划，那就是攀登几千米开外的哥伦比亚山主峰麦库尔山，然而“勇气号”没能完成这个计划，原因就在于它的太阳能供电系统无法提供足够的能量，加上它的轮子也坏了。不过“勇气号”还是在2005年9月登上了哥伦比亚山的另一座名为“赫斯本德山”的山峰，这座山高约90米，虽然比麦库尔山低几十米，但“勇气号”总算可以在那里鸟瞰四周，这也是人类凭借机器人第一次在地球之外的另一颗行星上征服一座山巅。

由于使用太阳能，“勇气号”在火星上的探险活动还经历了一些类似的“有惊无险”的麻烦，例如有一次它遇到了强烈的火星尘暴，于是它的太阳能电池板上布满了灰尘，这就使它的电量大减，几乎“死”了过去，幸好火星上的一阵狂风又将电池板上的灰尘吹得一干二净，“勇气号”才得以“死里逃生”。

假若使用核能，这种事情就不会发生，火星车抵抗环境干扰的能力会强很多。尽管“好奇号”的重量是“勇气号”或“机遇号”的5倍，长度是它们的2倍，但它的核动力系统依然能使它在60度的斜坡上行驶，而且它的工作时间也由几年延长到了十几年。

核电池及其安全性

放射性同位素热电发电机又叫“放射性同位素电池”，简称“核电池”。与核反应堆靠裂变反应发电不同的是，核电池是基于衰变反应产生能量的。由于同位素在自然衰变中释放热量，人们便通过一种半导体能量转换器将这些热能转化成电能，但衰变远不如裂变剧烈，所以核电池只适用于小规模供电。它们体积小，稳定性强，能长期使用，抗干扰性和可靠性极佳，所以自1959年核电池诞生之日起，它们便成了电池家族中深受人们青睐的佼佼者。尤其是在航天领域，核电池的应用一下子大大拓展了人类对宇宙自然的认识空间。此前的“旅行者号”、“先驱者号”、探测木星的“伽利略号”、探测土星的“卡西尼号”都仰赖于这种核能源，并且取得了巨大的成功。“好奇号”上的核电池重约45千克，发电功率140瓦，它的能量可供“好奇号”使用14年。

然而，核电池由于冠了个“核”字，它便成了人们敬而远之的“另类一族”。事实上，用于航天器上的核能材料的确是危险的，例如钚-238，它的放射性极强，毒性很大，在发射航天器的过程中和发射以后的时段里，它们都有可能因意外而释放到大气层中去。1964年，美国海军导航卫星发生了爆炸，1千克钚-238被释放在了大气层中，这种严重污染环境的事故令人对核电池很不放心。1999年，“卡西尼号”在飞临地球时引发了一场范围广泛的公众抗议活动。“好奇号”使用核动力也曾遭到一些环保专家和普通民众的反对，这几乎使这项计划面临夭折。直到美国宇航局公布了“好奇号”的风险评估报告并再三强调技术的可靠性，这才在一定程度上缓解了公众的担忧。

核电池的优良性能让人们 “宠爱有加”，但另一方面，它的“核标记”又使人们“闻之色变”。能不能改变核电池在人们心目中的形象，使它们放下身段，走入寻常人的生活呢？

核电池的“瘦身运动”

改变发生在2005年。来自美国和加拿大的科学家发表文章说，他们利用核材料放射衰变的原理制造了一种新型电池，它的电量是此前同类电池的10倍，可连续10年不充电。在当时，核电池的诞生已接近半个世纪，因此利用放射衰变的原理产生电能并不是新鲜事。然而此前利用同类方法生产的核电池都面临体积过大、电量过小的问题，原因很简单，那就是当放射性物质发生衰变时，它们的电子是向四面八方辐射的，所以大部分电子并没有被硅捕获到。这种情况有点类似于太阳发出的光子绝大部分都散发到宇宙中去了，而我们地球只接收到其中的极少一部分一样。为此，科学家们使用了一种巧妙的办法，那就是在硅片上弄出许多坑来，这需要使用一种名为“蚀刻”的技术。这些坑好像一些深井，而放射性的氚气则会充斥于深井中，“井壁”的存在成倍增加了硅片接收电子的面积，因而有限的平面就得到了

充分的利用。不过说是“深井”，其实非常小，“井口”直径只有1微米，“井深”约40微米。利用这种方法可使电量提高10倍，而一种期待中的“挖井”方法还将使电量提高160倍。

不过，核电池的“瘦身运动”并没有就此停止。2009年，美国科学家推出了一款更新的核电池，它只有一枚便士大小。其“瘦身”的奥秘在于，科学家们将核电池中的固体半导体材料改变成了液体材料。原来，当核电池产生电流时，它的辐射也同时在损害固体半导体的晶格结构，正是由于这个缘故，为了让核电池能长期使用，它们才不得不被做得很大。但现在使用了液体半导体材料，人们便能最大限度地避免这种损害，核电池就可以变得很小了。2012年8月，美国一家公司又推出了一种名为NanoTritium 的“微核”电池，据说这种电池能连续供电20年。科学家相信，未来的核电池还可以进一步“瘦身”，甚至可以小到只有一根头发丝那么厚。如此看来，“微核”的未来不是梦。

“核”未来值得期待

现阶段，“微核”的电量还是太小，它们可以大显身手的地方只能是耗能很低的装置，例如微机电装置、一些传感器和某些用于人体中不宜经常更换的植入装置等等。至于人们期待用它们驱动笔记本电脑和手机还需假以时日。

另外一个问题是，尽管科学家们反复说明，他们研制的微核电池是安全的，例如使用的氚是氢的放射性同位素，它只释放低能量的粒子，很薄的材料就能阻拦它们。但即使如此， 像普通电池那样不受管制地使用核电池依然有待措施的完善。只有对核电池的制造、销售和回收都有了完善的管理机制，人们才有可能真正放心地使用核电池。

事实上，即使在航天领域，人们也在研发有望代替核电池的新型航天动力系统。例如，美国科学家迈克尔・保罗就阐述了用斯特林引擎探测金星的可能，他认为这种引擎最适合在金星的表面使用，因为斯特林引擎能将金星上的二氧化碳和锂燃料相混合，然后通过燃烧产生热能。假若发展得当，这种引擎便能代替核能系统参与到土卫六、火星和永久照不到阳光的月球陨石坑的探测活动中去。这是否意味着核电池要从航天领域中退出呢？不是的。核电池的优良性能，例如它的稳定性、持久性和适应环境的能力目前还很难被其他电池所取代，所以在未来的深空探测活动中，核电池还将继续发挥作用。

2013年初，美国为了缓解航天业的核能短缺，决定重启已中断多年的钚-238的生产。这虽然遭到了很多人的反对，但也不失为解决现实难题的一种办法。

我国第一枚钚-238核能电池诞生于2006年，这将为我国未来的深空航天探测打下良好的基础。我国还将在准备成行的“嫦娥三号”月球车上使用钚-238。“嫦娥三号”月球车同时配备太阳能和核能电池。当月球的夜晚来临时，月球车将依靠核电池的能量“暖身”，以此保证它的车载仪器不被冻坏。

核电池范文第3篇

在现阶段，微型核能电池还不能驱动笔记本电脑和手机，这是因为它们产生的电能还太小，甚至只能以毫微瓦计算，而1毫微瓦只相当于1瓦的十亿分之一，不过即使这样，微型核能电池也已经大有用场了。这种电池将有望应用于“耗能极低的可植入装置”中，它可以帮助医生长期监视病人的健康状况；它们还可用于驱动微机电装置和其他极小的电子设备；以核能电池驱动的传感器可长期监测桥梁、道路和建筑物的使用状态，民用航班也可用这种传感器监测飞机的机械故障。

核能电池并不是新事物，它们此前已经应用于军事或者航空航天领域，但体积往往很大，而现在微型机电系统和纳米级机电系统已成为科学研究的热门领域，人们因此需要体积更小的核能电池为它们提供持久的电能，至于笔记本电脑和手机等民用电子装置对这种电池就更是期待了。

对于核能电池是否安全的问题，人们大可放心，因为它们的能量由放射性同位素的自然衰变而产生，这种衰变由物质中不稳定的原子核放射出粒子及能量所导致。当放射性同位素发生衰变时，它们释放出带电粒子，而半导体，例如硅，则能捕获这些粒子，从而产生电流，这个过程很像太阳能电池板从阳光中捕获光子并将它们转变成电流的过程。核能电池正是利用放射性同位素衰变会释放出能量的原理制成的。

核能电池的工作时间可以持续得很长，这是普通的化学电池所无法比拟的。工作时间长为核能电池带来了其他电池无法望其项背的优势。在许多情况下，电池和设备必须是一次性的，根本不容更换，例如深海传感器、太空探测器以及一些植入人体内的医疗装置等。科学家们认为，微型核能电池潜在工作时间可达几百年甚至更长。

微型核能电池虽然有不少优势，但它们还无法向普通化学电池那样在我们的日常生活中得到普遍的应用，这是因为还有些关键性问题不得不解决，如核能电池的体积总是过大，而减小体积电量又太小，要解决这类问题，科学家们必须拿出巧妙的办法来。

电量小是因为硅芯片产生电流的面积小，而加大面积又会使电池变得过大，解决这个问题的途径可以是寻找新的更有效率的材料，但美国罗彻斯特大学的研究小组则青睐于另外一种方法。他们意识到，在自然衰变中发出的放射性同位素，例如氚(氢的一种同位素)，有一半并没有被硅捕捉到，这种情况有点类似于太阳发出的光子绝大部分都散发到宇宙中去了，而我们地球接收到的只是其中极小一部分一样。于是，他们决定想办法让硅捕获更多的粒子，方法是在硅上面弄出许多坑来，从而在有限的平面上获得更大的表面积。

科学家形容说，这些坑就好像是一些深井，而放射性的氚气则会充斥于这些深井中，如此一来，产生电流的面积便可以成倍地增加了。不过这些“深井”其实小得令人难以置信，“井口”宽约1微米，深约40微米，要挖这样的井，需有赖于一种名为“蚀刻”的技术。科学家说，他们用这种方法使电量提高了10倍，而一种更先进的“挖井”方法还将会使电量提高160倍。

不过提高核能电池的效率，缩小电池体积的目标并非仅靠“挖井”一种方法就可以完全达到，在过去的很长时间里，人们主要使用硅半导体作为芯片的材料，而美国这家公司新推出的“微核”则使用了碳化硅，其芯片很小，而抵抗放射性损害的能力则更强；他们还在试验用叠放芯片的方法提高电量，据说这样产生的电流可以达到1微瓦或者百万分之一瓦；他们的另一个举措是尝试用新的放射性同位素，例如钷-147，据说这种同位素能为未来的核能电池提供更多的能量。至于密苏里大学，他们的创新之处在于使用了液体芯片，这也使得芯片的内部结构更不容易因粒子衰变而受到破坏了。

核电池范文第4篇

发电功率达40千瓦

与大型核电站数十万千瓦以上的发电功率相比，箱式核电站的确很平常，它只有40千瓦的发电功率。不要小看这40千瓦的功率，它可以为现有的各种太空探测器提供足够的能量，将是未来太空探测的重要能源之一。国际空间站上有几对长长的翼型太阳能电池阵列，它们产生的功率也不过30～32千瓦，但是这些功率足够国际空间站的日常用电。如果换成箱式核电站，一个就足够了。

当然，箱式核电站听起来很厉害，它实质上还是放大版的核电池。制造核电池并非是什么新鲜技术，目前已经有一些太空探测器用上了核电池。比如，探测土星的“卡西尼”号探测器用的就是核电池，不过它的核电池功率很小，只有670瓦。如果“卡西尼”号能安装40千瓦的箱式核电站，那它就比现在威风多了，它就能获得足够的动力驱动更强大的发动机，到更远的深空中去探测。

可持续8年发电

箱式核电站非常适合随身携带。在科学家的设想中，箱式核电站的诱人之处不仅在于可以为太空探测器提供更强大的能量，而且可以让航天员随身携带，为航天员将来探索外星球和建立外星基地提供足够的能量。

未来人们要移民外星球，核电将是一种最主要的能源。在科学家的设想中，未来的月球基地可能建在月球已有的一些洞穴中，此时箱式核电站将成为月球基地的重要能源。在经常发生沙尘暴的火星上，箱式核电站比太阳能电池更有效。

此外，箱式核电站还可以为功率较大的产氧装置提供能量，让航天员源源不断地获得维系生命的氧气。一个箱式核电站可以连续不断地释放能量，而且持续时间长达8年。

多种措施保障安全

箱式核电站仍然是采用传统的核裂变方式来获得能量，所采用的裂变原料是氧化铀；而没有采用不少人期盼的更加安全的核聚变技术，因为目前的核聚变技术尚不成熟。

我们知道，核裂变会不断产生热量，如果不对核燃料棒及时冷却，燃料棒可能熔毁，核电池可能爆炸，放射性物质随之泄露而造成核污染。不能说核电池没有一点泄露的危险，但是科学家对核电池的冷却自有一套安全的方法，最新研制的这种箱式核电站将用钠钾合金作为冷却物质，这种合金会吸收核裂变产生的热量而熔化成液体，并把热量转化为电能输出，然后凝固。这样，就可用钠钾合金形成一个吸热发电的循环冷却系统，既可利用核裂变能，又防止了可能发生的核泄漏。

除了冷却物质外，箱式核电站还有多层防辐射物质泄露的壳体。

研究人员表示，与太阳能电池相比，核电池在太空探测中的优势十分明显：核电池体积小、重量小，在多种恶劣环境下都可以发电，也更便于携带。除了用于太空探索外，箱式核电站还可以作为地球上救灾和野外考察的应急电源。

核电池范文第5篇

关键词：同位素电池 核电池 氚电池 能量转换

中图分类号：TM911 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（a）-0215-02

同位素电池，又被称作核电池，它是利用放射性同位素衰变时放射出来的载能粒子（比如α粒子、β粒子或γ光子） 与物质相互作用，粒子的动能被吸收或阻止后转化为内能，再通过能量转化器件转化为电能的一种装置。同位素电池以结构紧凑，能量密度大，不受外界环境影响，使用寿命长等优点，在航空航天、航海、医学、微型电动机械、电子产品和电动汽车等领域得到广泛的应用[1]，是一种前景广阔的新能源电池。基于同位素电池的能量转换方式，它可分为两类：直接转换式和间接转换式。更具体的讲，主要包括9种：直接充电式同位素电池、辐射伏特效应同位素电池、温差式同位素电池、荧光体光电式同位素电池、热致光电式同位素电池、气体电离式同位素电池、热机转换同位素电池、电磁辐射能量转换同位素电池和热离子发射式同位素电池[2]。放射性同位素热源是同位素电池的核心材料，能量转换材料是同位素电池的主要材料。下面以直接充电式、温差式和辐射伏特效应同位素电池三种重要的同位素电池为例对同位素电池的放射性同位素热源和能量转换材料分别进行详细的介绍。

1 同位素电池材料

1.1 放射性同位素热源

根据放射性同位素的衰变特性，大致将其分成α源、β源和γ源三种，其中适合作为同位素电池放射热源的有十几种。包括60Co，90Sr，137Cs，144Ce，147Pm，170Tm，210 Po，238 Pu，242Cm，244Cm等[3]。表1列出了常用的放射性同位素热源的参数比较（表1）。

不同类型的同位素电池中放射性同位素热源所起的作用不尽相同，所用放射性同位素热源也不尽相同。

直接充电式同位素电池是通过直接收集放射性同位素热源发射出的载能粒子，将载能粒子的能量转化成电能的一种装置。直接充电式同位素电池是一种高压型同位素电池，其开路电压为千伏级。由于α粒子会发射出大量的次级电子，这类电池一般选用纯β源或具有弱γ、X 射线的β源。常见的β源包括3H、63Ni、90Sr和147Pm。高纯度的63Ni、90Sr、147Pm价格昂贵且在国内难以获得，氚（3H）是目前已知的β热源中最易获取、最适合工业化的候选材料。

温差式同位素电池利用同位素放射源产生的热能来实现能量转换。238Pu衰变产生的是α粒子，放射性防护要求很低，作为同位素热源体积可以做得很小，是温差式同位素电池放射性同位素热源的研究热点，其半衰期为87.7年，五年内热功率值仅下降4%。美国和前苏联的原型温差式同位素电池使用的是210Po，而后主要用于反应堆动力的发展。我国最早的温差式同位素电池也是采用的210Po放射热源，其输出电功率1.4 W，产生热能为35.5W[5]。

辐射伏特效应同位素电池是直接利用放射性同位素衰变时放出的α或β粒子轰击半导体材料产生出大量电子空穴对，在半导体元件内电场的作用下实现分离，输出电流。63Ni能量密度高，半衰期长达100 年，释放出的β粒子最大能量仅有67 keV，基本不会损伤器件，成为目前最受关注的β射线辐射伏特效应同位素电池放射性同位素热源。此外，90Sr和90Y衰变时发射的β粒子在这类电池中应用较多[6]。氚的能量密度可以达到1000 mW・h/g，比高能锂离子电池能量密度高出4个数量级；并且氚电池无毒，低污染，又具有良好的生物兼容性，比现有的锂离子电池等更绿色环保，因此氚同位素伏特效应电池应用前景广阔。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所[7，8]公开的辐射伏特效应同位素电池以氚作为同位素热源。

1.2 能量转换材料

不同类型的同位素电池的发电机制不同，所用能量转换材料也不尽相同。

直接充电式同位素电池正极发射电子，负极接收电子，两个电极均选用金属。铜具有良好的导电、导热性能和机械性能，可作为直接充电式同位素电池的收集材料。南华大学设计了以63Ni为能量来源、铜为收集极的直接充电式核电池，能量转换效率为9.42%[9]。

温差式同位素电池是利用能量转换材料的赛贝克效应将放射性同位素热源产生的热能转换成电能，其采用的能量转换材料为温差热电材料。20世纪30年代，随着半导体物理的发展，科学家们发现半导体材料的赛贝克系数可高于100μV/K，半导体热电材料成为热电材料的研究热点。其中最重要的温差式同位素电池能量转换温差热电材料包括Bi2Te3/Sb2Te3、PbTe、SiGe等固溶体合金[10]。Bi2Te3/Sb2Te3适用于低温[11]。PbTe适用于400～800 K。SiGe合金主要适用于700 K以上的高温[12]，在1200 K时，无量纲的温差电优值ZT≈1，是当前航天器温差式同位素电池主要的热电材料[13-14]。美国自1961年起在近30 项空间任务中采用了温差式同位素电池作为电源。这些温差式同位素温差电池的质量从几千克到几十千克不等，输出功率范围从几瓦级到几百瓦级，最高热电转换效率接近7%，最长工作寿命超过30年[15]。表2列出了美国典型的空间应用的温差式同位素电池的温差热电材料和性能数据。

辐射伏特效应同位素电池能量转换材料主要分为两类：PN结型和非PN结型。截至目前，关于辐射伏特效应同位素电池的研究大多以PN结型能量转换材料为主。PN结型能量转换材料又分为单晶硅材料和非单晶硅材料两种。单晶硅是最早也是最成熟的半导体材料，它已广泛应用于辐射伏特效应同位素电池能量转换材料的研究当中。但是硅材料禁带宽度小，制成的PN结漏电流较大，使得电池的能量转换效率较低。碳化硅作为第三代半导体，不仅具有优异的温度特性和抗辐射特性，而且禁带宽度大，制成的PN结漏电流很低，可以得到比硅基辐射伏特效应同位素电池更高的开路电压和能量转换效率，成为目前备受瞩目的同位素电池应用材料。Chandrashekhar课题组制作了SiC材料PN结型器件，利用63Ni为放射性热源，获得了能量转换效率约为6% [16]。Moham adian[17]对GaN进行研究，Deus[18]对AlGaAs进行研究，均取得了一定的成果，这些材料在能量转换效率方面较传统的单晶硅更具优势，但受限于目前材料的制作难度有待进一步的深入。非PN结型辐射伏特效应同位素电池能量转换材料也受到了学者们的广泛关注。西安电子科技大学申请的专利[19]中提出了基于SiC的肖特基结式辐射伏特效应同位素电池，如（图1）所示。

Liu等[20]利用金属Pt和Sc的接触势差，以无定形硅为绝缘介质，得到Voc=0.16 V，Jsc=5.3 nA/cm2，Pmax=0.26 nW/cm 2的辐射伏特效应同位素电池。（图2）给出了目前已开展研究的辐射伏特效应同位素电池能量转换材料类型。目前，国内辐射伏特效应放射性同位素电池只有大连理工大学、西安电子科技大学、厦门大学、西北工业大学等少数几所高校在进行研究。

2 结语

本文就目前同位素电池的放射性同位素热源和能量转换材料做了总结归纳，旨在希望能够对从事同位素电池相关研究领域人员有所帮助，作为参考。相信随着新型材料的发展，同位素电池性能将大幅提升，在不久的将来，同位素电池在航空、医学和民用等领域发挥更大的作用。

注：作者韩建华对本文所作贡献与第一作者相同，因篇幅所限，将其列为第二作者。

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核电池范文第6篇

“核动力航天器”这个关键词，显示了中国人对于航天探索的更远大计划。

中国空间技术研究院研究员、“嫦娥三号”总设计师孙泽洲对《望东方周刊》说：“从技术发展上来讲，如果以后要对比如木星这些距离太阳更远的行星进行探测，完全依靠太阳能不太现实，这时对空间核动力的应用就会有比较大的需求。”

中国的核动力航天器研发计划，自上世纪70年代至今已超过30年。如今，它正在进行对应用的最后准备。

中国需要核动力飞船

此前在2013年12月初发射的“嫦娥三号”，并没有像早前人们预料的那样使用核电池。

孙泽洲说，在“嫦娥三号”的论证过程中，也对是否使用核电池进行过详细分析和论证，但最终没有使用，“只是使用了同位素热源，也就是核热源。”

所谓核电池又叫“放射性同位素电池”，它主要通过半导体换能器将同位素在衰变过程中不断放出的具有热能的射线转变为电能。而热源只提供热能。

核电池体积小，硬币大小就可以具有比普通化学电池上百万倍的效能。自上世纪60年代开始，美国在“阿波罗”等计划中就使用了核电池，2012年抵达火星的“好奇号”火星车上的核电池，据称可以使用14年。

2004年，中国原子能科学研究院正式启动航天用同位素电池研发，2006年研制出中国第一颗同位素电池。

不过，与真正的空间核反应堆相比，核电池无论从技术还是应用来讲，都已经比较成熟。

目前对于中国研发空间核反应堆的最权威消息，来自2009年国家能源局能源节约和科技装备司的信息：中国于20世纪70年代开始空间核反应堆的研究工作，后一度中止。

“九五”期间，空间核反应堆研究被列入总装备部预先研究项目，由原子能院和空间技术研究院共同承担，完成了空间核反应堆概念设计。

“十五”起，中国人开始了空间核反应堆初步设计和关键技术攻关，在设计技术、制造技术、试验技术以及安全研究等方面均取得一定突破。目前项目处于从技术设计到施工设计的过渡阶段，正进行设备和部件的研制和单项试验。

当时公布的计划是“2015年完成地面试验，2020年定型，2025年发射百千瓦级核反应堆试验星”，进行在轨演示验证，掌握超大功率空间核反应堆电源技术。

2014年12月，作为一项公开的科研成果，在中国空间技术研究院502所和北京空间飞行器总体设计部合作的“863”课题“核动力航天器总体技术和安全研究”中，顺利完成了“空间大功率核电推进方案”研究工作。

这个课题组提出了载人火星飞船的核动力系统方案，并对核动力飞船在火星的起降进行了设计与优化。

孙泽洲称，中国目前完全具备火星探测能力，包括运载火箭发射能力、测控能力等多个方面。

他进一步分析说，即将研制成功的“长征五号”可以胜任近地小行星、金星、木星的环绕探测；可以支撑火星的无人着陆探测，但对于火星的采样返回，则需要比“长征五号”运载能力更大的火箭。

孙泽洲认为，未来15年内中国会有对木星的探测规划。而在未来10年内，对核动力航天技术的需求会更加迫切。

同时，他强调，空间核应用的安全性应排在第一位。“一旦发射任务出现问题，要确保不出现核泄漏。”

核科学与技术专家、中科院院士陈达同样认为，空间核应用安全问题非常重要。“苏联的核能航天器就曾掉下来过，人们就遭殃了。”他对《望东方周刊》说。

诸多难题待解

美国、苏联的核动力航天器曾多次发生意外，尤为著名的是苏联的核动力卫星“宇宙―954”、“宇宙―1402”的核反应堆与母体脱离后，助推级发生故障，没能把反应堆送入预定轨道。

1978年1月24日，“宇宙―954”的放射性残骸散落在加拿大北部的无人冻土带，放射性物质污染了地表，加拿大政府评估损失达1200万美元。

携带核动力装置的苏联雷达侦察卫星“宇宙―1402”在1982年12月28日失去控制，好在核动力部分后来在南大西洋中间阿森松岛西南上空进入稠密层时烧毁。

陈达说：“国际上一些国家在做空间核动力应用方面的研究，也不是一帆风顺的，这比较复杂。”

空间核反应堆带来的大问题体现在核反应、核辐射对航天器启动、调控、刹车等方面的影响。

尤其对于未来的核动力飞船而言，需要解决核反应堆的设计、制造、控制、冷却、辐射屏蔽、排气污染、高效率热电转换等一系列技术难题。

特别是核反应堆产生的辐射对宇航员的健康会构成很大威胁，这就需要飞船必须对核辐射进行屏蔽保护，确保宇航员和船载货物不受辐射以及来自反应堆高热的影响，但这样将大大增加探测器的重量。

陈达说，空间核应用过程中，核反应衰变不存在问题，但在真空、超低温的环境下，对核反应材料、能量输送材料有很高的要求。

中国已经进行了几十年的核能研究，为航天核动力研究作了不少铺垫，“太空中核动力应用比地面上复杂很多，问题是多方面的，主要包括材料问题、技术问题、转换方式问题、新的组建的问题等多方面问题。具体表现在比如怎样把核能转换为电能。”他说。

孙泽洲则认为，从实际应用来讲，核能的效率、核能的热排散等方面会有很大挑战。在地面上核反应冷却较为容易解决，空间核反应堆面临现实的散热冷却难题。

而在绕月探测工程、“嫦娥一号”系统总指挥兼总设计、中国工程院院士叶培建看来，空间核动力的研发和使用有很多困难。

“地面上使用核能，可以不考虑体积、能耗，冷却也比较好办。太空中各种条件都受限制，因此，把核能用到太空中，必须克服空间所带来的一些问题，比如核元素的体积、功耗等方面。要找出和地面上不同的获取核动力的方法。”叶培建告诉本刊，中国空间技术研究院的相关课题组正在研究这方面的问题。

而导弹总体设计专家、中科院院士刘宝镛对《望东方周刊》称，空间核动力应用“难度在于把核动力发动机研制出来”。

核电池范文第7篇

那么接下来的问题就是：你的手机多久充一次电？

在智能机时代，“玩机”是不可避免的。不“玩”，简直就是浪费了智能机的功能，但性能再强，用不了半天又有什么意义呢？于是我们在不知不觉中养成了一种习惯――每当拿起手机，都要看一眼剩余电量？？手机续航问题已着实成为很多人的“心病”，酒店、饭馆、机场、车站，到处都能看到着了魔一样四处寻觅插座的苦命人儿，“高端洋气上档次”的移动电源成了必不可少的“手机伴侣”。

手机电池的前世今生

镍镉和镍氢电池是第一代手机电池。镍镉电池耐用、成本低，缺点是所谓的“记忆效应”，即必须等到电力完全用完才能充电。随后出现的镍氢电池继承了前辈的优点，容量大大提升，也基本不受“记忆效应”的影响。

上世纪90年代锂电池问世，从世纪之交开始大规模普及，所以对大部分中国用户来说，第一次接触的手机电池就是锂电池。相对于镍氢电池，锂电池具有工作电压高、能量密度大、自放电率低、无记忆效应等显著优点。另外，锂电池的形状也更容易控制，很适合用于外形各异的手机之中。

遗憾的是，从那时起，手机电池技术再也没有大的突破。尽管我们的手机换了一茬又一茬，但它的电池与10年前并没有根本性的区别。时下绝大多数手机电池采用的都是可充锂离子或锂聚合物技术。随着智能手机的硬件不断飙升，其吞食能量的胃口也越来越大，人们对于手机的依赖也越来越强。不管是iOS还是Android，每天为手机充电就像刷牙一样，是不想做却又不得不做的事情，而许多厂商也坦承电池成了制约手机发展的最大障碍之一。按“水桶效应”来看，电池就是那块短板，开发新型能源电池迫在眉睫。

太阳能电池

太阳能电池已经不是概念产品，而是真实地出现在不少机型上。所谓太阳能电池手机，就是在手机表面覆盖太阳能电池板，通过光热与电能的转化，产生电能并且充入手机的电池中，其本质上并没有改变电池的物理特性，只是给电池的充电方式做了一个改变。

现在阻碍太阳能手机普及的主要问题有两方面：一、太阳能硅片体积太大，在手机轻薄化的大趋势面前，厚重的手机不受欢迎；二、太阳能电池板的转换效率太低，目前最新的多晶硅转换率也不到20%，这直接决定了太阳能智能作为辅助能源来延长手机的续航能力，想要作为主要的补充能源还是不行的。

但太阳能手机电池这个大方向无疑是值得肯定的。上面提到的两大问题也逐渐有了松动的迹象。最近，法国一家新能源集团展出了新型的透明太阳能面板，厚度只有300微米，可以直接通过手机的屏幕收集能量，转化为电力。采用这种面板的手机不但不累赘，反而会更加轻薄。

燃料电池

燃料电池被业界看作未来手机电池的发展方向之一。顾名思义，燃料电池不再需要充电，只须注入新燃料即可。在科学家的设想中，微型燃料电池的电量大、轻便、环保，很多人预言燃料电池将具有广大的市场空间。

日本的KDDI公司曾经对外正式展示过自己的燃料电池手机原型，使用的是高浓度甲醇燃料。其实这是一种混合供电系统，燃料电池搭配锂离子电池，充分保障了手机的供电。通过使用燃料电池，可以保证长达320小时的持续供电。燃料排出的副产品主要是水和二氧化碳，也非常的环保。

苹果公司2011年也曾申请过两项有关燃料电池的专利，暗示着苹果可能在研究使用燃料来给MacBook这样的便携设备提供电力。苹果指出，使用氢和其他关联燃料可以让设备运行数天甚至是一周的时间。如果笔记本能够用上微型的燃料电池，那么进一步微缩到手机之上也不是不可能。

微型核电池

这个想法非常“生猛”，恐怕会吓退不少善良的好孩子。

核电池也被叫做“放射性同位素温差发电器”。只需要把放射性同位素燃料放在圆柱形的电池中心，周围包覆热电元件，剩下的事就不用操心了：放射性同位素衰变不断向外发射高热量射线，热电元件自会将热量转化成源源不绝的电流。微型核电池的优势非常明显，依靠核反应，即使只有硬币大小的核电池，也可以轻松地让你的手机工作个几千年，晚上还不用关机。

说起来简单，想把一个反应堆微缩到小小的电池里面可不是容易的事。目前这种技术被应用在医疗、航天等高精尖领域，造价非常昂贵，暂时还不可能放入手机等微型设备中。但未来谁又说得准呢？

核电池范文第8篇

【关键词】 电池； 供电； 转换效率； 植入式医疗器件

【Abstract】 Based on the introduction about the power supply and the classification of implantable medical devices，the advantages and disadvantages of each power supply mode was analyzed and the work principle and the application scope of each mode was also discussed.Then the battery capacity，the power supply mode，the energy conversion efficiency and the energy source of implantable medical devices was summarized.Finally，the developing trend of these power supply modes of implantable medical devices is presented.

【Key words】 Capacitance； Power supply； Energy conversion efficiency； Implantable medical devices

First-author’s address：Medical Imaging Academy of Xuzhou Medical University，Xuzhou 221004，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2016.14.038

植入式医疗器件是一种植入后能够实时测量人体的各种参数变化或是对某种器官起到辅助作用的仪器。随着电子技术的发展，植入式医疗器件开始广泛的被人们接受而在临床医学中得到广泛运用[1]。然而，所有的仪器都离不开能量，而在它的发展进程中，最主要的制约因素也必然是能量的供给。植入式医疗器件的供电方式成为研究的关键和难点。

1 植入式医疗器件简介

1.1 植入式医疗器件分类 在各类医疗电子产品中，有的直接在生物体外进行使用，有的则需要通过手术植入到生物体内才能工作，称为植入式医疗器件（Implanted Medical Devices，IMDs）[2]。植入式医疗器件的种类繁多，包括了对人体整个身体部件的各种辅助和救助设备，常见的植入式医疗器件主要用于代替某些功能丧失的器官工作，测量生命体的生理生化参数，或者治疗某些疾病[3]。

植入式医疗器件可分为被动式和主动式两种，大多数被动式的植入式医疗器件是非电子产品，如心脏支架、人造关节、人造瓣膜等组织结构装置。主动式的植入式医疗器件包括调整心律的心脏起搏器，消除心室纤维颤动、心动过速的心脏除颤器，辅助听力的电子耳蜗，神经刺激器、治疗弱视或者视盲的植入式视网膜等各种激励系统，需要能量供给才能代替或提高某个器官的功能，或者治疗某种疾病[4]。目前，植入式心脏起搏器和除颤器维持着上百万心脏病患者的生命，神经刺激器用于治疗如癫痛症、帕金森综合症等疾病，其他激励系统可以治疗如小便失禁以及慢性疼痛之类的疾病[5]。

1.2 植入式医疗器件基本组成 植入式医疗器件通常由两大部分组成，即体内植入部分和体外测控部分。体外部分的任务是人体信息的测量与控制，从而完成疾病的诊断和治疗。整个装置包括信息的获取、处理、存档、控制、指令、显示与记录功能。体外部分与一般的医学仪器相同， 系统的关键点主要集中在植入部分以及体内外的信息和能量的交换。

2 植入式医疗器件的基本供电方式

2.1 锂电池技术 锂电池技术是目前医疗行业最常见的用于植入式医疗器件供电的一种电源，该技术已成熟，并且有单体输出电压高、体积小、安全性高等诸多优点[6]，但由于人体的植入空间有限，植入电池的体积有着非常严格的控制，这意味着植入电池的容量不会很大。当电池能量耗尽时，植入式医疗器件也就停止工作，必须进行手术更换电池。对于心脏起搏器，锂离子电池的理论设计寿命是6～10年，当电池消耗了约85%时（一般约为5～7年），就不能保证它在人体内的运转，对于患者来说十分危险，必须及时更换，重新植入新的起搏器[7]。另一方面，植入电池虽然小，但其占总体积的比例仍然超过50%，是妨碍植入器件微型化的关键因素。

2.2 磁感应技术 除了锂电池已被应用于临床外，另一种被应用的供能技术是电磁感应技术。该技术是利用植入人体内的线圈和体外线圈电磁耦合来对电能进行传输[8]，对体内的电池进行无线充电，如图1所示。磁感应技术能够进行电能的无线传输，将体外丰富的能量输入体内对器件供电，极大的延伸了植入式医疗器件使用寿命，解决了当锂电池用完后必须进行手术更换的弊端，大大减轻了患者的痛苦。但是，磁感应技术的能量传递效率较低，一般来说，距离越近，传输效率越高，当距离大于4 cm时，基本实现不了充电[9]。并且该技术需要专门的充电设备，充电效率不理想。提高该技术的充电效率是必须进一步研究的关键。

3 植入式医疗器件供电方式的新进展

3.1 植入式无线供电系统 植入式无线供电系统结合了无线传输和均衡电路特点，设计了一种满足超级电容充电要求的闭环无线充电方案[10-12]，设计原理见图2。其充电方式还是主要利用电磁感应原理，外部电源经初级线圈与人体内的次级线圈进行能量传递，通过均衡电路后存储在超级电容。并且通过对电容参数的检测，用天线传输回体外单片机，来调节充电过程中的电压与电流等参数。

对于植入式医疗器件的供能方式，需要长寿命、安全、稳定、无需维护。超级电容（SC）是一种新型的电能存储元件， 能够满足上述所有要求。它有着超长的使用寿命，在需要长寿命、免维护的设备中，如地球卫星、IMED等，具有很大的发展潜力[13]。

3.2 体导能量传递模型 植入式医疗器件的体导电能量传递是一种新兴的无线充电方式。它利用人体内游离的离子在外加电场的作用下会发生定向移动的原理，产生电流[14]。植入式医疗器件的体导电能量传递原理如图3所示。该模型的外部电源把电压施加在两片电极上，通过人体内游离离子把能量传递到植入人体内的电极上，电极再把电能储存在植入式医疗器件的电池内[15]。在充电过程中，把体导电能的工作频率控制在kHz级，从而减少生物背景信号干扰，提高了充电的效率[16]。

3.3 基于人体动能驱动的电磁感应供电模型 基于人体动能驱动的电磁感应供电模型是通过采集人体即时产生的机械能进而转化为电能的一种方式[17]。该供电方式最重要的优点在于以人体下肢作为能量提供场所，用脚的运动提供机械能，进而转化为电能予以收集、利用，相对于普通的电池供电而言，避免了当电池电量耗尽时，再通过手术跟换电池时对患者造成的痛苦和经济负担。图4所示的是人体典型动能驱动模型。该供能模型选择以下肢为供能载体，是因为人体的生命活动离不开脚的运动，如散步、慢跑等，因此可以直接从这些日常人体活动中获得能量来带动一种装置，从而产生电能并对电能进行储存、利用[18]。但是该模型的产电能力较弱，且在运动过程中如何存储电能，如何将所存储电能调整到植入式医疗器件工作电路所需的电路参数仍然有待于进一步研究。

3.4 生物燃料电池技术 生物燃料电池是一类特殊的燃料电池，是利用酶或者微生物组织作为催化剂，将化学能转变为电能，具有原料丰富、工作条件相对宽裕、生物相容性好、无毒性等诸多普通燃料电池不具备的优点[19]。正是利用这些特性，生物燃料电池才被研究用于为植入式医疗器件的供电。

生物燃料电池能够利用体内的葡萄糖、氧等有机物或无机物作为燃料源源不断的产生电能，工作于常温、常压，并且酸碱度适中的环境中，这使得它维护成本低廉并且安全度很高，对人体无毒无害[20]。目前该技术最需要解决的是电能转换效率的问题，一旦解决，生物燃料电池将有望大规模应用于植入式医疗器件。

3.5 光电供电技术 功能性光电材料近年来发展迅速，即利用光电效应将光辐射的能量转化为电能。如经皮直接照射近红外光，通过光电池产生电能，该方法还可以结合可充电电池用，从而无需一直实施红外照射[21]。另有研究是利用光纤从腹部植入皮下，通过光纤传输光能至光电池并转化为电能，使用850 nm激光源照射，光电转换效率达40%，可产生3 V的电压，功率达到10 mW[22]。随着新技术的发展，太阳能电池在植入式医疗器件供电领域也有研究报道，有研究通过太阳能薄膜电池为植入式医疗器件，该薄膜电池的厚度大约为2～3 ?m，可以方便植入到体内，其转化效率也在进一步的研究中[23]。

3.6 核能技术 核电池是一种将核能转化为电能，并且能够为植入式医疗器件长期提供很高能量的装置。该技术具有体积小，重量轻，寿命长，不受外界影响等优点。核电池在医疗领域中最重要的应用就是心脏起搏器的供能装置。如用半衰期为87年的放射源钚（238 Pu），以其裂变产生的能量再通过热耦合技术转化为电流，150 mg即能够为心脏起搏器提供10年以上的能量[24-26]。

核电池寿命长的优点使患者减少了更换电池而反复进行开胸手术的巨大痛苦。但核电池有放射性，必须把它储存在精密的封闭单元中，所以体积较大且重。而且不论使用与否，随着放射源的衰变，其供电性能也会随着时间逐渐衰减。该技术可适用的范围受到核燃料特殊性的局限。

4 总结与展望

医疗植入式电子器件不同于体外应用的医学仪器，植入人体后，它能直接接触人体器官和组织，人体能够活动自如，能够在自然状态下高精度测定人体的生理、生化参数，研究生物体的生理、心理状态。植入式医疗器械的研制和发展很大程度取决于支持它们在体内连续工作的电能供给方法。由于植入式装置功能、尺寸等有所不同，必然造成供电方式的差异。

目前以下两种方法被认为是可行的，一种是通过电池供能，另外一种方法是通过体外电源无线传输能量对植入器械进行能量的补充，但其效果并不确定。低功耗或是极少出现高功耗使用情况的植入式医疗电子器件通常可以利用内部电池供电，例如植入式心脏起搏器的电池的一半功率用于心脏刺激， 而另一半功率用来完成监测、数据记录等工作。某些植入式医疗电子设备也可以用便携的外部电源供电，通过射频电磁感应进行能量传输被认为是能使人工心脏持续工作的一种有前景的供能方法[27-29]。

从储能元件上来说，目前最广泛使用的还是锂电池储能，锂电池安全，技术成熟并且制造成本低。现在临床应用的心脏起搏器就是通过锂电池组提供能量，电池寿命约5～7年，以患者平均佩戴20年来算，至少需要更换三次电池或者进行三次充电，这必定增加患者的经济负担，但最主要的还是增加了患者手术的痛苦。为了解决这一问题，大容量储能元件应运而生，核电池的出现即为植入式医疗器件解决了能源问题。以核能供能的植入式医疗器件，完全解决了电池的寿命问题，但因其核燃料的放射性使得适用性受到局限。近几年，又出现了一种超级电容的新型储能元件，解决了电池的寿命问题，并且无需维护，安全稳定，但它的成本相对较高，而且技术尚未成熟，尚不能应用于临床。

随着植入式医疗器件的复杂化，系统的功耗越来越大，对于短期植入式医疗器件，电池完全可以胜任，但对于长期植入式医疗器件往往不能满足要求，体外无线供电方式解决了以上问题。基于E类放大器的电磁感应供电效率可达70%左右，还可以同时传输数据，但电磁耦合方式会与其他电子器件发生干扰；光电供电同样可实现长期供电，但转换效率不高。此外，以上供电方式也可结合使用，如将经皮能量传输与可充电电池结合起来，为人工心脏提供能量，这就为功耗较高、长期植入的医疗器件提供了一种解决方法[30-31]。

植入式医疗器件目前主要还是依靠特定的设备来提供电能，但最理想的还是能够利用人体自身或者人周边的环境来进行供能，如机械能（身体运动、肌肉拉伸、血管收缩）、振动能（声波）、化学能（葡萄糖）、液压能（体液流动及血液流动）等。光电池、生物燃料电池以及人体动能驱动的电磁感应供电模型等方式就应运而生了，但是同样面临能量转换效率的问题仍需进一步研究。

随着植入式医疗装置的广泛使用，推动了植入式医疗器件供电方式的进一步发展，植入式医疗器件发展迅速，微型化、纳米化正成为一种趋势。由于植入式装置的功能、尺寸等各有不同，植入式医疗器件供电装置的电池容量、无线充电效率以及能量来源将是研究的关键和难点。

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核电池范文第9篇

小链接：你知道吗？火星车也属于机器人的一种哦！这款耗资25亿美元的“好奇号”火星车的名字是美国堪萨斯州的一名6年级学生取的。“好奇号”火星车的大小与一辆Mini Cooper接近，以核电池为动力，设计寿命两年。

“好奇号”着陆概况

·火星着陆：北京时间8月6日13：31，这一时间为地球确认时间，这是因为确认信号传回地球约需14分钟；

·着陆地点：火星赤道以南盖尔陨石坑内；

·飞行距离：8个月飞行5.67亿公里；

·主任务期：1个火星年（约2个地球年）；

·项目耗资：25亿美元（1美元=6.3052元人民币）；

·火星车大小：大致相当一辆小汽车，长3米；宽2.8米；高2.1米；机械臂长2.1米；轮子直径0.5米；

·火星车重量：899千克；

·火星车动力：核电池和锂离子电池；

·科学设备：75公斤，包括10件科学设备。

“好奇号”的着陆过程被美国宇航局称为“恐怖7分钟”。着陆后的“好奇号”几乎完好无损，只有一个风向传感器损坏。这并不影响“好奇号”的性能，因为它还有另一个风向传感器。说到这里，我们有必要提一下“好奇号”的科学利器啦！

“好奇号”十大科学利器

桅杆相机：“好奇号”的主要成像工具，负责拍摄火星地貌高解析度彩色照片和视频。

火星手持透镜成像仪：相当于一个超级放大镜，最小可拍摄比头发丝还细的物体，允许科学家细致地观察火星岩石和土壤。

火星降落成像仪：一台小型摄影机，位于“好奇号”底部，负责拍摄降落火星过程的影像；在触地前将以每秒5帧（zhēn）的速度拍摄。

小链接：

我们通常说帧数，就是在1秒钟时间里传输的图片的数量，也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新几次，通常用fps（Frames Per Second）表示。

火星样本分析仪：“好奇号”的心脏，由3个独立的仪器质谱仪、气相色谱仪和激光分光计构成。这些仪器负责搜寻构成生命的要素—碳化合物。

化学与矿物学分析仪：可向样本发射X射线，从而确定样本的矿物类型和数量，帮助了解火星过去的环境。

化学摄像机：可向9米外的岩石发射激光使其蒸发，进而分析岩石成分。

阿尔法粒子X射线分光计：位于“好奇号”机械臂末端，负责测量火星岩石和泥土中不同化学元素的含量。

中子反照率动态探测器：位于“好奇号”背部，帮助寻找地下的冰和含水矿物。

辐射评估探测器：测量火星的高能辐射，确定未来宇航员在火星可能受到的辐射剂量，同时有助于了解辐射环境对火星形成生命的影响。

火星车环境监测站：位于桅杆中部，负责测量大气压、湿度、风速风向、空气、地面温度以及紫外辐射。

“好奇号”的四大探测目标

探测目标一：寻找火星是否曾有生命

“好奇号”至少要对一个探测区域的生物学方面的潜力进行评估，探测方式是研究有机碳化合物的特性和数量，寻找构成生命的化学组件，以及寻找和鉴别可能记录生物学相关过程的特征。

探测目标二：确定火星的气候特征

在此过程中，“好奇”号将对登陆点地表以及近地表物质的化学、同位素和矿物构成进行研究，同时揭示岩石和土壤形成过程。

探测目标三：考察火星的地质特征

第三个目标主要是研究与过去适居性（包括水扮演的角色）有关的行星过程，方式是评估长期内的大气演化，研究水和二氧化碳当前的状态、分布和循环。

探测目标四：为未来载人登陆准备

第四个目标是确定地表辐射的频谱，包括宇宙辐射、太阳质子活动以及次级中子。

你还想知道关于“好奇号”的其他秘密吗？快快加QQ：1092882356，在线告诉编辑姐姐吧！

核电池范文第10篇

全书共21章。1.作者早期的生活及工作；2.对于核潜艇反应堆可燃毒物的控制；3.核脉冲的传播和裂变反应堆动力学的相关知识；4.核泵浦激光（NPL）的研究；5.直电子束泵浦激光的相关知识；6.先进的激光理论；7.在热核聚变装置的α粒子特效；8.交替融合的概念；9.先进的聚变燃料和直接能量转换理论；10.惯性约束聚变（ICF）；11.惯性静电约束（IEC）融合；12.低能核反应（LENR）；13.氢经济及燃料电池；14.融合推进和太空殖民；15.核电池相关知识的介绍；16.计算与理论；17.核电厂安全和伊利诺伊低界别废物站点；18.教书、教育、大学和政府；19.作者创造的一个小公司简要介绍；20.作者的发现；21.一些结论性的意见。

作者Miley George H（乔治.米勒）是美国为数不多坚持和倡导冷聚变研究的科学家之一，他于1959在美国密歇根大学获得化学核能工程博士学位，并从1967年开始担任伊利诺伊大学核电计算机工程系教授。他曾经在美国核能协会的《核能技术期刊》（Fusion Technology Journal）杂志社担任编辑工作，在任职期间，他勇于在美国国会为冷聚变进行辩解并要求积极开展对冷聚变的研究工作。他也是美国冷聚变领域为数不多倡导研究镍氢冷聚变系统的专家。现工作于伊利诺伊大学厄本那―香槟分校。

本书内容全面，层次分明，作者在此领域经验丰富，全书提供了一个进入核工程领域的概略，适合本科和博士，以及任何对此领域历史现状感兴趣的一般公众阅读。

李亚宁，硕士研究生