鑽石電池

生活科學趣談

研究人員用核廢料讓鑽石電池「恆久遠」- EET Taiwan 發布於2016年12月5日

先聊個題外話,學校物理實驗室的櫥櫃裡曾發現一包神秘物體,解開層層包裝之後赫然看到含有鈷-60的幾個放射性容器。由於鈷-60會透過β衰變放出電子與高達1.17及1.33百萬電子伏特的伽馬射線(註:胸部X光的光子能量約8萬電子伏特),於是上 eBay 買了一台蓋革偵檢器回來測,不過這款太不靈敏了,可能必須到福島指針才會動。後來是借了一台比較靈敏的 Inspector Alert,證實那些只是實驗用途的低劑量放射性物質。

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回來看這則新聞,其中提及的鎳-63(半衰期100.1年)也會透過β衰變放出電子,不過它不會放出伽馬射線,而是放出反微中子。微中子振盪實驗得出反微中子有質量的結論,可參考先前這篇→〈淺談微中子振盪

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由於放射性物質所釋放的α射線會破壞電子材料(特別是P-N接面),因此使用鈽-238的放射性同位素發電機(Radioisotope Thermoelectric Generator,RTG),是利用放射性衰變的熱量進行溫差發電而不是直接轉換成電能。至於釋放的伽瑪射線,因為這種輻射難以屏蔽,所以可應用於電池的同位素選擇僅限於純β發射體,例如鎳-63或氚

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自然界中氚十分稀少而價昂( 每公克約美金3萬元),但是鎳-63則可提煉自核反應爐冷卻水鋼管腐蝕物與後處理廠的液態流出物,目前Widetronix公司所開發以鎳-63為β放射源的 Firefli-N 電池已進展到6%的能量轉換效率

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文中提及 Bristol Cabot 研究團隊正致力於使用碳-14來提高效率(碳-14發射的β射線具有15.6萬電子伏特的最大能量,是鎳-63發射的2.4倍),加上碳-14的豐度比鎳-63高得多,因此將來可適合於大量的應用。至於核廢料中為何會有較高濃度的碳-14,這是因為反應爐中做為中子減速劑的石墨在長期被中子轟擊的條件下,其中的碳-13會轉變成為碳 -14,特別是在使用鈾與氧化鈽混合燃料棒的重水式反應爐,其中由氧-17所轟成的碳-14就佔了石墨堆中碳-14的90%。若將這些核廢料的石墨外表之碳-14提取出來,就能製作出可當β放射源的人工鑽石,進而研製出鑽石核能電池

OS:原來科幻電影中使用鑽石來啟動太空船真的是未來科技^^