天意文学网 > 科技崛起,从带着导师上院士开始 > 第7章 β衰变才是未来【新书求收藏!】

第7章 β衰变才是未来【新书求收藏!】


  时间,宛如马桶里的水,总会随着按钮的按下,而匆匆流逝。

  ……

  “现在各国科学家,都将α伏特电池视为核电池的出路,殊不知,他们的路早就走偏了啊……”

  关闭图书馆线上查询页面,江离无奈的叹了一口气。

  翻阅一早上资料,江离也是对现在的核电池研究有了更为清晰的认识。

  仅花了一早上时间,江离就看完了物理界十几年的研究成果,如果有其他人看到这一幕,绝对会被震惊的张大嘴巴。

  像这样惊呆旁人的行为,对江离而言只是基本操作罢了。

  脑力每开发一度,对于思维、记忆、反应以及敏锐度都是一个质的提升。

  在5%脑力的强大加持下,江离早已具备了顶级研究者的潜力。

  他原本以为,如今核电池的研究就算进展缓慢,至少也应该大差不差才对,却没想到,自己还是太乐观了。

  核电池研究的困境,比他想象的更加严重。

  甚至就连最最基础的原料选择,都走进了死胡同!

  核电池。

  也叫放射性同位素温差发电器。

  或者原子能电池。

  与核电站通过裂变或聚变发电的原理不同,核电池利用的是放射性元素自身的衰变特性。

  前者是将核能转化为内能、再将内能转化为机械能、最后转化为电能,过程非常复杂,中间环节损耗了大量的能量。

  而后者,则是利用特制的换能器,直接将内能转化为电能。

  核电池原料的衰变原理,分为两种。

  α衰变和β衰变。

  两者都是利用元素的天然衰变性向外释放巨大的热量和射线,然后用特殊的能量转换器进行吸收,使其产生的热量转化为电能。

  不同的是。

  α衰变是一个原子核释放出一个α粒子,并转化为一个质量数减少4、核电荷数减少2的新原子核,因为α粒子和一个氦原子核相同,所以从本质上讲,α衰变是量子力学隧穿效应的一个微观应用。

  在衰变过程中,α粒子的动能约为5  MeV,速度是15000Km/s,速度相对缓慢,只有光速的二十分之一,同时它的质量也比较大,因此,它们很容易与其他原子相互作用而失去能量。

  哪怕是一层几厘米厚的空气,也能将其完全吸收。

  除了速度慢、难以利用外,α衰变还具有一个更为棘手的弊端。

  那就是,α粒子的动能,远低于库仑势垒的20兆电子伏!

  根据经典力学原理,由于库仑势垒的阻挡,α粒子不能跑到核外,也就无所谓放不放电了。

  直到二十世纪二十年代,量子力学诞生,才从量子隧穿效应的角度解释了α衰变的本质。

  科学家发现,像‘钚’等少数放射性元素,其在进行衰变时,α粒子有一定几率穿透势垒跑出原子核……

  由此,便诞生了现在的太空核电池!

  最典型的例子就是火星车和航天器上使用的钚238核电池,根据科学家计算,它的半衰期可达87年。

  不过遗憾的是,它的功率非常小。

  由于钚238的能量密度非常低,一款世界先进的RTG能源中枢,自重就达到了45公斤,却只能产生约110W的功率,和手机充电器的功率差不多。

  要知道,目前主流的电动汽车,功率已经达到了70KW至250KW。

  两者相差足足一千多倍!

  同时,钚在衰变时不仅会释放出α粒子,还会释放出中子和γ射线!

  γ射线,就是漫威电影中照射绿巨人的那个!

  除此之外,钚238的成本也高得离谱,1g的钚238,就需要上千万美金!

  以钚238超低的能量利用率,想要真正派上用场,其质量最低也得按斤来计算……

  那就是几十亿美金!

  除了夏国和漂亮国,全世界没有几个国家撑得起这样的消耗!

  而这,就是江离为什么说现今核电池研究走偏了的真正原因。

  在他看来。

  相比于吃力不讨好的α衰变,β衰变才是核电池较为理想的出路!

  顾名思义,β衰变就是一个原子核释放出一个β粒子的衰变。

  其实质是将一个下夸克通过释放一个W-玻色子转变为一个上夸克,W-玻色子随后衰变成一个电子和一个反电子中微子的过程。

  相比于赌概率的α衰变,β衰变更容易控制,同时能量转化率也更高。

  其原理是利用高能电子束穿过窗口通道进入捕获层,将半导体材料内部的粒子变成激发态,从而形成电子-空穴对,最后形成宏观电压,进行放电。

  这个机制类似于光伏效应,所以也被称之为β伏特电池。

  最重要的是,它便宜啊!

  铀235:核裂变与核聚变的主要原料,黑市单克售价一万美金!

  钚238:核电池α衰变的主要原料,单克售价上千万美金,而且被严格控制,掏钱你都买不到!

  和它们相比,β衰变的原料就要‘亲民’很多。

  像常见的C14、镍63等,都是世界上目前应用最广的低能β放射源,虽说价格也不便宜,但却还在可以接受的范围内。

  其中,C14的衰变周期是5000年,镍63也有100年,均超过α衰变钚238的87年。

  遗憾的是,C14因为其天然性质,发电效率实在是微乎其微,而镍63的也不容乐观,用它做成的核电池,功率只有1瓦左右。

  是的,你没听错。

  就目前的科研水平,β衰变核电池的功率,不到α衰变的百分之一!

  而这,也是科学家放弃β衰变,死磕α衰变的根本原因!

  我们也知道β衰变好,可臣妾实在是做不到啊!

  比起虚无缥缈的β衰变,好像还是α衰变更现实一点。

  “诶……”

  江离忍不住叹了一口气。

  看来他想要吹响第四次能源革命的号角,还任重而道远啊。

  若想真正改变世界,光靠α衰变是远远不够的。

  β衰变才是未来啊!

  “那就以β衰变为方向吧!”

  定好了目标,江离立即开始行动。

  首先要做的,就是改变β衰变的能量转化方式,重新制定一个新的框架,彻底解决β衰变发电效率低的问题!

  江离很清楚核电池研究的瓶颈。

  一个是能量转化效率低,一个是辐射危害大。

  和这两个世纪难题相比,他之前设计的数学模型,只能算是开胃菜罢了。

  至于原料选择,则是需要好好考虑。

  在元素周期表中共有118种元素,其中1-94号是天然元素,95-118号是人造元素。

  这其中,84号到94号才具有较强的放射性,除了镀和铀等比较便宜,其他要么买不到,要么就是单克成千上万元。

  至于95号到118号,这些玩意属于人造元素,超级超级贵,比如98号的锎,单克就需要上亿元,比钚还贵。

  这么夸张的价格,就连绝大多数国家都承受不起,更别说推向全人类了。

  做不到普及,那就意味着只能存在于少数国家的尖端领域,这和江离计划推动第四次能源革命的初衷背道而驰。

  好在这些人造元素的半衰期都非常短,有的甚至不到1秒,不具备持续放电的能力,所以不在考虑范围之内。

  从科学的角度讲,合适的衰变材料至少需要满足以下几个特点:

  较长的衰变周期、需要有一定的功率密度,辐射要小,易于加工、成本低等。

  而钚和铀都太贵了。

    C14虽然拥有5000年的超长衰变周期,但本身的能量密度低的可怕,拿来做电池可谓是牙签涮水缸。

  最终,江离把目光放在了镍63上。

  之所以此前没有人考虑。

  是因为镍63能量密度也实在太小了。

    200个加在一起才能勉强实现1μW的输出功率,换算成能量密度也才不过10mWh/kg。

  这跟锂电池的150Wh/kg,差了整整4个数量级,完全是天壤之别。

  好在这一切,在江离这里都不是问题!

  此时此刻。

  他的脑海中,就有将β衰变能量大幅度提升的方法!!

  江离的大脑飞速运转。

  脑海中宛如走马灯一般闪过一道道深奥晦涩的公式推导,这些公式仿佛有着神奇的魔力,将原本与高能量毫不相关的β衰变,一点点拉到某个奇妙的位置……

  他将桌上皱巴巴的方案撕下一张,用背面当草稿纸,开始推衍公式。

  在他的笔下。

  β衰变的发电量与辐射量,竟缓缓趋近微妙的平衡……

  仿佛有一只无形的大手,将两座相对矗立的山峰硬生生聚拢到了一起,而江离自己,此刻正缓缓从其中穿过。

  这种感觉是如此令人痴迷。

  江离不自禁的沉浸在了知识的汪洋之中。


  (https://www.tyvxw.cc/ty84197589/47785981.html)


1秒记住天意文学网:www.tyvxw.cc。手机版阅读网址:m.tyvxw.cc