終身不用充電的微型核電池

張唯成

普通化學電池壽命有限，須經(jīng)常更換，尤其在微型設(shè)備中，顯得更加突出，為解決這個問題．人們一直在研制微型核能電池。2009年底，美國一家公司宣布說，他們已研制出一款新型微型核能電池，可為微小裝置提供持久的電能，其工作時間可長達25年。另一組來自美國密蘇里大學的科學家不久前也宣布，他們開發(fā)了一種只有錢幣大小的核能電池，其突破在于采用新技術(shù)進一步縮小了微型核能電池的體積并且延長了芯片的壽命。

在現(xiàn)階段，微型核能電池還不能驅(qū)動筆記本電腦和手機，這是因為它們產(chǎn)生的電能還太小，甚至只能以毫微瓦計算，而1毫微瓦只相當于1瓦的十億分之一，不過即使這樣。微型核能電池也已經(jīng)大有用場了。這種電池將有望應(yīng)用于“耗能極低的可植入裝置”中，它可以幫助醫(yī)生長期監(jiān)視病人的健康狀況；它們還可用于驅(qū)動微小的機電裝置和其他極小的電子設(shè)備；以核能電池驅(qū)動的傳感器可長期監(jiān)測橋梁、道路和建筑物的使用狀態(tài)，民用航班也可用這種傳感器監(jiān)測飛機的機械故障。

核能電池并不是新事物，此前已經(jīng)應(yīng)用于軍事或者航空航天領(lǐng)域，只是體積往往很大，而現(xiàn)在微型機電系統(tǒng)和納米級機電系統(tǒng)已成為科究的熱門領(lǐng)域，人們因此需要體積更小的核能電池為它們提供持久的電能，至于筆記本電腦和手機等民用電子裝置對這種電池就更是期待了。

對于核能電池是否安全的問題，人們大可放心，因為它們的能量由放射性同位素的自然衰變而產(chǎn)生，這種衰變由物質(zhì)中不穩(wěn)定的原子核放射出粒子及能量所導致。當放射性同位素發(fā)生衰變時．它們釋放出帶電粒子，而半導體，例如硅，則能捕獲這些粒子，從而產(chǎn)生電流。這個過程很像太陽能電池板從陽光中捕獲光子并將它們轉(zhuǎn)變成電流的過程。核能電池正是利用放射性同位素衰變會釋放出能量的原理制成的。

核能電池的工作時間可以持續(xù)得很長，這是普通的化學電池所無法比擬的。在許多情況下．電池和設(shè)備必須是一次性的，根本不容更換，例如深海傳感器、太空探測器以及一些植入人體內(nèi)的醫(yī)療裝置等。科學家們認為，微型核能電池潛在工作時間可達幾百年甚至更長。

微型核能電池雖然有不少優(yōu)勢，但它們還無法象普通化學電池那樣在我們的日常生活中得到普遍的應(yīng)用，這是因為還有些關(guān)鍵性問題不得不解決，如核能電池的體積總是過大，而減小體積電量又太小，要解決這類問題，科學家們必須拿出巧妙的辦法來。

電量小是因為硅芯片產(chǎn)生電流的面積小，而加大面積又會使電池變得過大．解決這個問題的途徑可以是尋找新的更有效率的材料，但美國羅徹斯特大學的研究小組則青睞于另外一種方法。他們意識到，在自然衰變中發(fā)出的放射性同位素，例如氚(氫的一種同位素)，有一半并沒有被硅捕捉到，這種情況有點類似于太陽發(fā)出的光子絕大部分都散發(fā)到宇宙中去了，而我們地球接收到的只是其中極小一部分一樣。于是，他們決定想辦法讓硅捕獲更多的粒子，方法是在硅上面弄出許多坑來，從而在有限的平面上獲得更大的表面積。 本文來自

科學家形容說，這些坑就好像是一些深井，而放射性的氚氣則會充斥于這些深井中，如此一來，產(chǎn)生電流的面積便可以成倍地增加了。不過這些“深井”其實小得令人難以置信，“井口”寬約1微米，深約40微米，要挖這樣的井，需有賴于一種名為“蝕刻"的技術(shù)�？茖W家說，他們用這種方法使電量提高了10倍，而一種更先進的“挖井”方法還將會使電量提高160倍。

不過提高核能電池的功效，縮小電池體積的目標并非僅靠“挖井”一種方法就可以完全達到，在過去的很長時間里，人們主要使用硅半導體作為芯片的材料，而美國這家公司新推出的“微核”則使用了碳化硅，其芯片很小，而抵抗放射性損害的能力則更強；他們還在試驗用疊放芯片的方法提高電量，據(jù)說這樣產(chǎn)生的電流可以達到1微瓦或者百萬分之一瓦：他們的另一個舉措是嘗試用新的放射性同位素，例如钷一147，據(jù)說這種同位素能為未來的核能電池提供更多的能量。至于密蘇里大學，他們的創(chuàng)新之處在于使用了液體芯片，這也使得芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更不容易因粒子衰變而受到破壞了。

如果未來的某一天，微型核能電池在我們的日常生活中得到廣泛的應(yīng)用，那時我們的手機和筆記本電腦就可以終身不用充電了。

5．下列有關(guān)核能電池的說法正確的一項是D

A．微型核電池體積小，壽命又最長，可為微小裝置提供長達25年的持久的電能。

B．裝有微型核能電池的耗能極低的可植入裝置，已用于臨床監(jiān)視病人的健康狀況。

C．其實，微型核電池很早就已經(jīng)用于軍事、航空航天等領(lǐng)域，并發(fā)揮著重要作用。

D．核能電池體積過大等關(guān)鍵性問題沒有得到解決，目前還不能在生活中普遍使用。

6．下列表述符合原文意思的一項是B

A．硅能捕獲放射性同位素衰變時釋放出的帶電粒子，核電池正是根據(jù)這一原理制成的。

B．有些裝置的電池和設(shè)備必須是一次性的，不容更換，這就要求電池的工作時問要長。

C．美國的科學家從找到的新的更有效率的材料中發(fā)現(xiàn)了讓硅芯片產(chǎn)生更多電量的方法。

D．其他電池雖然沒有微型核電池體積小、工作時間長等特點，但仍在生活中廣泛應(yīng)用。

7．根據(jù)原文提供的信息，以下理解和推斷不正確的一項是D

A．微型機電系統(tǒng)等已成為科學研究的熱門領(lǐng)域，體積小、電量大的核能電池前景廣闊。

B．只要科學家們能找到讓硅捕獲更多帶電粒子的方法，微型核電池的電量就能夠增大。

C．钷一147可能為核電池提供更多能量，尋找钷等新的放射性同位素可以提高核電池的功效。

D．科學家們研發(fā)的提高微型核能電池電量的最好方法“挖井"法將受到世界各國的青睞。

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