核能电池的未来 核能电池笔记本即将到来

原子能电池（又称核电池，氚电池或放射性同位素发电装置）是指那些使用放射性同位素衰变时产生之能量来产生电力的装置。这会使人误解成核反应堆，但实际上这种电池不是利用核裂变来产生能量。核电池比起一般电池有很长的寿命且其输出能量远比一般化学电池为高，可惜其制作成本也相对很高，使这种电池多用于一些需长时间运作又难以更换电池的仪器之上。

基本原理

放射性同位素电池的热源是放射性同位素。它们在蜕变过程中会不断以具有热能的射线的形式，向外放出比一般物质大得多的能量。这种很大的能量有两个特点。一是蜕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、电磁场的影响，因此，核电池以抗干扰性强和工作准确可靠而著称。另一个特点是蜕变时间很长，这决定了放射性同位素电池可长期使用。放射性同位素电池采用的放射性同位素来主要有锶－90（Sr－90，半衰期为28年）、钚－238（Pu－238，半衰期89.6年）、钋－210（Po-210半衰期为138.4天）等长半衰期的同位素。将它制成圆柱形电池。燃料放在电池中心，周围用热电元件包覆，放射性同位素发射高能量的α射线，在热电元件中将热量转化成电流。

放射性同位素电池的核心是换能器，常用的换能器叫静态热电换能器，它利用热电偶的原理在不同的金属中产生电位差，从而发电。在外形上，放射性同位素电池虽有多种形状，但最外部分都由合金制成，起保护电池和散热的作用；次外层是辐射屏蔽层，防止辐射线泄漏出来；第三层就是换能器了，在这里热能被转换成电能；最后是电池的心脏部分，放射性同位素原子在这里不断地发生蜕变并放出热量。

      1.核能发电不会造成空气污染。

2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。

3.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。

4.核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。

缺点

要用反应堆产生核能，需要解决以下10个问题：

1.为核裂变链式反应提供必要的条件，使之得以进行。

2.链式反应必须能由人通过一定装置进行控制。失去控制的裂变能不仅不能用于发电，还会酿成灾害。（如切尔诺贝利核电站和福岛核电站等等）

3.裂变反应产生的能量要能从反应堆中安全取出。

4.裂变反应中产生的中子和放射性物质对人体危害很大，必须设法避免它们对核电站工作人员和附近居民的伤害。

 放造成的放射性后果。这方面要求有适当装备的应急控制中心及厂内、厂外应急响应计划。

经过在核电数十年发展历史中的不断强化，“纵深防御原则”已经成为了核安全的灵魂，应用在核电厂的各个方面。体现在核电厂设计上，最典型的就是“多道实体屏障”。鉴于世界上目前在役的核电厂大多是轻水堆（其中约70%是压水堆，约30%是沸水堆），且我国以及世界上新建的核电厂基本上都是轻水堆中的压水堆，因此下面以压水堆为例介绍核电厂的多道安全屏障是如何防护工作人员和公众以避免核辐射的。

    原子核蕴藏着巨大的能量。人类要想和平利用核能，必须建造核反应堆，并使核反应能持续可控。1954年，前苏联建成了世界上第一个核裂变能发电站，开创了人类大规模利用核能发电的先河。至今，核能的和平利用已有50多年的历史。近些年，由于担心核电站运转的安全性、核废料对环境的影响和核技术扩散对世界安全的影响，核能的发展在欧洲、北美有下降趋势，但核能的发展在亚洲仍呈现强劲势头。

核裂变能的主要原料是铀，它在地壳中储量总计达几十亿吨。铀的储量虽然很大，但分布却很分散，要找到比较集中的矿点比较困难。钚的来源比铀广泛，价格较便宜。但是，地下能源储量总是有限的，用一点会少一点，最终会枯竭。

 作为核聚变能原料的氢及其同位素氘和氚，情况就不同了，它们在地球上储量十分丰富，海洋中还有氘约23.4万亿吨，足够人类使用几十亿年。对于人类来说，核聚变能将是一种取之不尽、用之不竭的“长寿能源”。核聚变反应也是太阳和宇宙能量的主要来源。

同位素

质子数相同而中子数不同或者说原子序数相同而原子质量数不同的一些原子被称为同位素，它们在化学元素周期表上占据同一个位置。简单的说同位素就是指某个元素的各种原子，它们具有相同的化学性质。按质量不同通常可以分为重同位素和轻同位素。

目前，核电站中以压水堆、沸水堆所占的比例最大，分别占60%和20%，重水堆约占10%，其它堆占10%。

除上述核裂反应堆这外，目前全世界正在投入大量的人力、物力研制核聚变反应堆。当2个轻原子核结合成一个较重的原子核时，也会释放能量。我们称这种结合为聚变，释放出的能量称为聚变能。在人工控制下的聚变为受控聚变，在受控聚变的情况下释放能量的装置，称为聚变反应堆。聚变能是一种更加安全、清洁、经济的能源，且有可能实现能量直接转换，具有极高的热效率。不仅轻原子核聚变时，每1千克聚变燃料释放的能量多，更重要的是，地球上聚变燃料的储量比裂变燃料储量丰富得多。氘、氚聚变所释放的能量，是同等质量铀-235裂变所释放能量的4倍。而且，海洋中有取之不尽的氘，海水中氘含量为34毫克/升，地球上总含氘量多达40万亿吨，可供人类用50亿年以上。氚可用锂（锂-6）来生产，自然界中锂也很丰富，所以聚变能发电是更理想的能源。国际核聚变专家们乐观估计，本世纪下半叶可以实现聚变反应堆商业发电。