第7章 β衰變才是未來【新書求收藏!】

　　時間，宛如馬桶里的水，總會隨著按鈕的按下，而匆匆流逝。

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　　“現(xiàn)在各國科學家，都將α伏特電池視為核電池的出路，殊不知，他們的路早就走偏了啊……”

　　關(guān)閉圖書館線上查詢頁面，江離無奈的嘆了一口氣。

　　翻閱一早上資料，江離也是對現(xiàn)在的核電池研究有了更為清晰的認識。

　　僅花了一早上時間，江離就看完了物理界十幾年的研究成果，如果有其他人看到這一幕，絕對會被震驚的張大嘴巴。

　　像這樣驚呆旁人的行為，對江離而言只是基本操作罷了。

　　腦力每開發(fā)一度，對于思維、記憶、反應(yīng)以及敏銳度都是一個質(zhì)的提升。

　　在5％腦力的強大加持下，江離早已具備了頂級研究者的潛力。

　　他原本以為，如今核電池的研究就算進展緩慢，至少也應(yīng)該大差不差才對，卻沒想到，自己還是太樂觀了。

　　核電池研究的困境，比他想象的更加嚴重。

　　甚至就連最最基礎(chǔ)的原料選擇，都走進了死胡同！

　　核電池。

　　也叫放射性同位素溫差發(fā)電器。

　　或者原子能電池。

　　與核電站通過裂變或聚變發(fā)電的原理不同，核電池利用的是放射性元素自身的衰變特性。

　　前者是將核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能、再將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能、最后轉(zhuǎn)化為電能，過程非常復(fù)雜，中間環(huán)節(jié)損耗了大量的能量。

　　而后者，則是利用特制的換能器，直接將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能。

　　核電池原料的衰變原理，分為兩種。

　　α衰變和β衰變。

　　兩者都是利用元素的天然衰變性向外釋放巨大的熱量和射線，然后用特殊的能量轉(zhuǎn)換器進行吸收，使其產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為電能。

　　不同的是。

　　α衰變是一個原子核釋放出一個α粒子，并轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)量數(shù)減少4、核電荷數(shù)減少2的新原子核，因為α粒子和一個氦原子核相同，所以從本質(zhì)上講，α衰變是量子力學隧穿效應(yīng)的一個微觀應(yīng)用。

　　在衰變過程中，α粒子的動能約為5 MeV，速度是15000Km/s，速度相對緩慢，只有光速的二十分之一，同時它的質(zhì)量也比較大，因此，它們很容易與其他原子相互作用而失去能量。

　　哪怕是一層幾厘米厚的空氣，也能將其完全吸收。

　　除了速度慢、難以利用外，α衰變還具有一個更為棘手的弊端。

　　那就是，α粒子的動能，遠低于庫侖勢壘的20兆電子伏！

　　根據(jù)經(jīng)典力學原理，由于庫侖勢壘的阻擋，α粒子不能跑到核外，也就無所謂放不放電了。

　　直到二十世紀二十年代，量子力學誕生，才從量子隧穿效應(yīng)的角度解釋了α衰變的本質(zhì)。

　　科學家發(fā)現(xiàn)，像‘钚’等少數(shù)放射性元素，其在進行衰變時，α粒子有一定幾率穿透勢壘跑出原子核……

　　由此，便誕生了現(xiàn)在的太空核電池！

　　最典型的例子就是火星車和航天器上使用的钚238核電池，根據(jù)科學家計算，它的半衰期可達87年。

　　不過遺憾的是，它的功率非常小。

　　由于钚238的能量密度非常低，一款世界先進的RTG能源中樞，自重就達到了45公斤，卻只能產(chǎn)生約110W的功率，和手機充電器的功率差不多。

　　要知道，目前主流的電動汽車，功率已經(jīng)達到了70KW至250KW。

　　兩者相差足足一千多倍！

　　同時，钚在衰變時不僅會釋放出α粒子，還會釋放出中子和γ射線！

　　γ射線，就是漫威電影中照射綠巨人的那個！

　　除此之外，钚238的成本也高得離譜，1g的钚238，就需要上千萬美金！

　　以钚238超低的能量利用率，想要真正派上用場，其質(zhì)量最低也得按斤來計算……

　　那就是幾十億美金！

　　除了夏國和漂亮國，全世界沒有幾個國家撐得起這樣的消耗！

　　而這，就是江離為什么說現(xiàn)今核電池研究走偏了的真正原因。

　　在他看來。

　　相比于吃力不討好的α衰變，β衰變才是核電池較為理想的出路！

　　顧名思義，β衰變就是一個原子核釋放出一個β粒子的衰變。

　　其實質(zhì)是將一個下夸克通過釋放一個W-玻色子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€上夸克，W-玻色子隨后衰變成一個電子和一個反電子中微子的過程。

　　相比于賭概率的α衰變，β衰變更容易控制，同時能量轉(zhuǎn)化率也更高。

　　其原理是利用高能電子束穿過窗口通道進入捕獲層，將半導(dǎo)體材料內(nèi)部的粒子變成激發(fā)態(tài)，從而形成電子-空穴對，最后形成宏觀電壓，進行放電。

　　這個機制類似于光伏效應(yīng)，所以也被稱之為β伏特電池。

　　最重要的是，它便宜啊！

　　鈾235：核裂變與核聚變的主要原料，黑市單克售價一萬美金！

　　钚238：核電池α衰變的主要原料，單克售價上千萬美金，而且被嚴格控制，掏錢你都買不到！

　　和它們相比，β衰變的原料就要‘親民’很多。

　　像常見的C14、鎳63等，都是世界上目前應(yīng)用最廣的低能β放射源，雖說價格也不便宜，但卻還在可以接受的范圍內(nèi)。

　　其中，C14的衰變周期是5000年，鎳63也有100年，均超過α衰變钚238的87年。

　　遺憾的是，C14因為其天然性質(zhì)，發(fā)電效率實在是微乎其微，而鎳63的也不容樂觀，用它做成的核電池，功率只有1瓦左右。

　　是的，你沒聽錯。

　　就目前的科研水平，β衰變核電池的功率，不到α衰變的百分之一！

　　而這，也是科學家放棄β衰變，死磕α衰變的根本原因！

　　我們也知道β衰變好，可臣妾實在是做不到啊！

　　比起虛無縹緲的β衰變，好像還是α衰變更現(xiàn)實一點。

　　“誒……”

　　江離忍不住嘆了一口氣。

　　看來他想要吹響第四次能源革命的號角，還任重而道遠啊。

　　若想真正改變世界，光靠α衰變是遠遠不夠的。

　　β衰變才是未來?。?p>　　“那就以β衰變?yōu)榉较虬?！?p>　　定好了目標，江離立即開始行動。

　　首先要做的，就是改變β衰變的能量轉(zhuǎn)化方式，重新制定一個新的框架，徹底解決β衰變發(fā)電效率低的問題！

　　江離很清楚核電池研究的瓶頸。

　　一個是能量轉(zhuǎn)化效率低，一個是輻射危害大。

　　和這兩個世紀難題相比，他之前設(shè)計的數(shù)學模型，只能算是開胃菜罷了。

　　至于原料選擇，則是需要好好考慮。

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

　　這其中，84號到94號才具有較強的放射性，除了鍍和鈾等比較便宜，其他要么買不到，要么就是單克成千上萬元。

　　至于95號到118號，這些玩意屬于人造元素，超級超級貴，比如98號的锎，單克就需要上億元，比钚還貴。

　　這么夸張的價格，就連絕大多數(shù)國家都承受不起，更別說推向全人類了。

　　做不到普及，那就意味著只能存在于少數(shù)國家的尖端領(lǐng)域，這和江離計劃推動第四次能源革命的初衷背道而馳。

　　好在這些人造元素的半衰期都非常短，有的甚至不到1秒，不具備持續(xù)放電的能力，所以不在考慮范圍之內(nèi)。

　　從科學的角度講，合適的衰變材料至少需要滿足以下幾個特點：

　　較長的衰變周期、需要有一定的功率密度，輻射要小，易于加工、成本低等。

　　而钚和鈾都太貴了。

　　 C14雖然擁有5000年的超長衰變周期，但本身的能量密度低的可怕，拿來做電池可謂是牙簽涮水缸。

　　最終，江離把目光放在了鎳63上。

　　之所以此前沒有人考慮。

　　是因為鎳63能量密度也實在太小了。

　　 200個加在一起才能勉強實現(xiàn)1μW的輸出功率，換算成能量密度也才不過10mWh/kg。

　　這跟鋰電池的150Wh/kg，差了整整4個數(shù)量級，完全是天壤之別。

　　好在這一切，在江離這里都不是問題！

　　此時此刻。

　　他的腦海中，就有將β衰變能量大幅度提升的方法?。?p>　　江離的大腦飛速運轉(zhuǎn)。

　　腦海中宛如走馬燈一般閃過一道道深奧晦澀的公式推導(dǎo)，這些公式仿佛有著神奇的魔力，將原本與高能量毫不相關(guān)的β衰變，一點點拉到某個奇妙的位置……

　　他將桌上皺巴巴的方案撕下一張，用背面當草稿紙，開始推衍公式。

　　在他的筆下。

　　β衰變的發(fā)電量與輻射量，竟緩緩趨近微妙的平衡……

　　仿佛有一只無形的大手，將兩座相對矗立的山峰硬生生聚攏到了一起，而江離自己，此刻正緩緩從其中穿過。

　　這種感覺是如此令人癡迷。

　　江離不自禁的沉浸在了知識的汪洋之中。