探秘小型核电池

在当今科技飞速发展的时代，能源需求日益增长，传统电池技术逐渐难以满足不断升级的设备要求。随着对清洁能源的追求以及对长续航能源解决方案的渴望，小型核电池应运而生。

全球范围内，多个国家都投入到小型核电池的研发热潮中。美国密苏里大学计算机工程系教授权载完率领的研究组成功研发出体积小但电力强的 “核电池”。他们利用微型和纳米级系统，为小型核电池的发展开辟了新道路。此外，英国 BBC 电台也报道了这一研究成果，其超微型电源设备通过放射性物质的衰变释放带电粒子获得持续电流。

俄罗斯《劳动报》近日报道，俄罗斯已成功研发出一款功率高达 500 瓦的小型核电池，可连续工作长达 80 年。这款核电池的诞生为解决能源续航问题提供了全新思路，在太空探索、深海潜水、极地科考等领域具有广泛的应用前景。

在中国，北京贝塔伏特新能科技有限公司宣布成功研制出微型原子能电池 BV100。该电池功率为 100 微瓦，电压为 3 伏，体积仅为 15 X 15 X 5 立方毫米，比一枚硬币还小。它能够在 50 年内稳定自发电，无需充电或维护。这款核电池的出现，标志着中国在原子能电池领域取得了突破性创新，超越欧美科研机构及企业。

小型核电池的研发热潮反映了全球对高效、稳定、长久能源的迫切需求。随着技术的不断进步，小型核电池有望在未来为各个领域带来革命性的变化。

小型核电池的工作原理基于放射性同位素的衰变。放射性同位素在衰变过程中会释放出能量，小型核电池正是利用这种能量转化为电能。以中国北京贝塔伏特新能科技有限公司研发的微型原子能电池 BV100 为例，其使用的放射元素是 “镍 - 63”。在衰变时，镍 - 63 会产生 β 粒子。核电池中的放射性元素衰变是一个自发的过程，只要放射性物质没有衰变结束，电池就可以一直工作。比如常见的锶 90，半衰期是 28 年，完全衰变需要 190 年。而镍 - 63 的半衰期达 100 年，按半衰期来算，基于镍 63 的核电池至少可工作 50 年。在衰变过程中，β 粒子释放的正电子被捕捉后，就可以稳定激发电荷，从而实现电能的转化。

单晶金刚石半导体在小型核电池中起着至关重要的作用。贝塔伏特研发团队开发了一种高性能的单晶金刚石半导体，厚度仅为 10 微米。2 微米厚的镍 - 63 薄片放在两片金刚石半导体转换器之间，可以稳定持续地激发出电荷。这种设计能够更有效率地捕捉 β 粒子，因为传统核电池技术受限，正是因为 β 粒子产生的正电子难以捕捉。超长碳纳米管制造的超级电容负责收集这些电荷，而贝塔伏特公司也是全球目前唯一一个掌握这种金刚石半导体材料的企业。单晶金刚石半导体具有独特的性能，它能够在捕捉 β 粒子激发电荷的过程中，提高能量转换效率，同时保证电池的稳定性和可靠性。这种高性能的半导体材料为小型核电池的发展提供了强大的技术支持。

中国在小型核电池领域取得了令人瞩目的成就。北京贝塔伏特新能科技有限公司成功研制出微型原子能电池 BV100，这款电池功率为 100 微瓦，电压为 3 伏，体积仅为 15×15×5 立方毫米，比一枚硬币还小，能够在 50 年内稳定自发电，无需充电或维护。它利用镍 63 核同位素衰变技术和金刚石半导体，实现了高效的能量转化。此外，该公司正与国内院校联合研发，计划采用锶 90、钷 147 和氘等同位素，研制更高功率、使用寿命为 2 年至 30 年的核电池。

俄罗斯也不甘示弱，俄罗斯国立核能研究大学 — 莫斯科工程物理学院激光和等离子体技术学院的工程师和科学家研制出了一种可工作 80 年的小型核电池原型。其功率预计为 500 瓦，可满足北极气象站等设施的供电需求。这种核电池外形紧凑，可整合到各种仪器或机械装置内部，可能在未来五六年内投入量产，成为卫星、水下仪器和各种极地装备不可替代的供电来源。

美国在小型核电池研发方面也有一定的成果。早在上个世纪的 60 年代，美国的阿波罗宇宙飞船上曾搭载过一款核电池装置名为 snap - 27a，其输出功率达到了 63 瓦，但重量却达到了 31 千克，且使用寿命仅为一年。到了 2021 年，美国又研发出了一款新的核电池，并装在了 “好奇号” 火星车上，这款核电池能够使用 14 年左右，但仍然存在体型较大、造价高昂等问题。

中国部分公司的小型核电池即将量产，这一消息引起了广泛的关注。以北京贝塔伏特新能科技有限公司为例，其研发的微型原子能电池 BV100 已经进入中试阶段，即将量产投入市场。这意味着世界上首块量产的民用核电池即将诞生。

小型核电池的量产将带来多方面的影响。首先，在电子设备领域，核电池的长续航和小巧体积，将为手机、笔记本电脑、平板电脑等电子设备提供更持久的电力支持，用户将不再需要每天为设备充电，极大地提高了使用的便利性。其次，在航空航天领域，高能量密度和稳定性能的核电池能够为卫星、探测器等航天器提供可靠的能源支持，延长航天器的使用寿命。再者，在医疗器械领域，核电池的长寿命和安全性，使其成为植入式医疗器械如心脏起搏器、人工耳蜗等的理想电源选择，减少患者进行手术的频率，提高生活质量。最后，在交通运输领域，虽然目前核电池的功率还不足以满足电动汽车的需求，但随着技术的不断进步，未来有望为电动汽车等交通工具提供强大的动力支持，提高交通工具的续航里程和性能。

中国部分公司的小型核电池即将量产，为各个领域带来了新的可能性。

小型核电池在辐射方面有着令人放心的保障。以常见的镍 - 63 为例，其衰变能量较低，释放的是高能电子，穿透力相对较弱，大约只能穿透 1 米的空气或 5 毫米的亚克力。一张纸就能阻挡射线，连衣服都难以穿透，这大大降低了辐射对人体的潜在危害。镍 - 63 通过柔和的 β 衰变，从安全性方面提供了显著优势。同时，贝塔伏特公司的核电池在设计上采用了独特的金刚石半导体转换器和 3D 组件，使得 “镍 - 63” 同位素辐射电子的收集系数高达 98%，进一步降低了辐射泄漏的风险。

在设计上，小型核电池采取了多重安全措施，确保其在各种情况下都能安全可靠地运行。首先，封装严密是重要的安全保障之一。核电池的核心部件会被层层包裹，有效防止放射性物质泄漏。无论是在日常使用还是在意外情况下，都能确保放射性物质被牢牢地控制在电池内部。其次，抗冲击、耐高温的特性也为安全加分。即使遭遇意外撞击或处于极端温度环境下，核电池也能保持结构完整，不会发生爆炸或燃烧。例如，贝塔伏特公司的核电池能够在零上 120 度和零下 -60 度范围内正常工作，即便是用针刺，也不会起火爆炸。此外，辐射量极低也是其安全优势之一。核电池的辐射剂量远低于国际安全标准，对人体和环境都不会造成危害。在航空航天领域，核电池的安全性已经得到了验证。早在几十年前，美国就将核电池应用于人造卫星、火星探测器等太空设备，至今未发生过任何安全事故。我国在核电池的研发和应用过程中，也一定会制定严格的安全标准和监管措施，确保万无一失。

在医疗领域，小型核电池可谓大显身手。心脏起搏器是小型核电池的重要应用之一。传统的心脏起搏器需要定期进行手术更换电池，这给患者带来了极大的痛苦和风险。而采用小型核电池的心脏起搏器，能够提供长达数十年的稳定电力供应，大大减少了患者因更换电池而进行手术的次数。以镍 - 63 为放射源的小型核电池，其能量密度高、体积小，能够轻松植入心脏起搏器内部，且在整个使用寿命期间无需充电或维护。

人工耳蜗也是小型核电池的潜在应用领域。人工耳蜗需要稳定的电源来保证其正常工作，而小型核电池正好能够满足这一需求。它可以为人工耳蜗提供持续的电力，确保患者能够清晰地听到声音。同时，小型核电池的低辐射特性也使得它在医疗领域的应用更加安全可靠。据统计，截至 2025 年，全球已有数千名患者使用了搭载小型核电池的医疗设备，取得了良好的治疗效果。

在航天领域，小型核电池发挥着至关重要的作用。由于太空环境复杂，探测器需要在低温、高辐射等恶劣条件下工作，传统的太阳能电池无法满足需求。而小型核电池具有很高的能量密度，能够在极端环境下为探测器提供稳定电源。例如，我国嫦娥三号月球探测器就采用了小型核电池，使其能在月球表面过夜并完成相关科学实验。美国的火星探测器、木星探测器等深空探测任务中，也广泛应用了小型核电池。

在环境监测领域，小型核电池同样有着重要的应用价值。一些偏远地区或恶劣环境下，如深海、冰川、火山等，传统的电池供电方式难以满足长期稳定工作的需求。而小型核电池则可以提供长达数十年的持续电力供应，为环境监测设备的正常运行提供保障。例如，在极地科考中，小型核电池可以为气候站、水质监测仪器等设备提供稳定的电力，确保科学家能够及时获取准确的环境数据。

在军事领域，小型核电池也具有广泛的应用前景。它可以为各种战术设备、通信设备提供电力，提高军队的战斗力。例如，在潜艇、无人机等军事装备上，小型核电池可以提供可靠的电力支持，确保其在关键时刻能够正常工作。此外，小型核电池还可以为远程传感器、无人潜航器等特殊军事应用提供长时间的能源供应，增强其战略侦察和作战能力。