世界首款碳-14钻石电池问世，潜在寿命可达数千年

科技 2024-12-06 15:39 广东

12月5日消息，英国原子能管理局与布里斯托尔大学合作成功研制出世界上首块碳-14钻石电池，这种电池的潜在寿命可达数千年，有望成为一种非常持久的能源。

碳-14钻石电池的工作原理类似于太阳能电池板，但不是将光能转化为电能，而是利用放射性衰变产生的快速移动电子来发电。

低光强度相机从由发射β射线的碳-14原子制成的合成金刚石碳膜上捕捉到的微弱射电发光图片来源：布里斯托大学

碳-14是一种放射性同位素，具有5700年的半衰期。在碳-14钻石电池中，碳-14被封装在人造钻石中，通过放射性衰变产生电子。这些电子通过钻石结构中的不连续性传播，并最终被外部电路捕获，从而产生电能。

具体来说，碳-14通过β衰变释放出高能电子(平均能量为50 keV)，这些电子在钻石结构中与碳原子发生非弹性碰撞，形成电子-空穴对，从而产生低能级的电子流。这些低能级电子被外部电极收集，形成电流。

钻石电池不仅安全可靠，而且可持续提供微瓦级电力，其潜在寿命可达数千年。这种电池的应用前景广泛，比如可用于医疗设备如心脏起搏器、助听器和眼科植入物等，减少更换设备的需求和患者的痛苦。

从人体健康的角度来看，碳-14发出的短距离辐射几乎能被被钻石外壳完全吸收，无有害排放。因此，在正常的情况下，人体接触碳-14的风险较低。即使需要处理或回收，也可确保安全。

此外，它还可以用于太空任务和偏远地区，为航天器、卫星甚至射频标签提供几十年的电力供应，从而降低成本并延长设备的使用寿命。

这项技术的另一个重要意义在于其对核废料的有效利用。碳-14是从核裂变反应堆的石墨块中提取的，而石墨块是核能发电过程中产生的副产品。通过将这些放射性物质转化为能源，碳-14钻石电池不仅解决了核废料处理的难题，还为这些废料创造了有价值的应用。

英国原子能管理局氚燃料循环主管 Sarah Clark 表示：“钻石电池提供了一种安全、可持续的方式来提供持续的微瓦级电力。这是一种新兴技术，利用人造钻石安全地包裹少量碳-14。”

布里斯托大学材料学教授汤姆·斯科特表示：“我们的微功率技术可以支持从空间技术、安全设备到医疗植入物的一系列重要应用。我们很高兴能够在未来几年与行业和研究领域的合作伙伴一起探索所有这些可能性。”

钻石电池团队成员与英国原子能管理局的等离子沉积装置合影图片来源：英国原子能管理局

来自两个组织的科学家和工程师团队共同合作建造了一台等离子沉积装置，这是用于在英国原子能管理局卡勒姆校区培育钻石的专用设备。这一发展在一定程度上得益于英国原子能机构在聚变能方面的研究。

英国布里斯托尔大学和英国原子能管理局的科学家们通过这项创新技术，不仅推动了清洁能源的发展，也为解决核废料处理问题提供了新的思路。

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