終身不用充電的微型核電池
張唯成
普通化學(xué)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(gè)問題．人們一直在研制微型核能電池。2009年底，美國(guó)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(shí)間可長(zhǎng)達(dá)25年。另一組來自美國(guó)密蘇里大學(xué)的科學(xué)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(jìn)一步縮小了微型核能電池的體積并且延長(zhǎng)了芯片的壽命。
在現(xiàn)階段，微型核能電池還不能驅(qū)動(dòng)筆記本電腦和手機(jī)，這是因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生的電能還太小，甚至只能以毫微瓦計(jì)算，而1毫微瓦只相當(dāng)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(chǎng)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(zhǎng)期監(jiān)視病人的健康狀況；它們還可用于驅(qū)動(dòng)微小的機(jī)電裝置和其他極小的電子設(shè)備；以核能電池驅(qū)動(dòng)的傳感器可長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)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(cè)飛機(jī)的機(jī)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(jī)電系統(tǒng)和納米級(jí)機(jī)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(jī)等民用電子裝置對(duì)這種電池就更是期待了。
對(duì)于核能電池是否安全的問題，人們大可放心，因?yàn)樗鼈兊哪芰坑煞派湫酝凰氐淖匀凰プ兌a(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(dǎo)致。當(dāng)放射性同位素發(fā)生衰變時(shí)．它們釋放出帶電粒子，而半導(dǎo)體，例如硅，則能捕獲這些粒子，從而產(chǎn)生電流。這個(gè)過程很像太陽(yáng)能電池板從陽(yáng)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(huì)釋放出能量的原理制成的。
核能電池的工作時(shí)間可以持續(xù)得很長(zhǎng)，這是普通的化學(xué)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(cè)器以及一些植入人體內(nèi)的醫(yī)療裝置等。科學(xué)家們認(rèn)為，微型核能電池潛在工作時(shí)間可達(dá)幾百年甚至更長(zhǎng)。
微型核能電池雖然有不少優(yōu)勢(shì)，但它們還無法象普通化學(xué)電池那樣在我們的日常生活中得到普遍的應(yīng)用，這是因?yàn)檫�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(xué)家們必須拿出巧妙的辦法來。
電量小是因?yàn)楣栊酒a(chǎn)生電流的面積小，而加大面積又會(huì)使電池變得過大．解決這個(gè)問題的途徑可以是尋找新的更有效率的材料，但美國(guó)羅徹斯特大學(xué)的研究小組則青睞于另外一種方法。他們意識(shí)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(diǎn)類似于太陽(yáng)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(xué)家形容說，這些坑就好像是一些深井，而放射性的氚氣則會(huì)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(shí)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(xué)家說，他們用這種方法使電量提高了10倍，而一種更先進(jìn)的“挖井”方法還將會(huì)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(biāo)并非僅靠“挖井”一種方法就可以完全達(dá)到，在過去的很長(zhǎng)時(shí)間里，人們主要使用硅半導(dǎo)體作為芯片的材料，而美國(guó)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(qiáng)；他們還在試驗(yàn)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(dá)到1微瓦或者百萬分之一瓦：他們的另一個(gè)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(xué)，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(shí)我們的手機(jī)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(xiàng)是D
A．微型核電池體積小，壽命又最長(zhǎng)，可為微小裝置提供長(zhǎng)達(dá)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(shí)，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(xiàng)是B
A．硅能捕獲放射性同位素衰變時(shí)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(shí)問要長(zhǎng)。
C．美國(guó)的科學(xué)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(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，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(xiàng)是D
A．微型機(jī)電系統(tǒng)等已成為科學(xué)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(xué)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(xué)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(guó)的青睞。
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