俄羅斯小型核電池方面的技術(shù)一直領(lǐng)先世界，但是即便研制出500瓦的钚同位素核電池，運(yùn)用到日常生活中也還有很長的路要走，更別說用在汽車和手機(jī)上了，在航天活動(dòng)中使用倒是實(shí)打?qū)嵉摹昂诳萍肌?。而影響其推廣使用的最重要原因就是價(jià)格、能源密度和安全防護(hù)問題。

（微型核電池）

“核電池”又叫“放射性同位素衰敗電池”，它主要依靠放射性元素的自身衰變產(chǎn)生熱量，然后通過熱電材料將熱能轉(zhuǎn)化為電力。

目前，供應(yīng)核電池的同位元素主要有三種：Po-210（半衰期138天）、Sr－90（半衰期28年）、Pu－238（半衰期89.6年），運(yùn)用在航天器的核電池中，放射性元素基本上都指的是钚-238。

（核電池原理圖）

核電池被科學(xué)家們認(rèn)為是蓄電池的終極形態(tài)，因?yàn)槠洳恍枰潆?，就可以使用上百年，甚至上萬年。

因此，從1959年美國人研制出第一枚核電池之后，就廣泛運(yùn)用于航天領(lǐng)域，尤其是NASA發(fā)射的火星探測器中就安裝了核電池，因?yàn)榛鹦巧咸柲馨l(fā)電受灰塵影響，并且溫差大于100℃，一般太陽能電池板和化學(xué)電池很難正常工作。

但是，近些年核電池的研制工作幾乎停滯不前，主要原因還是遇到了瓶頸：

（毅力號(hào)火星車安裝了核電池）

第一，能量密度不大，功率普遍不高。

目前，核電池用在航天上，主流的版本是110We/20Kg水平，這個(gè)能量密度還不如先進(jìn)的鋰電池，發(fā)電效率只有10%，價(jià)格昂貴。如果運(yùn)用到電動(dòng)汽車等領(lǐng)域，總重量很大，成本還高的驚人。

假如安裝5臺(tái)核電池到電動(dòng)汽車上，那么電池重量就達(dá)到了100Kg，功率才550瓦，算下來一天才發(fā)13.2度的電，可供汽車行駛70公里左右。

（钚-238經(jīng)常被用來制作核電池，用于太空探索）

而制造這樣的一個(gè)核電池就需要4Kg钚，造價(jià)需要300萬美元，再加上附屬設(shè)備，成本就要400萬美元。

所以，目前能使用這樣核電池的只有航天、航海以及軍事領(lǐng)域。NASA的“毅力號(hào)”火星車就安裝了一枚100瓦的核電池，重量45Kg，設(shè)計(jì)壽命14年，算是較為先進(jìn)的水平了。

這次俄羅斯國立核能研究大學(xué)—莫斯科工程物理學(xué)院激光和等離子體技術(shù)學(xué)院的工程師和科學(xué)家研制的“可用80年年的核電池”其實(shí)也沒什么稀奇的，因?yàn)轭?238的半衰期就有89.6年。只不過能將功率做到500瓦，重量再做得更輕的話，就是顛覆性的創(chuàng)舉了。

（钚-238放射性同位素原料）

目前，該核電池只是原型機(jī)，按照此前該機(jī)構(gòu)發(fā)表的論文，可能在能量密度上有所提升，具體還要等工程樣機(jī)、量產(chǎn)機(jī)出來之后再做評(píng)定。

在技術(shù)上來說，衰變過程中的能源轉(zhuǎn)換還是有很多工作可以做，提高轉(zhuǎn)化效率不是問題，難在提升的程度上，至于到底有多大進(jìn)展，還是讓我們等待最終的數(shù)據(jù)公布。

第二，钚-238核電池屬于高反射性物質(zhì)，民用存在門檻。

NASA在1977年發(fā)射的“旅行者”1號(hào)探測器已接近太陽系邊界，即將飛入未知的恒星際空間，其關(guān)鍵來源就是由長效的“放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器”（縮寫為RTG）提供的。這組以钚-238為主要原料的核電池支持了“旅行者”1號(hào)主推進(jìn)器成功點(diǎn)火31.8萬次。

（“旅行者”1號(hào)示意圖）

因?yàn)橥凰厮プ兊哪芰看笮『歪尫潘俣扰c外界環(huán)境無關(guān)，因此在環(huán)境惡劣的太空供電，其抗干擾性能強(qiáng)、可靠性有保障，使其成為航天器遠(yuǎn)離太陽或者工作環(huán)境惡劣的首選。

現(xiàn)在，處于太空、深海、遠(yuǎn)洋等環(huán)境惡劣的地方，人工需要供電裝置在這樣地方都考慮使用核電池，這樣可以保障設(shè)施穩(wěn)定運(yùn)行，其減少維護(hù)成本。軍事上將核電池供電的監(jiān)測器、自動(dòng)設(shè)備等放置到深海，因?yàn)槠淇梢阅褪?—6km深海高壓,對(duì)于建立深海監(jiān)測網(wǎng)，十分有利。

（祝融號(hào)火星車沒有安裝核電池，還在等待時(shí)機(jī)蘇醒）

但是，钚-238屬于高放射性物質(zhì)，人體吸入一小粒灰塵都可能引發(fā)致命的癌癥，運(yùn)用到日常生活中就需要防止射線傷害，以及破損之后的輻射污染。

為了保證安全，科學(xué)家們需要對(duì)钚-238同位素電池進(jìn)行大量苛刻的環(huán)境試驗(yàn)，包括模擬火箭發(fā)射和著陸環(huán)境的沖擊振動(dòng)試驗(yàn)、模擬再入大氣層的高溫試驗(yàn)、模擬海水長期浸泡的腐蝕試驗(yàn)等。

（冥王星探測器“新視野號(hào)”搭載的“放射性同位素?zé)犭姰a(chǎn)生器”）

歷史上，美國和蘇聯(lián)還因?yàn)閹в泻穗姵睾教炱靼l(fā)射失敗，造成污染的事故。美國因此規(guī)定了核電池不允許運(yùn)用于近地任務(wù)，并且使用核電池發(fā)射太空任務(wù)需要總統(tǒng)的批準(zhǔn)。蘇聯(lián)還成因?yàn)椤坝钪?54”衛(wèi)星墜毀于加拿大，造成了放射性物質(zhì)泄漏，做出了巨額賠償。

因此，俄羅斯的這次突破實(shí)際上也是為航天活動(dòng)準(zhǔn)備的，當(dāng)然也可以應(yīng)用于其他遠(yuǎn)離人群的領(lǐng)域，可惜不能使用在日常生活中。

但是，基于核電池良好的使用前景，科學(xué)家們還一直在研究和推進(jìn)。也取得了一系列成果，尤其是在醫(yī)學(xué)方面。

（核電池原理圖）

第三，微型核電池已經(jīng)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

中國曾經(jīng)從俄羅斯購買過一枚钚-238的放射性同位素電池，大小相當(dāng)于2節(jié)5號(hào)電池大小，輸出的功率只有500mW，可以使用200年，但花了近3000萬人民幣。

從1971年中國科學(xué)院上海原子核所研制出第一枚核電池之后，在此方面的研究一直沒有中斷，但是整體進(jìn)展還是很慢。2013年發(fā)射的“嫦娥三號(hào)”探測器使用的還是從俄羅斯購買的核電池。

（心臟起搏器上使用的微形核電池）

而在核電池民用上，實(shí)際上有很多進(jìn)展，尤其是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)嶋H上已經(jīng)廣泛使用核電池。不過這類核電池其實(shí)是微型產(chǎn)品，應(yīng)用在心臟起搏器的核電池只有18立方毫米，也就相當(dāng)于一顆黃豆大小，重量100多克，使用了150毫克的钚-238作為放射源，可以持續(xù)供電10年以上，免除了開胸手術(shù)換電池的痛苦。其他諸如腦起搏器等，也適用了類似產(chǎn)品。

近些年，氫的同位素氚作為放射源的電池也已經(jīng)被研制出來，因?yàn)槠淅玫氖请暗摩滤プ?，因此輻射傳統(tǒng)能力很弱，幾張A4紙厚度就可以遮擋。

（美國公司研制的氚電池）

并且早在2021年，在電商平臺(tái)上就收售賣，號(hào)稱20年不斷電，就是價(jià)格有點(diǎn)感人。生廠商是美國的City labs公司，它算是氚電池研究行業(yè)中的“鼻祖”。

（氚電池原理圖）

中國也有一家公司正在嘗試制作基于氚氣光敏電池的充電寶，據(jù)稱已經(jīng)準(zhǔn)備進(jìn)行小批量試制，產(chǎn)品性能可以達(dá)到12V1A。但是距離消息傳出來已經(jīng)近3年時(shí)間了，目前還沒有看到量產(chǎn)的產(chǎn)品。

實(shí)際上，基于不同放射源的核電池都在被嘗試制造，也有不少的工程樣機(jī)出現(xiàn)，但是真正走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入尋常生活的例子除了起搏器方面，還真不很多。

（俄羅斯研制的手持“核電寶”）

未來，大型核電池的突破肯定不會(huì)少，因?yàn)樯羁仗剿髫叫杞鉀Q能源供給問題，而同樣微型的核電池在解決安全、能源轉(zhuǎn)換效率和成本之后也會(huì)更多，因?yàn)樗⑹謾C(jī)的人們已經(jīng)不允許電量低于90%。在巨大的需求面前，技術(shù)革新往往是最快的。

（美國正在試驗(yàn)的微型核反應(yīng)堆）

不過，科學(xué)家們也開始了微型核反應(yīng)堆的測試工作，如果一切順利，很快就有“核動(dòng)力”的航天器遨游太空，假以時(shí)日將微型核反應(yīng)堆放進(jìn)手機(jī)里，也不會(huì)太遠(yuǎn)，科技的發(fā)展往往就是基于需求和瘋狂的想象力。