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科學家設計「核廢料電池」 銫137等核種能再利用

科學家設計出以核廢料為能源的電池,雖然發電量不大,但是仍然為核廢料的再利用,找到新的途徑。

有趣的工程(Interesting Engineering)報導,核能是一種可靠的能源。然而,核燃料反應之後,會生成一些持續放射伽馬射線的同位素,比如碘131(半衰期8天)、銫137(半衰期30年)、鍶-90(半衰期30年)。

半衰期短的物質,輻射強度會快速消退,比如碘131每8天的輻射量就減少一半,所以比較棘手的是那種半衰期數十年到數百年的核種,它們的能量效果並不高,但是又比環境上的自然背景輻射高出許多,因此在傳統上難以安全再利用。

科學家設計「核廢料電池」的原理,能量來源就是 銫137、鈷60這樣的具有散發放射線的物質,放射線照射到閃爍體會發光,這個光線會被光伏電池轉換成電力。(圖/俄亥俄州立大學)

不過,美國俄亥俄州立大學(The Ohio State University)的研究小組,仍然積極研發核廢料電池,其關鍵技術在利用閃爍體(scintillator),這是具有螢光特性的物質總稱,它們暴露於輻射時會吸收能量並且發光。然後,這些光再驅動太陽能電池,形成電力。

這項發明利用了好幾個早已成熟的科技,先利用核廢料料產生的環境伽馬射線,再利用閃爍體的特性發光,第三步是太陽能電池來光照發電,相當巧妙。

研究團隊設計的電池是4立方公分的立方體,包覆了兩種常見的放射性同位素:銫-137,以及輻射治療常用的鈷-60,來測試原型。

結果表明,使用銫-137 可產生 288 奈瓦(Nw,十億分之一瓦)電力,使用鈷-60 可產生1.5 微瓦(μW,百萬分之一瓦)電力,雖然都很微弱,但是足夠為小型感測器供電。

這項研究的主要作者雷蒙‧曹( Raymond Cao)說:「我們正在收集一些被視為廢物的東西,並試圖將其變成寶藏。」

「它的概念非常有前途,雖然還有很大的改進空間,但我相信在未來,這種方法將在能源生產和感測器行業中佔據重要的地位。」

曹博士說: 「儘管大多數家庭和電子設備的功率,需要千瓦單位的電力,但我們的設計表明,只要有合適的能量(在該實驗中是核廢料),此類設備就可以成為電力來源。」

此外,該電池的設計,特別適合在高輻射的環境,例如核廢料儲存設施、深海探索甚至太空任務。

研究人員強調說: 「幸運的是,儘管這項研究中使用的伽馬射線的穿透力,比普通X光機、CT掃描強一百倍,但電池本身並不含有放射性物質,這意味著它仍然可以安全觸摸。」

文章來源:US breakthrough nuclear battery generates electricity from atomic waste products
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