利用核廢料制成鉆石核電池 為發(fā)電領(lǐng)域帶來顛覆性改變 

核能發(fā)電的成本低廉，但核廢料具有強(qiáng)大的放射性，處理和儲(chǔ)存不易。如今，英國布里斯托大學(xué)卡波特研究所(University of Bristol Cabot Institute)的科學(xué)家正嘗試一種創(chuàng)新的發(fā)電方式，能夠一石二鳥，不僅解決核廢料問題，還開發(fā)出新的發(fā)電來源。

核電廠常用的核燃料是從鈾元素提煉出來，利用核分裂過程產(chǎn)生的熱量將水蒸發(fā)成蒸汽，從而使發(fā)電渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。鈾來主要來自大自然，存在于地殼中，含量比金和銀元素還高，可經(jīng)采礦取得;因此，使用核能發(fā)電可以減少對化石燃料的依賴，運(yùn)作成本較低。

然而，核子反應(yīng)爐內(nèi)含有大量放射性物質(zhì)，一旦發(fā)生事故，將對生態(tài)及民眾造成嚴(yán)重傷害。最棘手的議題，則是核電廠會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的放射性廢料，必須妥善儲(chǔ)存，直到放射性消失。然而，核廢料的半衰期長達(dá)5730年，極難保證在這么漫長的時(shí)間里不會(huì)出現(xiàn)任何意外。

卡波特研究所的研究團(tuán)隊(duì)使用核廢料制作一種合成的鉆石電池，與放射物質(zhì)作用后會(huì)產(chǎn)生少量電能。研究人員已開發(fā)一種新方式，能把放射性石墨烯加熱，將大部分的放射性物質(zhì)以氣體形式釋出，再以高溫和低壓作用把這些物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿嗽煦@石。

卡波特研究所的材料學(xué)教授史考特(Tom Scott)指出，把這些鉆石放置在放射區(qū)域時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生微弱的電流。研究人員再把鉆石電池封裝在另一顆非放射性鉆石中，以吸收有害放射物，并釋放更多的電能，發(fā)電效率接近百分之百。

史考特教授表示，這種發(fā)電方式不會(huì)排放任何廢氣，也不需維修，非常適合應(yīng)用在「無法為傳統(tǒng)電池充電或更換電池」的環(huán)境。他表示，研究團(tuán)隊(duì)以碳14同位素制成人工晶體電池，若使用在物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的低功耗裝置，足可穩(wěn)定提供數(shù)千年電力，在裝置壽命結(jié)束前完全不須擔(dān)心電力耗盡的問題，非常適合在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代提供長久、穩(wěn)定的電力。更令人振奮的一點(diǎn)是，當(dāng)核電量耗盡時(shí)，這些材料會(huì)衰減到穩(wěn)定狀態(tài)，也就是電池內(nèi)不會(huì)剩下任何核廢料。

這種新型電池最大的疑慮，是放射線外泄可能對環(huán)境和健康造成負(fù)面影響;不過，西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室(Pacific Northwest National Laboratory)的材料科學(xué)家胡巴德(Lance Hubbard)表示，阻絕射線外泄的技術(shù)相對簡單，只需一般的外殼就可避免外泄。

史考特教授表示，核電池在半世紀(jì)前便已問世，最初用于遠(yuǎn)程控制或長期使用的設(shè)備上，最新技術(shù)則可把不到100磅的碳14同位素制成數(shù)百萬枚核電池，未來可應(yīng)用在心臟起搏器、人造衛(wèi)星或傳感器上。先前，研究團(tuán)隊(duì)曾利用這種鉆石電池為數(shù)具機(jī)器人提供電力，讓這些機(jī)器人前往火山口勘查地質(zhì)，突破過去難以近距離觀察火山噴發(fā)狀況的瓶頸。

研究人員目前已成立新創(chuàng)公司Arkenlight，目標(biāo)是在2024年讓這種電池完成商用化量產(chǎn)。若能廣泛應(yīng)用，將為發(fā)電領(lǐng)域帶來顛覆性的改變。