第7章 β衰变才是未来【新书求收藏!】

    时间，宛如马桶里的水，总会随着按钮的按下，而匆匆流逝。
    ……
    “现在各国科学家，都将α伏特电池视为核电池的出路，殊不知，他们的路早就走偏了啊……”
    关闭图书馆线上查询页面，江离无奈的叹了一口气。
    翻阅一早上资料，江离也是对现在的核电池研究有了更为清晰的认识。
    仅花了一早上时间，江离就看完了物理界十几年的研究成果，如果有其他人看到这一幕，绝对会被震惊的张大嘴巴。
    像这样惊呆旁人的行为，对江离而言只是基本操作罢了。
    脑力每开发一度，对于思维、记忆、反应以及敏锐度都是一个质的提升。
    在5％脑力的强大加持下，江离早已具备了顶级研究者的潜力。
    他原本以为，如今核电池的研究就算进展缓慢，至少也应该大差不差才对，却没想到，自己还是太乐观了。
    核电池研究的困境，比他想象的更加严重。
    甚至就连最最基础的原料选择，都走进了死胡同！
    核电池。
    也叫放射性同位素温差发电器。
    或者原子能电池。
    与核电站通过裂变或聚变发电的原理不同，核电池利用的是放射性元素自身的衰变特性。
    前者是将核能转化为内能、再将内能转化为机械能、最后转化为电能，过程非常复杂，中间环节损耗了大量的能量。
    而后者，则是利用特制的换能器，直接将内能转化为电能。
    核电池原料的衰变原理，分为两种。
    α衰变和β衰变。
    两者都是利用元素的天然衰变性向外释放巨大的热量和射线，然后用特殊的能量转换器进行吸收，使其产生的热量转化为电能。
    不同的是。
    α衰变是一个原子核释放出一个α粒子，并转化为一个质量数减少4、核电荷数减少2的新原子核，因为α粒子和一个氦原子核相同，所以从本质上讲，α衰变是量子力学隧穿效应的一个微观应用。
    在衰变过程中，α粒子的动能约为5  MeV，速度是15000Km/s，速度相对缓慢，只有光速的二十分之一，同时它的质量也比较大，因此，它们很容易与其他原子相互作用而失去能量。
    哪怕是一层几厘米厚的空气，也能将其完全吸收。
    除了速度慢、难以利用外，α衰变还具有一个更为棘手的弊端。
    那就是，α粒子的动能，远低于库仑势垒的20兆电子伏！
    根据经典力学原理，由于库仑势垒的阻挡，α粒子不能跑到核外，也就无所谓放不放电了。
    直到二十世纪二十年代，量子力学诞生，才从量子隧穿效应的角度解释了α衰变的本质。
    科学家发现，像‘钚’等少数放射性元素，其在进行衰变时，α粒子有一定几率穿透势垒跑出原子核……
    由此，便诞生了现在的太空核电池！
    最典型的例子就是火星车和航天器上使用的钚238核电池，根据科学家计算，它的半衰期可达87年。
    不过遗憾的是，它的功率非常小。
    由于钚238的能量密度非常低，一款世界先进的RTG能源中枢，自重就达到了45公斤，却只能产生约110W的功率，和手机充电器的功率差不多。
    要知道，目前主流的电动汽车，功率已经达到了70KW至250KW。
    两者相差足足一千多倍！
    同时，钚在衰变时不仅会释放出α粒子，还会释放出中子和γ射线！
    γ射线，就是漫威电影中照射绿巨人的那个！
    除此之外，钚238的成本也高得离谱，1g的钚238，就需要上千万美金！
    以钚238超低的能量利用率，想要真正派上用场，其质量最低也得按斤来计算……
    那就是几十亿美金！
    除了夏国和漂亮国，全世界没有几个国家撑得起这样的消耗！
    而这，就是江离为什么说现今核电池研究走偏了的真正原因。
    在他看来。
    相比于吃力不讨好的α衰变，β衰变才是核电池较为理想的出路！
    顾名思义，β衰变就是一个原子核释放出一个β粒子的衰变。
    其实质是将一个下夸克通过释放一个W-玻色子转变为一个上夸克，W-玻色子随后衰变成一个电子和一个反电子中微子的过程。
    相比于赌概率的α衰变，β衰变更容易控制，同时能量转化率也更高。
    其原理是利用高能电子束穿过窗口通道进入捕获层，将半导体材料内部的粒子变成激发态，从而形成电子-空穴对，最后形成宏观电压，进行放电。
    这个机制类似于光伏效应，所以也被称之为β伏特电池。
    最重要的是，它便宜啊！
    铀235：核裂变与核聚变的主要原料，黑市单克售价一万美金！
    钚238：核电池α衰变的主要原料，单克售价上千万美金，而且被严格控制，掏钱你都买不到！
    和它们相比，β衰变的原料就要‘亲民’很多。
    像常见的C14、镍63等，都是世界上目前应用最广的低能β放射源，虽说价格也不便宜，但却还在可以接受的范围内。
    其中，C14的衰变周期是5000年，镍63也有100年，均超过α衰变钚238的87年。
    遗憾的是，C14因为其天然性质，发电效率实在是微乎其微，而镍63的也不容乐观，用它做成的核电池，功率只有1瓦左右。
    是的，你没听错。
    就目前的科研水平，β衰变核电池的功率，不到α衰变的百分之一！
    而这，也是科学家放弃β衰变，死磕α衰变的根本原因！
    我们也知道β衰变好，可臣妾实在是做不到啊！
    比起虚无缥缈的β衰变，好像还是α衰变更现实一点。
    “诶……”
    江离忍不住叹了一口气。
    看来他想要吹响第四次能源革命的号角，还任重而道远啊。
    若想真正改变世界，光靠α衰变是远远不够的。
    β衰变才是未来啊！
    “那就以β衰变为方向吧！”
    定好了目标，江离立即开始行动。
    首先要做的，就是改变β衰变的能量转化方式，重新制定一个新的框架，彻底解决β衰变发电效率低的问题！
    江离很清楚核电池研究的瓶颈。
    一个是能量转化效率低，一个是辐射危害大。
    和这两个世纪难题相比，他之前设计的数学模型，只能算是开胃菜罢了。
    至于原料选择，则是需要好好考虑。
    在元素周期表中共有118种元素，其中1-94号是天然元素，95-118号是人造元素。
    这其中，84号到94号才具有较强的放射性，除了镀和铀等比较便宜，其他要么买不到，要么就是单克成千上万元。
    至于95号到118号，这些玩意属于人造元素，超级超级贵，比如98号的锎，单克就需要上亿元，比钚还贵。
    这么夸张的价格，就连绝大多数国家都承受不起，更别说推向全人类了。
    做不到普及，那就意味着只能存在于少数国家的尖端领域，这和江离计划推动第四次能源革命的初衷背道而驰。
    好在这些人造元素的半衰期都非常短，有的甚至不到1秒，不具备持续放电的能力，所以不在考虑范围之内。
    从科学的角度讲，合适的衰变材料至少需要满足以下几个特点：
    较长的衰变周期、需要有一定的功率密度，辐射要小，易于加工、成本低等。
    而钚和铀都太贵了。
    C14虽然拥有5000年的超长衰变周期，但本身的能量密度低的可怕，拿来做电池可谓是牙签涮水缸。
    最终，江离把目光放在了镍63上。
    之所以此前没有人考虑。
    是因为镍63能量密度也实在太小了。
    200个加在一起才能勉强实现1μW的输出功率，换算成能量密度也才不过10mWh/kg。
    这跟锂电池的150Wh/kg，差了整整4个数量级，完全是天壤之别。
    好在这一切，在江离这里都不是问题！
    此时此刻。
    他的脑海中，就有将β衰变能量大幅度提升的方法！！
    江离的大脑飞速运转。
    脑海中宛如走马灯一般闪过一道道深奥晦涩的公式推导，这些公式仿佛有着神奇的魔力，将原本与高能量毫不相关的β衰变，一点点拉到某个奇妙的位置……
    他将桌上皱巴巴的方案撕下一张，用背面当草稿纸，开始推衍公式。
    在他的笔下。
    β衰变的发电量与辐射量，竟缓缓趋近微妙的平衡……
    仿佛有一只无形的大手，将两座相对矗立的山峰硬生生聚拢到了一起，而江离自己，此刻正缓缓从其中穿过。
    这种感觉是如此令人痴迷。
    江离不自禁的沉浸在了知识的汪洋之中。