核廢料製成 不排廢氣也不需維修 鑽石核電池 發電效率100%

編譯/韋士塔 |2021.02.20
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核廢料具有高放射性,處理不易。 圖/美聯社

編譯/韋士塔

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

核電廠常用的核燃料是從鈾元素提煉出來,利用核分裂過程產生的熱量將水蒸發成蒸汽,從而使發電渦輪機轉動。鈾來主要來自大自然,存在於地殼中,含量比金和銀元素還高,可經採礦取得;因此,使用核能發電可以減少對化石燃料的依賴,運作成本較低。

然而,核子反應爐內含有大量放射性物質,一旦發生事故,將對生態及民眾造成嚴重傷害。最棘手的議題,則是核電廠會產生危險的放射性廢料,必須妥善儲存,直到放射性消失。然而,核廢料的半衰期長達5730年,極難保證在這麼漫長的時間裡不會出現任何意外。

卡波特研究所的研究團隊使用核廢料製作一種合成的鑽石電池,與放射物質作用後會產生少量電能。研究人員已開發一種新方式,能把放射性石墨烯加熱,將大部分的放射性物質以氣體形式釋出,再以高溫和低壓作用把這些物質轉變為人造鑽石。

卡波特研究所的材料學教授史考特(Tom Scott)指出,把這些鑽石放置在放射區域時,它們會產生微弱的電流。研究人員再把鑽石電池封裝在另一顆非放射性鑽石中,以吸收有害放射物,並釋放更多的電能,發電效率接近百分之百。

史考特教授表示,這種發電方式不會排放任何廢氣,也不需維修,非常適合應用在「無法為傳統電池充電或更換電池」的環境。他表示,研究團隊以碳14同位素製成人工晶體電池,若使用在物聯網(IoT)的低功耗裝置,足可穩定提供數千年電力,在裝置壽命結束前完全不須擔心電力耗盡的問題,非常適合在物聯網時代提供長久、穩定的電力。更令人振奮的一點是,當核電量耗盡時,這些材料會衰減到穩定狀態,也就是電池內不會剩下任何核廢料。

這種新型電池最大的疑慮,是放射線外洩可能對環境和健康造成負面影響;不過,西北太平洋國家實驗室(Pacific Northwest National Laboratory)的材料科學家胡巴德(Lance Hubbard)表示,阻絕射線外洩的技術相對簡單,只需一般的外殼就可避免外洩。

史考特教授表示,核電池在半世紀前便已問世,最初用於遠程控制或長期使用的設備上,最新技術則可把不到100磅的碳14同位素製成數百萬枚核電池,未來可應用在心臟起搏器、人造衛星或傳感器上。先前,研究團隊曾利用這種鑽石電池為數具機器人提供電力,讓這些機器人前往火山口勘查地質,突破過去難以近距離觀察火山噴發狀況的瓶頸。

研究人員目前已成立新創公司Arkenlight,目標是在2024年讓這種電池完成商用化量產。若能廣泛應用,將為發電領域帶來顛覆性的改變。

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