射線電池

射線電池（又稱貝塔輻射伏特效應電池）是一種使用半導體P-N結從放射源所釋放貝塔粒子（電子）直接產生電流的核電池。氫的同位素氚是射線電池常用的放射源。貝塔粒子穿過半導體時電離軌跡上會產生電子-空穴對；射線電池使用電子-空穴對產生電流；射線電池與放射性同位素熱電機不同，同位素熱電偶使用放射源產生的熱量發電；射線電池不通過熱轉換產生電流。^[1]

貝塔輻射伏特效應電池和阿爾法輻射伏特效應電池適用於低功率長壽命（英語：Service life）場景，如植入醫學設備、軍用設備、太空設備。^[2]^[1]

歷史

貝塔輻射伏特效應電池發明於二十世紀七十年代。^[3]七十年代的一些心臟起搏器使用鉕作為放射源，^[4]鉕放射電池隨後被鋰離子電池取代。^[1]

早期半導體材料將貝塔衰變轉換成電流的效率低，早期放射電池因此需要能量更高、造價更高、危險的同位素放射源。截至2019年^[update]，新半導體材料可使用放射性較低的氚作為放射源。^[5]^[1]

提案

射線電池主要用於位置偏遠、長期無法更換電池的設備，如需要十到二十年供電的航天器。1973年有人提出在心臟起搏器等長期醫療植入設備使用放射電池。

2018年俄羅斯科學家設計一種在兩層10微米金剛石中夾住一層2毫米鎳-63的放射電池；該設計的輸出功率約1微瓦，功率密度為10 微瓦/立方厘米，能量密度為3.3千瓦時/千克；鎳-63半衰期為100年。^[6]^[7]^[8]

一篇2019年論文顯示放射電池可在高於733 K（460 °C；860 °F）的高溫環境（如金星表面）工作。^[9]

缺點

放射性材料會衰變，當發射時，它慢慢地在降低活性。因此，隨着時間的推移，射線電池設備將提供更少的功率。

參見

參考

^ ^1.0 ^1.1 ^1.2 ^1.3 Katherine Bourzac. A 25-Year Battery: Long-lived nuclear batteries powered by hydrogen isotopes are in testing for military applications. Technology Review. MIT. 2009-11-17. （原始內容存檔於2012-01-19）.
^ NASA Glenn Research Center, Alpha- and Beta-voltaics 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2011-10-18. (accessed Oct. 4, 2011)
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外部連結

University of Rochester news release （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
City Labs （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
Widetronix （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
Armando Antoniazzi. The Dawn of Nuclear Batteries. Blog.kinectrics.com. [2012-08-22]. （原始內容存檔於2012-03-21）.
Commercially-available NanoTritium battery can power microelectronics for 20+ years. Gizmag.com. 2012-08-16 [2012-08-22].

[tr20091109-1] 1.0 ^1.1 ^1.2 ^1.3 Katherine Bourzac. A 25-Year Battery: Long-lived nuclear batteries powered by hydrogen isotopes are in testing for military applications. Technology Review. MIT. 2009-11-17. （原始內容存檔於2012-01-19）.

[2] NASA Glenn Research Center, Alpha- and Beta-voltaics 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2011-10-18. (accessed Oct. 4, 2011)

[3] Review and Preview of Nuclear Battery Technology. large.stanford.edu. [2018-09-30]. （原始內容存檔於2022-02-23）.

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[5] Maximenko, Sergey I.; Moore, Jim E.; Affouda, Chaffra A.; Jenkins, Phillip P. Optimal Semiconductors for 3H and 63Ni Betavoltaics. Scientific Reports. December 2019, 9 (1): 10892. Bibcode:2019NatSR...910892M. ISSN 2045-2322. PMC 6659775 . PMID 31350532. doi:10.1038/s41598-019-47371-6.

[6] Bormashov, V.S.; Troschiev, S.Yu.; Tarelkin, S.A.; Volkov, A.P.; Teteruk, D.V.; Golovanov, A.V.; Kuznetsov, M.S.; Kornilov, N.V.; Terentiev, S.A.; Blank, V.D. High power density nuclear battery prototype based on diamond Schottky diodes. Diamond and Related Materials. April 2018, 84: 41–47. Bibcode:2018DRM....84...41B. doi:10.1016/j.diamond.2018.03.006 .

[7] Prototype nuclear battery packs 10 times more power. Moscow Institute of Physics and Technology. [2020-09-01]. （原始內容存檔於2020-10-27）（英語）.

[8] Irving, Michael. Russian scientists pack more power into nuclear battery prototype. newatlas.com. June 3, 2018 [2018-06-14]. （原始內容存檔於2023-05-29）.

[oconnor2019-9] O』Connor, Andrew; Manuel, Michele V.; Shaw, Harry. An extended-temperature, volumetric source model for betavoltaic power generation. Transactions of the American Nuclear Society. November 2019, 121: 542–545. PMC 8269951 . PMID 34248155. doi:10.13182/T30591.

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