经过多年的研究,第一个由碳 14 制成的电池已经生产出来,它可以替代标准的锂离子电池。
作为原版,这种电池的售价可能远高于收藏家的传统宝石,但其制造商的目标比珠宝市场更大。由这种设备供电的仪器可以使用数千年。更直接的相关性是,它们可以在为起搏器等设备供电时持续终生,从而避免更换操作。
碳 14 最为人所知的是,它是一种极其有用的同位素,在光合作用中与其他碳一起从大气中吸收,然后慢慢衰变。其可预测的腐烂率使考古学家能够古代骨头或木制工具。
Carbon-14 因与 Sting 1980 年代反核热门歌曲的合唱而获得另一种声誉我们在黑缝处工作。这位音乐家从此改变了他的看法随着气候变化变得越来越令人担忧,但这首歌向一代人介绍了碳14“致命一万二千年”的概念。具有讽刺意味的是,一些青少年时期喜欢这首歌的人可能会发现恶魔化的同位素延长了他们的生命,而不是杀死他们。
英国原子能管理局 (UKAEA) 的莎拉·克拉克 (Sarah Clark) 在一份报告中表示:“金刚石电池提供了一种安全、可持续的方式来提供连续微瓦级的电力。”陈述。布里斯托大学教授汤姆·斯科特补充道:“我们的微功率技术可以支持从空间技术和安全设备到医疗植入物的一系列重要应用。”
碳 14 衰变成氮 14,在此过程中释放出 β 辐射。 β 辐射只是快速移动的电子,当碳 14 被包裹在适当掺杂的普通碳金刚石中时,就会产生电流。连接到钻石上的电线可以将电力传送到需要的地方。 Scott 和 Clark 的团队制作了自己的等离子沉积设备来沉积碳 14 和掺杂元素来制造包裹的钻石。
碳 14 钻石的半衰期长且可以直接转化为电能,因此可以说是在需要很少电力的情况下的最终能源,但其长期可靠性至关重要。潜在用途的例子包括医疗植入物,特别是那些埋在身体深处难以更换的植入物,以及发送到深空或难以进入的地方(如沉睡的火山)的仪器。
美国宇航局最近航行者 2 号的等离子体科学仪器,因为飞船的电源即将耗尽。两艘航行者号都依靠钚238产生的热量运行,钚238每87.7年减半。发射 40 多年后,产生的热量减少了 30%。
然而,碳 14 有一个5,700 年(斯汀的时间范围似乎是出于诗意的目的而选择的)。如果阿基米德以某种方式制造出与航海者号发射时一样强大的电池,那么 2,300 年后,它的性能将比航海者号飞船上 47 年后目前的表现更好。未来由碳 14 电池供电的太空任务不需要比航海家号更快地行驶,以便在经过附近恒星时仍能运行。
航海者号和其他前往太阳系外层的任务需要重型放射性同位素热电发电机将放射性衰变的热量转化为电能。碳 14 金刚石电池的轻得多,将有助于实现未来任务比航行者号更快的目标。
我们以前没有使用碳14作为电源,因为寿命长意味着释放的能量很低,除非你使用很多。作为商业反应堆核废料的组成部分,有相当多的碳 14 可供使用,但您必须先将其提取出来。然而,如果电子直接驱动电流,而不是为热电发电机提供非常低效的动力,计算就会发生变化。
斯科特的团队此前曾类似的东西使用少量的碳14,但扩大规模以替代商用电池,同时提供数千倍的使用寿命,是一个新的进步。与此同时,他们更先进的镍63电池使用相同的想法在包裹的钻石内产生电流。