科學家研發新型電池，利用核廢料發電

研究人員最近開發出一種能夠將核能轉化為電力的電池，這項新技術透過光發電來實現。核能發電廠在美國提供了約20%的電力，且幾乎不產生溫室氣體排放。然而，這些系統會產生放射性廢料，對人體健康和環境構成潛在威脅，而安全處理這些廢料一直是一大挑戰。

由俄亥俄州立大學研究團隊主導的這項研究，結合了閃爍晶體（一種在吸收輻射時會發光的高密度材料）和太陽能電池，成功展示瞭如何利用環境中的伽馬輻射來產生足夠的電力，以驅動微電子裝置，例如微晶片。研究人員使用兩種不同的放射性來源——銫-137和鈷-60（核燃料廢料中最重要的裂變產物）來測試這款原型電池，其體積約為4立方公分。測試地點選在俄亥俄州立大學的核反應爐實驗室，該實驗室主要支援學生和教職員的研究、教育以及產業服務，並不生產電力。

測試結果顯示，當使用銫-137時，電池產生了288奈瓦的電力；而使用更強的鈷-60同位素時，電力輸出達到1.5微瓦，足以啟動一個微型感測器。研究的主要作者、俄亥俄州立大學機械與航空工程學教授Raymond Cao表示，雖然家庭和電子裝置的電力需求通常以千瓦計算，但這項技術若能找到合適的能源來源，未來有望擴充套件到瓦特級甚至更高的應用層面。

這項研究最近發表在《光學材料：X》期刊上。研究人員指出，這種電池將主要用於核廢料產生的場所，例如核廢料儲存池或用於太空和深海探索的核系統，並不適合公眾使用。幸運的是，儘管這項技術使用的伽馬輻射穿透力比普通X光或CT掃描強約百倍，但電池本身並未包含放射性材料，因此仍可安全觸控。

「我們正在將被視為廢料的東西轉化為寶藏，」Cao教授說道，他同時也是俄亥俄州立大學核反應爐實驗室的主任。研究還發現，電池的電力輸出可能與團隊選擇的閃爍晶體原型結構有關。晶體的形狀和大小也會影響最終的電力輸出，因為更大的體積能吸收更多輻射，並將額外的能量轉化為更多的光。更大的表面積也有助於太陽能電池產生電力。

「這項研究在電力輸出方面取得了突破性成果，」研究的共同作者、俄亥俄州立大學機械與航空工程學研究助理Ibrahim Oksuz表示。「雖然這項兩階段技術仍處於初步階段，但下一步將著眼於透過擴大結構來產生更高的瓦特數。」

由於這種電池很可能用於高輻射環境且不易被公眾接觸，因此這些長效裝置不會對周圍環境造成汙染。更重要的是，它們還能在不需要定期維護的情況下運作。Cao教授指出，除非這種電池能夠可靠地量產，否則擴大技術規模將面臨高昂成本。Oksuz則表示，還需要進一步研究來評估電池的實用性和侷限性，包括它們在安全實施後的使用壽命。

「核電池的概念非常具有潛力，」他說道。「雖然仍有很大的改進空間，但我相信未來這項技術將在能源生產和感測器產業中佔據重要地位。」