20世纪70年代，核能电池被用于心脏起搏器，因其长寿命而受到欢迎，但由于难以追踪和管理放射性材料，全球监管机构最终禁止了此类设备。

核电池：数十年的能量储存

1970年，巴黎的外科医生首次植入了核动力心脏起搏器，随后的五年中，至少有1400人接受了这种设备，主要集中在法国和美国。这些设备的电池封装在钛金属中，含有放射性同位素——通常是约0.1克的钚-238，能够在无需维护的情况下运行数十年。这项发明为那些此前每隔几年就需要手术更换化学电池的患者提供了便利。

然而，随着时间的推移，这些放射性设备的去向变得越来越难以追踪。在美国，这些设备本应被送回美国能源部进行钚回收，但往往未能实现。医生换工作、制造商倒闭、患者去世，家属也忘记了亲人的起搏器。放射性材料常常最终进入火葬场或棺材。

全球监管机构对这种状况感到不安，最终禁止了这些设备。最后一个已知的核动力起搏器于1988年植入。此后，除了深空探测器和西伯利亚灯塔等少数特殊用途外，核电池的开发和部署几乎停滞。

然而，技术从未真正消亡，核电池也不例外。2000年后，相关研究再次活跃，尽管缺乏商业化应用。但过去一年，全球多家公司和研究团队宣布了技术进步，这些进展有望振兴核电池技术，并将其应用扩展到机器人、无人机、传感器、太阳能农场，以及航天器和生物医学植入物。

新一代核电池采用了比过去更先进的技术，能够制造出更精细的核电池。与第一代核电池一样，其吸引力仍然在于其超长的使用寿命：数十年，甚至在某些燃料选择下可能达到数百年。此外，核电池在更轻的封装中提供更多的能量。

问题是，谁会购买它们？作为一名核工程师、教授和顾问，我观察到：这项技术是可行的，它比化学电池有许多优势，并且可以安全使用。但很少有公司能够为这些电池找到新市场并制造出有影响力的产品。部分问题在于，目前还没有好的解决方案来追踪这些电池，并确保它们在寿命结束时得到妥善处理。

目前，有更多的公司在解决这些挑战，这为该领域带来了希望，有助于将学术研究落地。这让我相信，核电池可能终于迎来了蓬勃发展的时刻。

核电池的工作原理

“核电池”一词可能让人联想到微型核反应堆，但事实并非如此。核电池不通过中子轰击分裂原子，而是通过捕获原子核衰变时自发释放的辐射能量。

大多数研究团队专注于利用镍和氢的放射性同位素。在许多核电池设计中，相邻的半导体吸收放射性同位素核释放的辐射，并将其转化为电流，类似于太阳能电池。在其他设计中，热电装置将辐射产生的热量转化为电能。因此，“放射性同位素电源”是比“核电池”更准确的描述，但为了方便起见，本文将交替使用这两个术语。

核电池的应用前景

核电池最引人注目的应用之一是为长距离无人航天器提供动力，这些任务需要数十年的可靠电力。太阳能适用于靠近太阳的任务，但当航天器到达木星时，可用的太阳辐照度降至地球的4%以下。因此，核裂变和放射性同位素电源成为深空任务的唯一可行选择。

核裂变适用于太空中的大功率需求，如NASA提出的100千瓦月球核反应堆。但对于较低的机载电力需求，核电池提供了更简单的设计和更轻的质量。目前太空中的放射性同位素主力是放射性同位素热电发生器（RTG），可产生几百瓦的电力。

核电池的挑战与未来

尽管核电池在太空探索、远程供电和心脏起搏器中取得了成功，但尚未出现新的应用。许多设备将受益于长寿命电池，例如，想象一个无线轮胎压力传感器，其寿命与汽车相同。但选择放射性电池的风险和成本必须与其带来的好处相平衡。

另一个阻碍核电池广泛使用的因素是需要追踪燃料。几乎在任何国家，向公众销售和购买此类电池的买卖双方都需要获得许可。买家通常还承担追踪和处置材料的责任。追踪放射性材料是必要的，但这增加了涉及公众应用的复杂性。

核电池的工程挑战

商业化微型核电池的工程挑战包括在成本、功率、安全性和寿命之间进行权衡。首先，必须选择燃料，即一种在衰变时释放辐射的元素同位素。这些同位素发射三种类型的辐射：伽马射线、β粒子和α粒子。伽马射线是短波长的电磁波，能够深入大多数固体，包括活体组织。它们难以控制和捕获，因此通常避免使用伽马发射同位素。

纯β或α发射体是核电池的更好选择。β粒子是电子，在固体中具有中等穿透范围。它们的衰变能量从几千电子伏特（氚，即氢-3）到几兆电子伏特（钇-90）不等。相比之下，α粒子的发射能量高于β粒子，通常在5兆电子伏特左右，无法穿透一张纸。但它们会通过与设备中的原子核碰撞产生缺陷，从而损坏半导体。这使得α发射体最适合将热源燃料产生的热量转化为电力的非半导体电池技术。

核电池的未来发展

自20世纪70年代小型β伏打电源发明以来，大多数核电池研究都集中在功率低于1微瓦的水平。迄今为止，许多努力都处于保密状态，该领域的专利匮乏，使得难以评估其特点和优点。

北京贝塔伏新能源技术公司表示，其100微瓦的电池大小约为谷物方块（15×15×5毫米），可持续使用50年。该公司正在使用镍-63、氚、钷-147和锶-90以及金刚石半导体将能量转化为电力。

Infinity Power公司也在开发基于镍-63的硬币大小电池，但由于其新颖的电化学转换过程，可能需要更少的同位素。该公司表示，其转换效率超过60%，是目前最好的放射性同位素电源的六倍。

学术界和政府研究人员也在研究核电池。英国布里斯托大学和英国原子能管理局去年宣布，他们开发了一种由碳-14驱动的电池。碳-14的半衰期为5700年，理论上这种电池可以持续数千年。

这些初创公司设想的产品前景广阔。其长期成功的关键在于找到核电池优势大于挑战的市场。尽管在太空应用中，核电池的市场需求强劲，但新市场是否会涌现仍有待观察。

评论内容主要围绕核电池的历史、应用、风险和未来展开，观点多样且各有侧重。

1. 历史背景与应用

   • 评论1提到苏联曾使用Beta-M核电池为多个灯塔供电，具有历史意义。
     引用：
     "The soviets had Beta-M powering more than two dozen lighthouses across the union at some point."
     “苏联曾使用Beta-M核电池为多个灯塔供电。”
   • 评论6提到核电池在心脏起搏器中的应用，认为其非常酷炫。
     引用：
     "Nuclear pacemaker is astonishingly bad ass."
     “核心脏起搏器非常酷炫。”

2. 核电池的局限性

   • 评论3指出核电池输出能量极低，应用场景有限，但优点是无需充电且寿命长。
     引用：
     "Small nuclear batteries output very little energy, so little in fact that they are virtually useless for most applications."
     “核电池输出能量极低，大多数应用场景下几乎无用。”
   • 评论4提到现代核电池的能量密度并不比锂电池高，但能持续供电数十年。
     引用：
     "They don't actually have more energy density than a standard 18650 lithium ion battery."
     “它们的能量密度并不比标准18650锂电池高。”

3. 安全与风险

   • 评论7提到核电池可能带来的辐射风险，并以Lia辐射事故为例警示其危险性。
     引用：
     "The first thing I think about is the 'Lia Radological accident', where three men were exposed and one died."
     “我首先想到的是Lia辐射事故，三人暴露，一人死亡。”
   • 评论8指出核电池材料可能被滥用，存在收集和积累的风险。
     引用：
     "Any mass production of nuclear battery material risks an interested human or organizational collector amassing significant quantities of that material."
     “核电池材料的大规模生产可能导致个人或组织积累大量材料。”

4. 未来与科幻联想

   • 评论9将核电池与科幻作家罗伯特·海因莱因的“Shipstones”相提并论，认为其具有科幻感。
     引用：
     "Who else remembers 'Shipstones' from Robert Heinlein's writings? This kind of has that 'feel'."
     “谁还记得罗伯特·海因莱因笔下的‘Shipstones’？这有点那种感觉。”
   • 评论10以幽默的方式提到核电池与核冬天的联想，带有调侃意味。
     引用：
     "Patrolling the Mojave almost makes you wish for a nuclear winter!"
     “在莫哈韦巡逻几乎让你希望核冬天到来！”

总结：评论者对核电池的历史、应用和未来表现出兴趣，但也对其能量输出低、安全风险和材料滥用问题表示担忧。部分评论者将其与科幻作品相联系，展现了对其未来潜力的期待与想象。