核能发电的核燃料通常是从铀元素提炼出来，利用核燃料在反应堆中核裂变或聚变的过程产生的热量将水蒸发成蒸汽，从而使发电涡轮机转动。铀主要来自大自然，存在于地壳中，含量比金和银元素还高，可经采矿取得。因此，使用核能发电可以减少对化石燃料的依赖，运作成本较低。

核能尽管作为清洁能源，但核废料具有强大的放射性，处理和储存不易。

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近日，总部位于美国加利福尼亚州的初创公司Nano （NDB）推出了一种使用核废料的“纳米钻石”电池，使用寿命长达28,000年。这种技术不仅解决核废料问题，还开发出新的发电来源。

这种电池通过将核废料中的放射性衰变能量转化为电能，可以确保其持久的特性和寿命。

NDB公司表示，第一个商用原型NDB电池的开发正在进行中，将于今年晚些时候上市。

将核废料装于坚固的钻石中，不仅能有效阻隔危险放射物质的外射，也能因此产生少量的电荷。这种“钻石电池”未来能取代我们生活中常见的电池吗？这些电池能运用在哪里？核废料电池安全吗？

核废料装进钻石里，变身“钻石电池”

纳米钻石电池的功率来自核反应堆中使用的放射性同位素，其放射性核心受到多层合成钻石的保护，合成钻石是最难损坏或破碎的材料之一。能量通过非弹性散射在钻石中吸收，这种散射可用于发电。这种电池可用于为任何尺寸的设备和机器提供动力，包括飞机、火箭、电动汽车和智能手机。

NDB公司表示，他们的纳米金刚石电池 NDB 是“高功率金刚石基 α、β和中子伏打电池”。电池的能量来自以前用于石墨冷却核反应堆的废石墨。该公司解释说，放射性石墨被包裹在纳米薄的单晶金刚石层中，既可以用作半导体，也可以用作散热器。

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这种具有高放射性的石墨缓冲剂碳-14（一种碳的同位素）核废料，若核废料埋藏当地底下至少要等上20万年，才会让辐射强度降到自然值。

而钻石是人类已知的最坚硬的材料。它还具有最高的能量传导性，这意味着它可以快速从放射性石墨中传递热量。因此金刚石层不仅可以收集电荷，还可以防止辐射泄漏。

该公司将具有碳-14的核废料封装到人工钻石里，把它暴露在β射线下会得到一个不需要充电的长效电池。通过电池内部的核废料β衰变一次又一次地为它提供燃料，使它能够长期自我充电。

β衰变是一种放射性衰变，当一个原子的原子核有过量的粒子并释放一些粒子以获得更稳定的质子和中子的比例时就会发生。这就产生了一种被称为β辐射的电离辐射，其中涉及大量被称为β粒子的高速和高能电子或正电子。β粒子含有核能，可以通过半导体转化为电能。

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不同的运用场景

钻石电池的寿命虽然恒久远，但没有办法产生大功率的电能，较适合被应用在传感器这种需常态供电、不需大量电力供应，像是家用火警警报器，如果发生故障，只要定期更换警报器本身就好，而电池可以续用。

NDB首席执行官兼联合创始人Nima 说：“作为负责的社会成员，我们非常关注地球的福祉，并专注于降低气候变化，为子孙后代保护我们的星球。有了NDB电池，我们实现了大规模、突破性的专有技术突破，这种电池是无排放的，持续数千年，只需要获得天然空气即可为设备供电。”

Nima 表示，这种电池的两个优点：一个是能够使用核废料并将其转化为发电来源。第二是它的运行时间比目前的电池长得多。

NDB 建议他们的产品可用于从家用电子产品到手机再到电动汽车的任何产品。

该公司称，该产品应该有两个版本。“永久”版本应该可以使用 28,000 年，然后才会用完。这个核心版本适用范围较小众，例如可以为太空航天器和卫星上的仪器供电。

还有一个消费者版本，用于为电动车、智能手机和其他小型设备供电。由于石墨将被包裹在多层合成金刚石涂层中，因此不会有辐射从手机中泄漏出来。

传统电池的持续时间较短，但它们的制造成本也更低。然而，与此同时，它们的寿命并不长(它们的寿命约为5年)，这也是一个问题，因为它们也会产生大量的电子垃圾，不容易回收。

放射性钻石电池更方便，因为它们的寿命比传统电池长很多。如果它们能像NDB公司提出的那样被开发成通用电池，那么我们最终可能会得到比智能手机寿命长得多的电池。

英国原子能管理局(UKAEA)计算，100磅(约45公斤)的碳-14足以拿来制造数百万个基于钻石的长寿命电池。这些电池还可以降低核废料的储存成本。

核废料电池安全吗？

钻石电池将核废料固封，它的安全性长久以来都是外界担心的话题，如果它所释放的β射线外泄接触到皮肤，是否会产生不良影响？

NDB甚至声称电池发出的辐射水平将低于人体辐射水平。

西北太平洋国家实验室材料科学家Lance 表示，通常只需要简单的外壳阻隔就可以确保任何射线外泄的可能，对人类来说非常安全，当电池电力耗尽时会达到稳定状态，也等于电池内已不存在任何核废料。

也认为核废料制成的钻石电池可以为许多低功耗的电子产品带来应用的新纪元，非常适合在物联网时代提供这些设备长久、稳定的电力。

相关专家表示，将核废料制成电池，确实一举解决了困扰核工业的乏燃料处理问题，又顺带提供了几乎可以说是“永续”的清洁能源，可谓一石二鸟。但是，放射材料要包裹进钻石发挥作用，想必成本高昂；而其提供的电力也比较有限，若要广泛适用，核扩散问题也令人头疼。总之，研究团队的想法确实“改变世界”，但要真正用起来，甚至走进人们生活，恐怕还“道阻且长”。

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参考资料：

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