网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

碳-14核电池的“破壁”时刻:当5730年半衰期照进现实

0
分享至



这不是永动机,但可能是人类距离“永恒能源”最理性的一次逼近。

2026年7月6日,兰州。

西北师范大学与甘肃烛龙科技联合发布了“千纪源”系列碳-14核电池。官方通稿中,“全链条自主化”被置于醒目位置——这并非宣传话术,而是一个值得被严肃对待的技术节点。

你没有看错,是核电池!如果把去年11月发布的“烛龙一号”视为工程验证机,那么,眼前的“千纪源天枢”与“千纪源能枢”,则是一次从实验室思维转向产品思维的质变。

先看核心数据:16.8立方厘米体积内,装载129毫居里的碳-14放射源,输出1.13微瓦的最大功率。

乍看之下,这个数字微不足道。一枚纽扣电池的功率约在毫瓦级,是它的上千倍。但二者的底层逻辑截然不同:化学电池储存的是“有限的能”,而核电池利用的是“持续释放的衰变”。碳-14的半衰期为5730年,理论上,这颗电池的能量输出曲线在人类文明尺度上近乎平直。



真正值得关注的是效率维度的跃迁。相较于“烛龙一号”,“千纪源天枢”的放射源用量降至前代的22%,最大输出功率却提升至2.6倍,体积功率密度飙升15.5倍。这一降一升之间,隐藏着关键的技术信号:碳-14核电池正在从“能做”走向“好用”,从“不计成本的原型”走向“可被工程接受的方案”。

微瓦级功率注定无法驱动手机或汽车,但它足以唤醒一个传感器、传输一组数据、维持一个时钟——在深海、极地、深空或地下这些电池更换成本高到不可承受的场景中,微瓦即是刚需。

官方提及的五大技术突破中,有三条暗线值得深入拆解。

第一条是放射源适配技术。碳-14作为核电池燃料,难点不在获取,而在“如何让射线更有效地击中换能靶心”。放射源比活度提升1.5倍,意味着单位体积内有效衰变事件密度大幅增加。这不是简单的提纯问题,而是涉及放射源形态设计、空间排布与换能器能带结构的协同优化。

第二条是碳化硅换能器的突破。“千纪源能枢”的命名暗示了团队将换能器提升至与电池本体并列的战略高度。碳化硅禁带宽度大、抗辐照能力强,是理想的金刚石之外的选择。但碳化硅换能器的工程难点在于:如何在保持高转换效率的同时,控制缺陷密度与界面态。性能数据表明,填充因子从0.73提升至0.77——这个数字在光伏行业是兵家必争之地,在核电池领域同样如此。0.77意味着能量转换过程中的内部损耗已得到有效抑制。

第三条最容易被忽视,也最关键——三维叠层封装技术。核电池的安全性是所有工程讨论的前提。碳-14虽为纯β衰变,穿透力弱,但一旦封装破损,放射性物质泄漏的风险不容忽视。体积缩减至前代的17%的同时保持输出稳定性,这要求封装层在更薄的前提下提供同等或更高的密封性与力学强度。叠层结构的设计,本质上是热力学、辐照力学与材料科学的交叉博弈。

“全链条自主化”这个表述,在中国科技新闻中并不鲜见,但在核电池领域有其特殊分量。

碳-14的来源、碳化硅衬底的外延生长、换能器件的流片工艺、封装材料的制备——任何一环受制于人,整个技术体系便如沙上筑塔。此次发布明确指向从放射源到场景验证的闭环,这意味着上游同位素分离、中游器件加工、下游系统集成均实现了国内供应链的贯通。



在国际核电池技术竞争中,美国此前一直占据领先地位,但主要聚焦于钚-238热电式核电池。碳-14换能式路线虽早有理论探讨,却长期受限于换能效率与成本瓶颈。我国在这条技术路径上的持续深耕,本质上是一次换道博弈——用半导体工艺的思维改造核电池,用微加工的手段降维解决换能问题。

必须清醒地看到,从1.13微瓦到工业级应用之间,仍然横亘着跨越多个量级的工程鸿沟。物联网传感器的平均功耗约在微瓦到毫瓦之间,这意味着“千纪源”目前仅能覆盖最节能的那一梯队。如何通过能量管理电路的优化实现间歇性高功率输出,如何进一步提升换能效率逼近理论极限,都是下一阶段需要啃下的硬骨头。

但方向是清晰的:当一个能源装置的半衰期以千年为计量单位时,它的价值评判体系就不应再沿用消费电子的逻辑,而应遵循基础设施的逻辑——稳定、可靠、免维护、不依赖外部补给。

在距离兰州数千公里的深空探测器上,或在数千米深的海底监测节点中,那些无需更换、默默工作的“千纪源”们,或许才是人类将工业文明延伸至极端边界的基石。

这不是科幻。这是正在发生的、缓慢而确定的能源微革命。

延伸探讨:

一、路线之争:碳-14来源与换能材料的多元探索

在碳-14核电池领域,不同的技术路线正在并行推进,各自指向不同的工程终点。

英国走的是“金刚石换能器”路线。2026年初,英国原子能管理局(UKAEA)与布里斯托大学合作,宣布造出全球首块碳-14金刚石电池。其核心技术路径是:将碳-14同位素封装在人工合成钻石内部,利用β衰变产生的电子在钻石结构中激发电流。金刚石的超宽带隙(5.47eV)和极强的抗辐照能力使其成为理想换能材料。根据中科院半导体研究所的综述,基于金刚石的β伏特电池理论效率可达26.8%,但目前实验装置最大输出功率仅约0.93微瓦。

中国的“千纪源”系列走的是碳化硅(SiC)路线。SiC同样具备宽带隙(约3.26eV)和良好的抗辐照能力,且工艺成熟度远高于金刚石。千纪源天枢在16.8立方厘米内实现了1.13微瓦的最大输出功率,体积功率密度较前代提升15.5倍。一篇发表于《Journal of Energy Storage》的研究表明,优化制备工艺后的SiC基β伏特电池能量转换效率可达2.43%-2.63%,经等效5年加速老化实验后性能变化小于3%。

两条路线的本质差异在于:金刚石路线追求极限效率理论值,但工程化尚在早期;SiC路线则更接近产品化,在“够用”的效率与“可得”的工艺之间找到了平衡。

二、材料源头:从“变废为宝”到聚变驱动

碳-14的来源正在成为一个战略命题。碳-14主要存在于核反应堆的石墨慢化剂中——这是核工业的放射性废物。一篇发表于《Journal of Materials Chemistry A》的综述指出,将核废料转化为微型核电池,是兼具废物嬗变与可持续供能的变革性方向。碳-14和镍-63被列为最具应用前景的β源候选材料。

更具想象力的是聚变驱动的同位素生产方式。一篇2026年5月发表于arXiv的预印本论文提出:未来氘氚聚变产生的高能中子束,可将辐照靶材转化为核电池所需的β发射体。模拟显示,一个氚自持的托卡马克装置每年可生产超过一吨的钷-147,对应约10亿居里的放射性活度。如果这一路径成真,核电池的燃料供应将从“废物回收”升级为“按需制造”。

三、功率密度的边界拓展

核电池长期以来被诟病功率密度太低。针对这一问题,国际研究团队在高体积利用率结构上进行了探索。一篇发表于《International Journal of Energy Research》的模拟研究提出,通过在换能器侧面增设辅助放射源(如锶-90),可将短路电流密度提升两个数量级以上。实验中,十级SiC换能器结构搭配锶-90辅助源后,短路电流密度达到5.73µA/cm²,最大输出功率2.25µW。代价是转换效率从13.88%降至3.43%——这揭示了核电池领域永恒的“效率-功率”权衡。对某些场景(如微型植入设备),功率密度的优先级可能高于效率。

四、量子电池:一个指向未来的方向

将视角从工程拉回物理,2026年5月出现了一个更具颠覆性的概念:核同质异能素量子电池。中国研究者提出,利用X射线自由电子激光激发核同质异能素(如钍-229的异异能态),可实现能量存储。理论计算显示,这类量子电池的储能和平均充电功率可比原子系统提升6到11个数量级,寿命跨度从微秒到10万年。

这仍停留在理论物理层面,但它指向了核电池的另一条终极路径——不再是依赖放射性衰变的“缓慢放电”,而是通过激发核能级实现“可控释放”。当然,从论文到原型之间,隔着整个量子调控技术的时代。

小结

中国“千纪源”在SiC路线上的突破,标志着碳-14核电池已从原理验证进入工程迭代阶段。

英国的金刚石路线在材料本征性能上更优,但工程化之路更长。

美国的钚-238热电式路线是成熟的“老钱”,而碳-14换能式路线则是“新贵”——两条路线的竞争本质是“功率密度与安全性的折中”与“长期免维护与低成本的折中”之间的权衡。

更前沿的聚变驱动同位素生产和量子电池构想,则为核电池的未来画出了两条更远的延长线。

核电池的竞赛,正在从“能不能做”走向“谁先做到能用”。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
《伟大的长征》钱壮飞掉队那一段,越想越不对:一个拆过六封绝密电报的人,最后居然被一匹骡子要了命

《伟大的长征》钱壮飞掉队那一段,越想越不对:一个拆过六封绝密电报的人,最后居然被一匹骡子要了命

磊子讲史
2026-10-28 14:55:52
“这辈子活到头了!”苏州电网清华男相亲被嫌弃,女方还发到网上炫耀,网友们讥讽道

“这辈子活到头了!”苏州电网清华男相亲被嫌弃,女方还发到网上炫耀,网友们讥讽道

蝴蝶花雨话教育
2026-10-27 00:05:14
金价跌破860元/克,有金店1天卖出十几公斤,手镯1天补3次货都不够;女子上午买结婚“五金”,下午带亲友买金镯

金价跌破860元/克,有金店1天卖出十几公斤,手镯1天补3次货都不够;女子上午买结婚“五金”,下午带亲友买金镯

极目新闻
2026-10-27 14:56:16
中国女网后继有人!16岁新金花2-0击败对手晋级,取WTA正赛第三胜

中国女网后继有人!16岁新金花2-0击败对手晋级,取WTA正赛第三胜

里芃芃体育
2026-10-28 21:00:12
两性关系:发现了没,寿命长的男人,大多都有这五个好习惯

两性关系:发现了没,寿命长的男人,大多都有这五个好习惯

荔子言
2026-09-08 14:55:50
喊“杨老五”的观众有后续消息了!此人是杨议粉丝,当天还在招待客户,跟着喊一句热场子摊上大事

喊“杨老五”的观众有后续消息了!此人是杨议粉丝,当天还在招待客户,跟着喊一句热场子摊上大事

火山詩话
2026-10-28 08:40:11
长得漂亮可坏事做尽,3次入狱,被摘除4处器官的她,如今过得怎样

长得漂亮可坏事做尽,3次入狱,被摘除4处器官的她,如今过得怎样

月下守候
2026-10-27 21:26:08
俄乌战场一个重要数据出现逆转

俄乌战场一个重要数据出现逆转

名人苟或
2026-10-28 17:57:41
中国油价大势已定?若无意外,下个月起燃油车主或要直面3个现实

中国油价大势已定?若无意外,下个月起燃油车主或要直面3个现实

沙雕小琳琳
2026-10-27 03:10:13
继手伸进裤子后,48岁刘涛被当众摸胸,全程赔笑不敢怒,多人遭殃

继手伸进裤子后,48岁刘涛被当众摸胸,全程赔笑不敢怒,多人遭殃

小鋭有话说
2026-10-28 21:37:50
再见了,唐国强,再见了,古月,中国影视迎来新特型演员时代

再见了,唐国强,再见了,古月,中国影视迎来新特型演员时代

与笑相拥m
2026-10-25 10:48:35
巴萨血亏!诺坎普弃将彻底封神!弗里克看走眼了

巴萨血亏!诺坎普弃将彻底封神!弗里克看走眼了

澜归序
2026-10-28 09:16:00
“地球最强悍SUV”破记录!问界M9连续五月拿下销量第一

“地球最强悍SUV”破记录!问界M9连续五月拿下销量第一

大厂财经社
2026-10-26 11:28:47
美国急了,日本急了,菲律宾腿抖了,英法德沉默了。因为他们发现,中国的潜力不止眼前大家看到的这点东西

美国急了,日本急了,菲律宾腿抖了,英法德沉默了。因为他们发现,中国的潜力不止眼前大家看到的这点东西

扶苏聊历史
2026-10-28 14:06:44
有钱人的想法是摸不透的,你看71岁的周润发,花1.28亿港元买下山顶豪宅,装修好了却一直没住,也没租给别人。

有钱人的想法是摸不透的,你看71岁的周润发,花1.28亿港元买下山顶豪宅,装修好了却一直没住,也没租给别人。

平凡日子生微光
2026-10-26 15:18:30
又一百亿公司暴雷!总部人去楼空,创始人失联被立案,谁来兜底?

又一百亿公司暴雷!总部人去楼空,创始人失联被立案,谁来兜底?

亿通电子游戏
2026-10-28 18:15:02
“国家队”三季报持仓曝光:证金重仓中国神华,社保基金增持中金岭南

“国家队”三季报持仓曝光:证金重仓中国神华,社保基金增持中金岭南

华夏时报
2026-10-28 17:33:03
媒体能不能不要着急造神

媒体能不能不要着急造神

求实处
2026-10-27 23:40:41
为什么美伊冲突下中国能成为“最大赢家”

为什么美伊冲突下中国能成为“最大赢家”

风铃草语
2026-10-28 07:15:39
林彪叛逃后周总理质问黄永胜:你和叶群到底是什么关系?

林彪叛逃后周总理质问黄永胜:你和叶群到底是什么关系?

旧闻档案馆
2026-10-28 19:45:10
2026-10-29 05:43:00
科技先生 incentive-icons
科技先生
智能设备、电子商务、创业沙龙
1589文章数 35975关注度
往期回顾 全部

科技要闻

宇树科技前三季净利暴增270%

头条要闻

仅退款后冰柜仍插着电在使用 买家回应

头条要闻

仅退款后冰柜仍插着电在使用 买家回应

体育要闻

0胜4负与篮网国王一桌 热火字母哥赌错了?

娱乐要闻

巾帼不让须眉!章子怡拿下重磅荣誉

财经要闻

iPhone Duo七年等来一场吐槽大会

汽车要闻

首销期权益价23.98万起 2026款理想i6上市

态度原创

家居
健康
游戏
公开课
军事航空

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

查不出猝死风险?可能是项目没做对

育碧新作PS5独占内容曝光!索尼出手 还是免费的

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

军事要闻

伊朗最高领袖最新声明 提到了“结束战争”

无障碍浏览 进入关怀版