CN101305427A - 核伏打电池 - Google Patents

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耶尔·D·哈克
郭石坤
内森·纽曼
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Abstract

提供一种核伏打电池。说明了用于直接从核能产生电力的产品和方法。更具体地，本发明说明了使用液体半导体作为有效地将作为核裂变和/或辐射能的核能直接转换成电能的手段。通过将核材料放在液体半导体附近，实现核能向电能的直接转换。以裂变碎片或放射线的形式从核材料发出的核能进入液体半导体并产生电子－空穴对。通过使用适当的电路，施加电负载并作为产生电子－空穴对的结果产生电能。

Description

核伏打电池
技术领域
本发明主要涉及直接从核能产生电能的方法和装置，并且特别涉及使用液体半导体作为有效地将核裂变和/或辐射能的核能直接转换为电能的手段。
背景技术
自从认识到从核反应产生电能的潜力，科学家们就致力于设计最佳的利用核能的方法并付诸实用。这种研究的主要目的是创造出效率最高的能量转换方法、在不维护的情况下可以长时间从核能源产生电能的能量转换器、以及可用作日常电源的尺寸更小、更便于管理的能量转换器。科学家设法利用的核能的来源包括核裂变(原子的分裂)、辐射(α、β或γ射线的辐射发射)和核聚变(原子的熔合)。本发明被设计为从核裂变和/或辐射产生的能量产生电能。对于本文件来说，以下的术语除了具有通常接受的意思外还应具有下列意思：
(a)术语“核材料”或“多种核材料”是指裂变材料和不易裂变但产生放射线，如α、β或γ型放射线的放射性同位素。
(b)术语“裂变材料”包含铀、钚、钍、镎以及钚与铀的混合物。
(c)铀是指以下类别：贫铀(U-235浓度小于0.7％)、天然铀(U-235浓度等于约0.7％)、低浓缩铀(U-235或U-233浓度小于20％)、高浓缩铀(U-235或U-233浓度大于20％)。
(d)钚是指Pu-240的标称浓度为10～15％的反应堆级钚。
最著名的用核能产生电能的方法是通过热交换处理，该方法用于核电站以产生供美国国家高压输电线网(United States national grid)使用的电力。在该核电站中，铀-235棒位于反应堆芯中，在该反应堆芯中发生使铀-235原子分裂的裂变。当铀-235原子裂开时，释放出大量的能量。在核电站的内部，以周期性阵列配置铀棒并将其浸入高压容器内的水中。通过铀-235原子的裂变放出的大量的能量将水加热并将其变成蒸汽。蒸汽用于驱动蒸汽涡轮，该蒸汽涡轮使发电机旋转以产生电能。在一些反应堆中，来自反应堆的过热的水经历二次、中间热交换以在二次回路中将水变成驱动涡轮的蒸汽。除了能源是铀-235外，核电站还使用与在燃烧矿物燃料的电站中建立的电力转换方法相同的电力转换方法。
核电站一般具有30～40％的能量转换率。考虑到在这些电站中采用若干个步骤以将核能转换为电能，因此这种效率比是十分高的。因此，核电站是很好的大规模发电的来源。但是，使用用于从核能产生电力的传热技术的装置一般体积较大，并且对于小规模能量转换效率不高。
已对减小从核材料产生电能的有效传热系统所需要的设备的尺寸的方法进行了研究。已取得一些成功，自从20世纪50年代，小型的核电站已为大量的军用潜艇和水面舰艇提供动力。但是，由于相关的风险，传热系统还没有被用作其它的小规模能源，并且还没有用于美国空间飞行器上。使用核能为核潜艇提供动力突出了核材料作为电源所具有的优点；例如，核潜艇可航行400000英里而不需要加燃料。
由于核材料的长期以来作为提供能量的来源的潜力，因此研究人员已进行了大量的研究以开发没有传热系统固有的相关风险的利用核材料的小型、自含式电源。这种研究已导致开发出几种将核能转换为电能的方法。
在理论上，用于将核能转换成电能的最佳方法应是将核能直接变成电能的直接方法。上述核电站包含间接的两步骤过程，其中，核能被转变成热能，该热能将水变成用于驱动涡轮并产生电能的蒸汽。直接转换方法是潜在的效率最高的转换方法，这是因为它们避免了各个转换过程中的固有的能量损失。以下是最近提出的直接转换技术的例子。
(用固体半导体将核能转换成电能)
在该过程中，通过用放射性衰变产物照射半导体材料以在材料中产生大量的电子-空穴对，将来自放射性同位素的辐射能直接转换成电能。要实现这一点，诸如放射性同位素的核材料被放在接近固体半导体的位置。随着其衰变，放射性同位素产生放射线。由于它接近固体半导体，因此该放射线中的一些进入固体半导体并导致电子-空穴对的产生。一般地，固体半导体被配置为在称为耗尽区的区域中加入包含内建的电场的p-n结。该电场施加沿相反的方向驱动在耗尽区中产生的电子和空穴的力。这导致电子向p型中性区漂移，而空穴向n型中性区漂移。结果，当放射线进入固体半导体时，电流产生。也可以通过同时包含扩散和漂移的机制从在耗尽区的少许扩散长度内产生的电子-空穴对产生电流。也可以使用在n型或p型半导体中的任一种上形成的肖特基势垒结，以代替p-n结。在这种情况下，当n型(p型)半导体上的金属如p-n结中的p型(n型)中性区那样收集漂移的空穴时，出现类似的过程。
固体半导体系统的潜在的转换效率较高。但是，由于进入固体半导体的高能量放射线还会对半导体晶格造成损伤，因此转换核能的固体半导体方法不能被用于长时间产生大功率输出。并且，如果能源是裂变材料，那么进入固体半导体的裂变材料的一些碎片会保持在固体半导体中。引入微量的缺陷，包含天然的和杂质点缺陷和扩展缺陷，会大大降低半导体装置性能。时间一长，固体半导体劣化且效率降低，直到它不再对能量转换有用。因此，尽管使用固体半导体作为核能向电能的直接转换器的系统的潜在效率非常高，但它们对于功率高、持久时间长的应用常常是不实用的。
(用康普顿散射将核能转换成电能)
当高能量γ放射线与物质相互作用从而导致从该物质喷射电子时，出现康普顿散射。已提出了γ放射线源被绝缘材料包围的核能向电能的直接转换方法。作为康普顿散射的结果，γ射线与绝缘材料相互作用并导致产生电子。这些电子可被收集以产生电流。目前的试验还不能证明该方法可以以足够低的成本、所需的效率和可靠性产生足够多的电力、使得可以在实际应用中加以推广使用。
(用感应过程将核能转换成电能)
使用感应将核能转换成电能，涉及通过用磁场调制限定在密闭空间内的一群带电粒子的密度来提供电力的装置。放射性材料位于密封的空心球体的中心，该空心球体的内表面涂敷有诸如银的金属。该球体的中心被定位在永磁体的两极之间。随着放射性材料衰变，该放射性材料发射放射线，该放射线又导致该群带电粒子移动。带电粒子的移动导致该群带电粒子的密度变化和由该群带电粒子产生的磁场的变化。这种磁场的变化在导线中感生电流。同样，该系统的转换效率非常低，并且对于大多数应用来说提供的电力量太小。
(用热电系统将核能转换成电能)
热电转换系统依赖于通过塞贝克效应将热能直接转换成电力。塞贝克效应说明了这样一种现象，即，当在包含两种相邻的不同的材料的系统中出现热梯度时，可产生电压。因此，如果放射性材料位于该系统的附近，那么由放射性材料产生的放射线将加热该材料，从而导致产生热梯度，并且，作为塞贝克效应的结果，可以产生电压差。可以将负载嵌入该系统中，使得可从该系统取走电力。热电转换器被用于深空探测器中使用的放射性同位素热电发电机，并可提供达千瓦级的功率。但是，一般使用的材料的理论转换效率仅为15～20％，并且在实际中转换效率更低。
(用热离子系统将核能转换成电能)
热离子系统利用这样一种物理原理，即，某些材料在被加热时将发射电子。热离子系统使用核物质、放射性同位素或裂变材料作为能源以加热发射电子的发射体阴极，这些电子可被收集到阳极表面上，从而将电力传输给外部负载。热离子系统的转换效率随发射体温度增加，使得理论效率范围为从900K时的5％到1750K时的大于18％。热离子转换系统的缺点是效率较差、操作温度较高以及辐射环境较强。
(用荧光材料将核能转换成电能)
在该系统中，放射性物质和荧光材料的混合物位于一对光电单元之间。放射性物质产生放射性射线，该放射性射线激发荧光材料的原子并使其发射光子。光电单元利用这种放射线产生电力。一般地，该系统需要十分复杂的结构，但提供小于0.01％的量级的较差的转换效率。
发明内容
如上所述，自从在20世纪50年代认识到核能作为可行的能源以来，已进行了大量的研究以寻找更好的将核能转换成电力的方法。但是，还没有产生有效且实用的直接转换方法。鉴于以上说明，本发明的目的在于，通过提供将作为放射性衰变能或裂变能的核能有效、直接地转换为电能的方法和装置，改进现有技术。更具体地，本发明的目的在于，提供不需要频繁加燃料就可长时间产生大量的电力并且不需要或需要很少的维护的、将核能转换成电力的自含式方法和装置。本发明的另一目的在于，提供满足对于符合以下要求的将核能转换成电能的方法的长期需求的方法和装置，即，尺寸较小、结构可靠并可产生供潜艇、水面舰艇使用的大量电能以及用作为整个产品范围-包括例如军事装备、卫星和空间飞行器-供能的电池组。
本发明的各实施方式涉及与作为诸如铀-235或钚的裂变材料或放射性同位素的辐射源一起使用液体半导体。由于液体半导体迅速自恢复并可对裂变事件留下的裂变碎片进行“净化”或“洗涤”，因此液体半导体的使用使辐射损伤的影响最小化。本发明包含不同的实施方式，以下说明其中的几个。
使用裂变材料的实施方式：
实施方式1：一种核伏打电池，具有施加在固体层中的裂变材料，核伏打电池的多个层相互沿轴向对置并被缠绕在心轴周围。
实施方式2：一种核伏打电池，具有施加在固体层中的裂变材料，核伏打电池的多个层相互沿轴向对置并相互在顶部层叠。
实施方式3：一种核伏打电池，具有溶入液体半导体中的裂变材料，核伏打电池的多个层沿轴向对置并被缠绕在心轴周围。
实施方式4：一种核伏打电池，具有溶入液体半导体中的裂变材料，核伏打电池的多个层相互沿轴向对置并相互在顶部层叠。
实施方式5：一种根据实施方式1、2、3或4的核伏打电池的阵列。
实施方式6：一种核伏打电池反应堆芯，具有用于平稳连续去除废热的分为两个部分的闭合回路。一种液体半导体同时用于能量转换和冷却。一个部分上的热提取器还用于从液体半导体洗掉不希望有的裂变碎片，而相反的热提取器可用于更换烧掉的裂变材料(如果需要的话)。
实施方式7：一种核伏打电池反应堆芯，具有多个分开的回路，一个用于裂变碎片擦洗，一个用于冷却。液体半导体用于能量转换，另一种物质(不活泼气体、水等)用于冷却。
使用放射性同位素的实施方式：
实施方式8：一种核伏打电池，具有溶入液体半导体中的放射性同位素，核伏打电池的多个层相互沿轴向对置并被缠绕在心轴周围。
实施方式9：一种核伏打电池，具有溶入液体半导体中的放射性同位素，核伏打电池的多个层相互沿轴向对置并相互在顶部层叠。
实施方式10：一种根据实施方式8或9的核伏打电池的阵列。
根据本发明的一个实施方式，提供用于长时间供给大量电能的小型电池。该电池包括用于提供作为辐射能或裂变能的核能的核材料。
在实施方式1中，核材料的固体层被放在液体半导体附近。裂变碎片形式的核能进入液体半导体并产生电子-空穴对。液体半导体是夹在两个金属触点之间的n型或p型半导体，这两个金属触点被选择为当与n型或p型液体半导体接触时产生肖特基二极管。该结构同时包含肖特基触点和低电阻或欧姆触点。作为该肖特基二极管配置的结果，跨过液体半导体产生电位差，该电位差导致通过与核辐射或高能粒子相互作用产生的电子-空穴对向金属触点迁移。通过将电负载放在本发明的触点上，产生电力。在优选实施方式中，通过以螺旋形式在心轴周围缠绕材料层，构成包含核材料和液体半导体的核伏打电池。
在实施方式2中，核材料的固体层被放在液体半导体附近。如实施方式1那样，裂变碎片形式的核能进入液体半导体并产生电子-空穴对。液体半导体是夹在两个金属触点之间的n型或p型半导体，这两个金属触点被选择为当与n型或p型液体半导体接触时产生肖特基二极管和低电阻或欧姆触点。作为该肖特基二极管配置的结果，在液体半导体中的耗尽区中产生导致电子-空穴对沿不同的方向漂移的内建电场。通过将材料暴露于放射线并在本发明的触点上放置电负载，产生电力。在实施方式2的优选实施方式中，通过层叠材料层构成核伏打电池。
在如上面的实施方式3所述的本发明的优选实施方式中，提供裂变能量的核材料溶入液体半导体中。同样，裂变碎片形式的核能在产生电子-空穴对的液体半导体中被释放。液体半导体是夹在两个金属触点之间的n型或p型半导体，这两个金属触点被选择为当与n型或p型液体半导体接触时产生肖特基二极管和低电阻或欧姆触点。在液体半导体的耗尽区内产生导致在耗尽宽度内或在其少许扩散长度内产生的电子和空穴沿相反的方向移动的内建电场。这导致电流的产生。通过在本发明的触点上放置电负载，产生电力。在优选实施方式中，通过以螺旋形式在心轴周围缠绕材料层，构成核伏打电池。
在实施方式4中，提供裂变能量的核材料溶入液体半导体中。高能裂变碎片形式的核能与液体半导体相互作用并产生电子-空穴对。液体半导体是夹在两个金属触点之间的n型或p型半导体，这两个金属触点被选择为当与n型或p型液体半导体接触时产生肖特基二极管和低电阻或欧姆触点。在液体半导体的耗尽区内产生导致在耗尽宽度内或在其少许扩散长度内产生的电子和空穴沿相反的方向移动的内建电场。这导致电流的产生。通过在本发明的触点上放置电负载，产生电力。在优选实施方式中，通过层叠材料层，构成核伏打电池。
与用固体半导体将核能转换成电能的现有方法不同，本发明可使用裂变或高能放射线，以在不使收集效率迅速劣化的情况下产生大量的电力。这是因为，与固体半导体的晶格不同，液体半导体的短程有序不会由于与裂变碎片或高能放射线的相互作用而永久退化。因此，在本发明的优选实施方式中，使得液体半导体流过核伏打电池的活性区(固体半导体是不可能的)，并对不希望有的裂变碎片和中子激活产物进行净化或洗涤，使得其纯度和半导体性能不随时间退化，从而使得转换装置能够实现连续的最佳的能量转换。另外，可以在反应堆工作时更换烧掉的裂变材料，从而避免为加燃料而停机。由于这些优点，本发明提供高效转换和产生大量的电力，这些特征是固体半导体装置不可能有的。
本发明的可适应性非常好，这是因为，多个核伏打电池-包含上述实施方式中的任一个即实施方式1、2、3或4-可被链接在一起，以如上面实施方式5所述的那样形成临界阵列(critical array)，以提供达到和超过兆瓦范围的功率。对于较小的功率需求，可以使用单个或数量较少的电池。在如上面的实施方式6所述的本发明的优选实施方式中，这样形成的阵列构成被适当的防护屏和冷却材料包围的核伏打反应堆芯。在优选实施方式中，核伏打反应堆芯使用在能量转换中使用的同一液体半导体用于冷却。在优选实施方式中，冷却回路被分成两个部分，每个部分具有热提取器。回路部分被摆动阀和摆动气动活塞分开，并且，较高的不活泼气体压力平稳地推动来自一个热提取器的冷却的冷却液使其穿过反应堆芯，同时，被反应堆芯中的废热加热的冷却液在较低的不活泼气体压力下流入另一热提取器。当第一热提取器被排空而第二提取器被充满时，摆动阀改变位置且活塞倒转方向，以提供反应堆芯的连续平稳冷却。一个热提取器还用于洗涤不希望有的裂变碎片和中子激活产物，而另一个可用于更换烧掉的裂变材料。
在本发明的优选实施方式中，上面的实施方式7中说明的核伏打反应堆芯具有两个分开的回路，一个用于能量转换和裂变碎片/激活产物洗涤，另一个用于冷却，但是，冷却液可以是液体半导体以外的某种物质。这样，本发明是可适应的，并且可满足许多不同的需要，包括为电网发电和为包括空间飞行器、潜艇和军事装备的范围广泛的各种应用提供电能。
在另一优选实施方式中，本发明还可用于构建核伏打电池组。在上述的实施方式8中，放射性同位素形式的核材料溶入液体半导体中。将放射性同位素溶入液体半导体中是本发明的优选实施方式，但是，在另一实施方式中，放射性同位素可改为位于液体半导体附近。α、β和/或γ放射线形式的核能进入液体半导体并产生电子-空穴对。液体半导体是夹在两个金属触点之间的n型或p型半导体，这两个金属触点被选择为当与n型或p型液体半导体接触时产生肖特基二极管和低电阻或欧姆触点。在液体半导体的耗尽区内产生导致在耗尽宽度内或在其少许扩散长度内产生的电子和空穴沿相反的方向移动的内建电场。这导致电流的产生。通过在本发明的触点上放置负载，产生电力。在优选实施方式中，通过以螺旋的形式在心轴周围缠绕材料层，构成核伏打电池。
在上述的实施方式9中，放射性同位素形式的核材料溶入液体半导体中。如实施方式8那样，α、β和/或γ放射线形式的核能进入液体半导体并产生电子-空穴对。液体半导体是夹在两个金属触点之间的n型或p型半导体，这两个金属触点被选择为当与n型或p型液体半导体接触时产生肖特基二极管和低电阻或欧姆触点。在液体半导体的耗尽区内产生导致在耗尽宽度内或在其少许扩散长度内产生的电子和空穴沿相反的方向移动的内建电场。这导致电流的产生。通过在本发明的触点上放置负载，产生电力。在优选实施方式中，通过层叠材料层，构成核伏打电池。
在本发明的优选实施方式中，使得液体半导体流过核伏打电池的活性区(固体半导体是不可能的)，并对不希望有的衰变产物进行净化或洗涤，使得其半导体性能不随时间削弱，从而使得转换装置能够实现连续的最佳的能量转换。由于这些优点，本发明提供高效转换和长时间产生大量的电力，这些是固体半导体装置不可能有的。
本发明的可适应性非常好，这是因为，多个核伏打电池可在阵列中被链接在一起，以形成上面的实施方式10中说明的核伏打电池组，以提供从几分之一瓦到大于兆瓦的功率范围。对于较小的功率需求，可以使用单个或数量较少的电池。
附图说明
图1表示核伏打电池的一个实施方式的示意性断面图，其中，核材料被涂敷在衬底上。
图2表示肖特基触点和n型液体半导体之间的结的势能图。
图3表示在核伏打电池中出现的裂变事件。
图4表示本发明的优选实施方式的示意性断面图，其中，核材料溶入液体半导体中。
图5表示从溶入本发明的一个实施方式中的核伏打电池中的液体半导体中的裂变材料出现的裂变事件。
图6表示从溶入本发明的一个实施方式中的核伏打电池中的液体半导体中的放射性同位素发射α、β或γ射线。
图7表示本发明的优选实施方式，其中沿心轴(mandrel)缠绕本发明的轴向对置的层。
图8表示在本发明的优选实施方式中如何连接多个核伏打电池以产生阵列。
图9表示在本发明的优选实施方式中如何组合多个核伏打电池以产生核伏打反应堆。
图10表示本发明的优选实施方式，其中穿过核伏打电池反应堆循环冷却液和液体半导体。
图11表示在本发明的优选实施方式中冷却液回路和能量转换/裂变碎片擦洗回路(fission fragment scrubber loop)如何相互分开。
具体实施方式
图1表示核伏打电池5的一个实施方式的断面图。在本实施方式中，液体半导体20被夹在两个金属触点欧姆触点10和肖特基触点30之间。如果用低电阻触点代替欧姆触点10，那么该装置也将起作用。在理想的欧姆触点10由于基本的或实际的原因而不易得到时，可能必须这样做。
如图1所示，液体半导体20被夹在两个金属触点欧姆触点10和肖特基触点30之间。并且，如图1所示，这两个金属触点欧姆触点10和肖特基触点30形成液体半导体20可流过的通道。在本发明的优选实施方式中，液体半导体20沿箭头15的方向流入欧姆触点10和肖特基触点30之间的通道中，然后沿箭头25的方向从欧姆触点10和肖特基触点30之间的通道流出。在本发明的优选实施方式中，欧姆触点10和肖特基触点30之间的通道的两端由闭合回路连接，并且，使用泵以使液体半导体20穿过欧姆触点10和肖特基触点30之间的通道并沿闭合回路循环。
本领域技术人员可以理解，欧姆触点10优选由使得在欧姆触点10和液体半导体20之间不存在或存在极小的势垒的金属制成。并且，本领域技术人员可以理解，肖特基触点30优选由使得当与液体半导体20接触时沿液体半导体20产生很大的静电势垒的金属制成。在图1中所示的本发明的实施方式中，衬底40镀有核材料50，并且金属肖特基触点30被涂敷在核材料50上面。在本发明的优选实施方式中，欧姆触点10和肖特基触点30与电路连接，使得可将负载35施加到该电路上并从本发明取走电能。
如图1所示，在本发明的优选实施方式中，构成本发明的活性部分的层的断面宽度为1.63×10-2cm量级。在优选实施方式中，将非活性隔板放在欧姆触点10和肖特基触点30之间以保持将这两个触点分开。在替代性实施方式中，可以用当衰变时产生α、β或γ放射线中的任一种或它们的组合的非裂变的放射性同位素代替核材料50。
在本发明的优选实施方式中，液体半导体20在室温下为固体，并被淀积在欧姆触点10和肖特基触点30之间。在本发明的优选实施方式中，通过使用薄膜技术制造核伏打电池5的各个层。在本发明的优选实施方式中，一旦制造了核伏打电池5的各个层，核伏打电池5就被加热以使液体半导体20熔化。最佳的操作温度随使用的液体半导体20的性能变化。在优选实施方式中，液体半导体为硒，操作温度为230～250℃。本领域技术人员可以理解，可以使用硒以外的液体半导体。在温度和成分的特定范围上，可以从纯硫族元素(氧、硫、硒和碲)配制液体半导体。在其它的可能性中，适当的液体半导体包含硫族元素的混合物以及硫族元素与金属的合金。在本发明的优选实施方式中，在通过外部热源进行初始加热后，从核材料产生的热保持核伏打电池5的温度。
在本发明的优选实施方式中，使用外部电源以加热核伏打电池5并使半导体液化。在替代性实施方式中，液体半导体20在室温下为液体并且本发明在操作前不必被加热。
图2表示肖特基触点30和液体半导体20之间的结60的能带图。肖特基触点30的金属被选择为使得在平衡状态中沿液体半导体20产生电位差。在本发明的优选实施方式中，液体半导体20是n型半导体。肖特基触点30和液体半导体20之间的接触点在本领域中常被称为结。
在热平衡状态下，在没有外加电压时，在接近结60的液体半导体20中存在耗尽可动载流子的区域。该区域在本领域中被称为耗尽区70。从费米能级到静电势垒的顶部的液体半导体20的势垒高度等于内建电位(Built-In Potential)Φb80。由于由液体半导体20中的电位势垒80产生的电场，进入耗尽区70的电子90或空穴100将在液体半导体20的中性部分(neutral part)和肖特基触点30的金属之间受到力的作用。扩散长度110取决于使用的液体半导体20的性能，并且是平均起来过量的电子90或空穴100在重新结合之前可在液体半导体20中扩散多远的量度。收集容积115是耗尽区70和扩散长度110的倍数的组合，并代表可收集电子90和空穴100的容积。这些载流子、电子90和空穴100启动导致电流流过液体半导体20的发电过程。
本领域的技术人员可以理解，虽然如果使用p型液体半导体势能图将不同，但通过使用n型液体半导体或p型液体半导体中的任一种，可以导致相同的总体结果、电子90和空穴100的流动以及电流的产生。
在本发明的优选实施方式中，液体半导体20在高于233℃的温度下为液态硒。液态硒是优选的液体半导体20的原因在于，它具有非常大的带隙，该带隙产生较大的跨过耗尽区70的势垒80以及较大的扩散长度110。但是，可以使用改善硒的特性的其它液体半导体。
图3表示发生裂变事件120时的本发明的断面图。在本发明的优选实施方式中，核材料50是铀-235。当核材料50的原子分裂时发生裂变事件120。本领域的技术人员可以理解，裂变事件120可自然发生，或者，更可能作为在另一裂变事件中射出的中子的冲击的结果而发生。作为裂变事件120的结果，产生核材料50的两个碎片。在图3中所示的本发明的实施方式中，核材料50的一个碎片是损耗的裂变碎片130，它不进入液体半导体20。但另一裂变碎片140进入液体半导体20。本领域技术人员可以理解，裂变碎片140处于能量很高的状态。例如，在铀-235的情况下，裂变碎片140的平均能量为67～95MeV。当裂变碎片140进入液体半导体20时，它与液体半导体20的原子和电子相互作用，并沿液体半导体20中的轨迹产生电子-空穴对150。该过程在液体半导体20中产生大量的电子90和空穴100。裂变碎片140还可与液体半导体20的原子和电子相互作用。这种相互作用可导致产生高能电子160和撞出寄主原子(Knock-On Host Atom)170。高能电子160和撞出原子170也可导致产生更多的电子90和空穴100。由于低电阻或欧姆触点10和肖特基触点30之间的势垒80，电子90和空穴100沿相反的方向移动，并导致电流在欧姆触点10和肖特基触点30之间流动。如图2所示，跨过耗尽区70存在势垒80。结果，只有处于耗尽区70中或扩散进入耗尽区70中的电子90或空穴100才将变成在欧姆触点10和肖特基触点30之间流动的电子90和空穴100的一部分。如上所述，液态硒是优选的液体半导体，因为它具有与其相关的较大的扩散长度110，并因此可捕获更多的电子90和空穴100。
核材料50不仅在其原子分裂时产生裂变碎片140，还产生将使液体半导体20的原子离子化的二次放射线，从而产生将导致产生电能的电子90和空穴100。在本发明的替代性实施方式中，核材料50可以是当衰变时产生α、β或γ放射线中的任一种或它们的组合的非裂变的放射性同位素。在本发明的这种实施方式中，α、β或γ射线在进入液体半导体20时将产生电子90和空穴100。因而，除了α、β或γ射线在单位入射放射线不产生那样多的电子90和空穴100外，本发明的操作与当使用核材料50时相同，结果，使用非裂变的放射性同位素的本发明的实施方式不能产生如使用核材料50的实施方式那样多的电能。
在本发明的一个实施方式中，可以用非裂变的放射性同位素提供具有很少的相关的放射线的低功率输出。这种类型的电源对接近操作员的装置更实用，这是因为可在该装置周围设置重量较轻的放射线防护罩。这种电源非常适于不需要较高的功率输出但必需放射性不强的较小的装置的空间飞行器和军事装备中使用。
图4表示本发明的优选实施方式的断面图，其中，核材料50溶入液体半导体20中。在本优选实施方式中，液体半导体20被夹在低电阻或欧姆触点10和肖特基触点30之间，并且核材料50溶入液体半导体20中。这是本发明的优选实施方式的原因在于，当发生裂变事件120时，不存在损失的裂变碎片，两个裂变碎片均将穿过液体半导体20，并且任一个裂变碎片都可导致在液体半导体20中产生电子-空穴对。因此，本优选实施方式比图2中所示的实施方式效率更高。
图5表示在液体半导体20中发生的裂变事件120，并且示出，在核材料50溶入液体半导体20的实施方式中，两个裂变碎片140均可用于在液体半导体20中产生电子-空穴对。
图6示出核材料50是非裂变的放射性同位素的本发明的替代性实施方式。在优选实施方式中，非裂变材料应溶入液体半导体20中，使得沿任意方向的放射线发射190都可导致在液体半导体20中产生电子-空穴对。
图7表示本发明的优选实施方式，其中沿心轴200缠绕如图1所示的本发明的轴向对置的层，以产生具有与化学电池类似的特性的单个核伏打电池5。本发明的该优选实施方式的优点在于，它使本发明的体积最小化，并且，由于沿心轴200缠绕的长而且薄的核伏打电池5在机械上较为牢固，因此提供了稳定性。在替代性实施方式中，可以相互在顶端层叠核伏打电池5的轴向对置的层；但是，由于必须提供保持叠层的机械完整性的手段，因此这样做不如上述的缠绕方法那样多地减小本发明的体积。
图8表示如何在本发明的优选实施方式中用穿孔的板状导体210连接多个核伏打电池5以产生阵列。在该优选实施方式中，通过将核伏打电池5连接成阵列220，可为产生更大的电力组合由各核伏打电池5产生的功率。在阵列220中使用的核伏打电池5的数量可随所需的电能的量改变。由于各核伏打电池5是以串联/并联的方式连接的，因此，如果一个核伏打电池5失效，阵列220的其余部分将继续起作用。
图9表示本发明的优选实施方式，其中组合多个核伏打电池5以产生核伏打反应堆230。在本实施方式中，用穿孔的板状导体210连接各单个核伏打电池5。在本发明的优选实施方式中，设置包围核伏打电池5的组件的生物防护屏240和外壳250以防止任何放射线的漏泄。在生物防护屏240和外壳250之间环绕核伏打反应堆230的内部抽运冷却液180以防止过热。在本发明的优选实施方式中，冷却液180是液体半导体20。这样，液体半导体20可用于冷却核伏打反应堆230和产生电力。
图10表示本发明的优选实施方式，其中从冷管段(cold leg)280穿过核伏打反应堆芯230到热管段290循环液体半导体20，以将其用作用于除去废热(没有被转换成电力的裂变碎片能量)的冷却液并使其执行能量转换。在本优选实施方式中，通过往复气动活塞300使冷却的液体半导体20流动。往复气动活塞300压缩不活泼气体320，从而导致液体半导体20从第一热提取器310流过核伏打反应堆芯230，在该核伏打反应堆芯230中为获得核临界、能量转换和冷却提供条件。液体半导体20然后在较低的不活泼气体压力下流入第二热提取器330，流动方向由摆动阀340和往复气动活塞300移动的方向控制。当第二热提取器330被充满时，摆动阀340改变位置且往复气动活塞300倒转方向，以为连续的平稳冷却使促使冷却的冷却液从第二热提取器330穿过核伏打芯230流向第一热提取器310。除去的热也可用于通过常规的热交换过程(例如，热电转换器)产生辅助的电力。类似地，通过将洗涤机构与第二热提取器330组合，液体半导体20可间歇地流入第二热提取器330，在该第二热提取器330中，可以从液体半导体20去除不希望有的裂变碎片材料的块和不希望有的中子激活产物。这是本发明的优选实施方式，因为它可使本发明成为其中存在连续的冷却和净化或洗涤的自含式系统，其中，当液体半导体20变得被裂变碎片140和中子激活产物污染太重时，液体半导体20被连续使用而不需要添加新的液体半导体20。
当与裂变碎片和中子激活产物的洗涤组合时，可在第一热提取器310中间歇地添加裂变材料以取代在裂变过程中烧掉的裂变材料，从而在反应堆中保持临界核条件。
图11表示本发明的实施方式，其中，可以是或不是液体半导体20的冷却液180实现冷却液相。冷却液180和液体半导体20处于分开的循环核伏打反应堆芯230的回路中。在本优选实施方式中，第一泵370用于抽运冷却液180使其沿箭头350的方向流动，并且通过第二泵370抽运液体半导体20使其沿箭头360的方向流动。冷却液180流入使得可取走热能的热提取器380，使得冷却液180可用作连续冷却的手段。除去的热也可用于通过常规的热交换过程(例如，热电转换器)产生辅助的电力。液体半导体20被抽运以流过洗涤器390，在该洗涤器390中可从液体半导体20去除不希望有的裂变碎片材料的块和不希望有的中子激活产物。
已对本发明进行了说明，但本领域技术人员可以理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以对本发明的结构和电路和广泛不同的实施方式和应用做许多变化。

Claims (78)

1.一种核伏打电池，包括：
具有第一表面的第一衬底；
淀积在所述第一衬底的所述第一表面上的裂变材料层；
淀积在所述裂变材料层上的第一金属触点层；
具有第一表面的第二衬底；
淀积在所述第二衬底的所述第一表面上的第二金属触点层，其中，所述第一衬底和所述第二衬底被定位为使得所述第一金属触点层和所述第二金属触点层相对；
夹在所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间的液体半导体，其中，所述第一金属触点层与所述液体半导体形成肖特基触点，并且所述第二金属触点层与所述液体半导体形成低电阻或欧姆触点；以及
将所述第一金属触点层连接到所述第二金属触点层的电路。
2.根据权利要求1的核伏打电池，其特征在于，当将电负载施加到所述电路上时产生电力。
3.根据权利要求1的核伏打电池，其特征在于，所述液体半导体是p型半导体。
4.根据权利要求1的核伏打电池，其特征在于，所述液体半导体是n型半导体。
5.根据权利要求1的核伏打电池，其特征在于，在所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间放置多个非导电性隔板使得所述液体半导体散布于其间。
6.根据权利要求1的核伏打电池，其特征在于，所述液体半导体在所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间流动。
7.根据权利要求1的核伏打电池，其特征在于，所述第一衬底和第二衬底在轴向上相互对置并被缠绕在心轴周围。
8.一种核伏打电池，包括：
具有第一表面的第一衬底；
淀积在所述第一衬底的所述第一表面上的放射性同位素层；
淀积在所述放射性同位素层上的第一金属触点层；
具有第一表面的第二衬底；
淀积在所述第二衬底的所述第一表面上的第二金属触点层，其中，所述第一衬底和所述第二衬底被定位为使得所述第一金属触点层和所述第二金属触点层相对；
夹在所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间的液体半导体，其中，所述第一金属触点层与所述液体半导体形成肖特基触点，并且所述第二金属触点层与所述液体半导体形成低电阻或欧姆触点；以及
将所述第一金属触点层连接到所述第二金属触点层的电路。
9.根据权利要求8的核伏打电池，其特征在于，当将电负载施加到所述电路上时产生电力。
10.根据权利要求8的核伏打电池，其特征在于，所述液体半导体是p型半导体。
11.根据权利要求8的核伏打电池，其特征在于，所述液体半导体是n型半导体。
12.根据权利要求8的核伏打电池，其特征在于，在所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间放置多个非导电性隔板使得所述液体半导体散布于其间。
13.根据权利要求8的核伏打电池，其特征在于，所述放射性同位素是α粒子、β粒子或γ射线发射体中的至少一种。
14.根据权利要求8的核伏打电池，其特征在于，所述液体半导体在所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间流动。
15.根据权利要求8的核伏打电池，其特征在于，所述第一衬底和第二衬底在轴向上相互对置并被缠绕在心轴周围。
16.一种核伏打电池，包括：
第一金属触点层、和被定位为面对所述第一金属触点层使得液体半导体被夹在其间的第二金属触点层，其中，所述液体半导体包含裂变材料的溶液，并且，所述第一金属触点层与所述液体半导体形成肖特基触点，所述第二金属触点层与所述液体半导体形成低电阻或欧姆触点；以及
将所述第一金属触点层连接到所述第二金属触点层的电路。
17.根据权利要求16的核伏打电池，其特征在于，当将电负载施加到所述电路上时产生电力。
18.根据权利要求16的核伏打电池，其特征在于，所述液体半导体是p型半导体。
19.根据权利要求16的核伏打电池，其特征在于，所述液体半导体是n型半导体。
20.根据权利要求16的核伏打电池，其特征在于，在所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间放置多个非导电性隔板使得所述液体半导体散布于其间。
21.根据权利要求16的核伏打电池，其特征在于，所述液体半导体在所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间流动。
22.根据权利要求16的核伏打电池，其特征在于，所述第一衬底和第二衬底在轴向上相互对置并被缠绕在心轴周围。
23.一种核伏打电池，包括：
第一金属触点层、和被定位为面对所述第一金属触点层使得液体半导体被夹在其间的第二金属触点层，其中，所述液体半导体包含放射性同位素的溶液，并且，所述第一金属触点层与所述液体半导体形成肖特基触点，所述第二金属触点层与所述液体半导体形成低电阻或欧姆触点；以及
将所述第一金属层连接到所述第二金属层的电路。
24.根据权利要求23的核伏打电池，其特征在于，当将电负载施加到所述电路上时产生电力。
25.根据权利要求23的核伏打电池，其特征在于，所述液体半导体是p型半导体。
26.根据权利要求23的核伏打电池，其特征在于，所述液体半导体是n型半导体。
27.根据权利要求23的核伏打电池，其特征在于，在所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间放置多个非导电性隔板使得所述液体半导体散布于其间。
28.根据权利要求23的核伏打电池，其特征在于，所述液体半导体在所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间流动。
29.根据权利要求23的核伏打电池，其特征在于，所述第一衬底和第二衬底在轴向上相互对置并被缠绕在心轴周围。
30.一种核伏打阵列，包含配置成叠层的多个核伏打电池，所述叠层至少包含：
包含具有第一表面的衬底的第一层，其中，裂变材料的涂层被淀积在所述第一表面上，并且，第一金属触点的涂层被淀积在所述裂变材料的涂层上；
包含液体半导体的第二层，其中，所述第二层与所述第一层邻近并接触，所述第一金属触点与所述第二层中的所述液体半导体形成肖特基触点；
包含两个平整表面上淀积有第二金属触点和第三金属触点的衬底的第三层，其中，所述第三层的所述第二金属触点与所述第二层邻近并接触，并且，所述第二金属触点与所述第二层中的所述液体半导体形成低电阻或欧姆触点；
包含液体半导体的第四层，其中，所述第四层与所述第三层的所述第三金属触点邻近并接触，并与所述第四层中的所述液体半导体形成低电阻或欧姆触点；以及
包含第一表面上涂敷有裂变材料的涂层的第三衬底的第五层，其中，所述裂变材料的涂层涂敷有第四金属触点，并且，所述第五层的所述第四金属触点与所述第四层邻近并接触，并与所述第四层中的所述液体半导体形成肖特基触点。
31.根据权利要求30的核伏打阵列，其特征在于，所述金属触点中的每一个通过电路连接在一起。
32.根据权利要求30的核伏打阵列，其特征在于，当将负载施加到所述电路上时产生电力。
33.根据权利要求30的核伏打阵列，其特征在于，所述液体半导体是p型半导体。
34.根据权利要求30的核伏打阵列，其特征在于，所述液体半导体是n型半导体。
35.根据权利要求30的核伏打阵列，其特征在于，在所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间放置多个非导电性隔板使得所述液体半导体散布于其间。
36.根据权利要求30的核伏打阵列，其特征在于，所述液体半导体在所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间流动。
37.一种核伏打电池组，包含配置成叠层的多个核伏打电池，所述叠层至少包含：
包含具有第一表面的衬底的第一层，其中，放射性同位素的涂层被淀积在所述第一表面上，并且，第一金属触点的涂层被淀积在所述放射性同位素的涂层上；
包含液体半导体的第二层，其中，所述第二层与所述第一层邻近并接触，所述第一金属触点与所述第二层中的所述液体半导体形成肖特基触点；
包含两个平整表面上淀积有第二金属触点和第三金属触点的衬底的第三层，其中，所述第三层的所述第二金属触点与所述第二层邻近并接触，并且，所述第二金属触点与所述第二层中的所述液体半导体形成低电阻或欧姆触点；
包含液体半导体的第四层，其中，所述第四层与所述第三层的所述第三金属触点邻近并接触，并与所述第四层中的所述液体半导体形成低电阻或欧姆触点；以及
包含第一表面上涂敷有放射性同位素层的第三衬底的第五层，其中，所述放射性同位素的涂层涂敷有第四金属触点，并且，所述第五层的所述第四金属触点与所述第四层邻近并接触，并与所述第四层中的所述液体半导体形成肖特基触点。
38.根据权利要求37的核伏打电池组，其特征在于，所述金属触点中的每一个通过电路连接在一起。
39.根据权利要求37的核伏打电池组，其特征在于，当将电负载施加到所述电路上时产生电力。
40.根据权利要求37的核伏打电池组，其特征在于，所述液体半导体是p型半导体。
41.根据权利要求37的核伏打电池组，其特征在于，所述液体半导体是n型半导体。
42.根据权利要求37的核伏打电池组，其特征在于，在所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间放置多个非导电性隔板使得所述液体半导体散布于其间。
43.根据权利要求37的核伏打电池组，其特征在于，所述液体半导体在所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间流动。
44.一种核伏打电池组，包含配置成叠层的多个核伏打电池，所述叠层至少包含：
表面上具有第一金属触点层的第一衬底；
表面上具有第二金属触点层的第二衬底；
所述第一衬底和所述第二衬底被定位为使得所述第一金属触点层和所述第二金属触点层通过所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间的通道相对，其中，所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间的所述通道具有第一端和第二端；
夹在所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间的所述通道中的液体半导体，其中，所述第一金属触点层与所述液体半导体形成肖特基触点，所述第二金属触点层与所述液体半导体形成低电阻或欧姆触点；
所述液体半导体包含放射性同位素的溶液；
将所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间的所述通道的所述第一端连接到所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间的所述通道的所述第二端的闭合回路；以及
用于抽运所述液体半导体使其穿过所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间的所述通道并穿过所述闭合回路的、与所述闭合回路连接的泵。
45.根据权利要求44的核伏打电池组，还包括与所述闭合回路连接的热提取器，其特征在于，所述液体半导体流过所述热提取器并被所述热提取器冷却。
46.一种核伏打反应堆芯，包含配置成叠层的多个核伏打电池，所述叠层至少包含：
表面上具有第一金属触点层的第一衬底；
表面上具有第二金属触点层的第二衬底；
所述第一衬底和所述第二衬底被定位为使得所述第一金属触点层和所述第二金属触点层通过所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间的通道相对，其中，所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间的所述通道具有第一端和第二端；
夹在所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间的所述通道中的液体半导体，其中，所述第一金属触点层与所述液体半导体形成肖特基触点，所述第二金属触点层与所述液体半导体形成低电阻或欧姆触点；
所述液体半导体包含裂变材料的溶液；
将所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间的所述通道的所述第一端连接到所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间的所述通道的所述第二端的闭合回路；以及
用于抽运所述液体半导体使其穿过所述第一金属触点层和所述第二金属触点层之间的所述通道并穿过所述闭合回路的、与所述闭合回路连接的泵。
47.根据权利要求46的核伏打反应堆芯，其特征在于，还包括与所述闭合回路连接的热提取器，所述液体半导体流过所述热提取器并被所述热提取器冷却。
48.根据权利要求46的核伏打反应堆芯，其特征在于，还包括与所述闭合回路连接的洗涤器，所述液体半导体流过所述洗涤器，并且，通过所述洗涤器从所述液体半导体去除一部分不希望有的裂变碎片和中子激活产物。
49.一种核伏打电池阵列，包括多个核伏打电池，其特征在于，
用放置在所述多个核伏打电池中的每一个之间的穿孔的金属板导体，相互在顶部层叠所述多个核伏打电池。
50.根据权利要求49的核伏打电池阵列，其特征在于，所述穿孔的金属板导体中的每一个通过电路连接在一起。
51.根据权利要求50的核伏打电池阵列，其特征在于，当将负载施加到所述电路时产生电力。
52.根据权利要求51的核伏打电池阵列，其特征在于，
所述多个核伏打电池中的每一个至少包含其上淀积有裂变材料层的第一金属触点层、和被定位为面对所述第一金属触点层使得液体半导体被夹在其间的第二金属触点层，
所述第一金属触点层与所述液体半导体形成肖特基触点，所述第二金属触点层与所述液体半导体形成低电阻或欧姆触点。
53.根据权利要求51的核伏打电池阵列，其特征在于，
所述多个核伏打电池中的每一个至少包含其上淀积有放射性同位素层的第一金属触点层、和被定位为面对所述第一金属触点层使得液体半导体被夹在其间的第二金属触点层，
所述第一金属触点层与所述液体半导体形成肖特基触点，所述第二金属触点层与所述液体半导体形成低电阻或欧姆触点。
54.根据权利要求51的核伏打电池阵列，其特征在于，
所述多个核伏打电池中的每一个至少包含第一金属触点层、和被定位为面对所述第一金属触点层使得液体半导体被夹在其间的第二金属触点层，
所述液体半导体包含裂变材料的溶液，并且，所述第一金属触点层与所述液体半导体形成肖特基触点，所述第二金属触点层与所述液体半导体形成低电阻或欧姆触点。
55.根据权利要求51的核伏打电池阵列，其特征在于，
所述多个核伏打电池中的每一个至少包含第一金属触点层、和被定位为面对所述第一金属触点层使得液体半导体被夹在其间的第二金属触点层，
所述液体半导体包含放射性同位素的溶液，并且，所述第一金属触点层与所述液体半导体形成肖特基触点，所述第二金属触点层与所述液体半导体形成低电阻或欧姆触点。
56.一种核伏打电池反应堆芯，所述反应堆芯至少包括：
其中具有高浓度的裂变材料用于获得自维持的核反应的核伏打电池阵列；
与所述核伏打电池阵列连接的第一闭合回路，所述核伏打电池阵列中的液体半导体流过该第一闭合回路；
与所述核伏打电池阵列连接的第二闭合回路，冷却液流过该第二闭合回路；以及
与所述第一闭合回路连接的第一热交换器和与所述第二闭合回路连接的第二热交换器，其中，当所述液体半导体和所述冷却液流过所述第一和所述第二热交换器时从它们中取走热量。
57.根据权利要求56的核伏打电池反应堆芯，其特征在于，
动态加燃料端口与所述第一闭合回路连接，
当所述液体半导体流过所述动态加燃料端口时将裂变材料添加到所述液体半导体中。
58.根据权利要求57的核伏打电池反应堆芯，还包括与所述第一闭合回路连接的洗涤器，
所述液体半导体流过所述洗涤器，并且，通过所述洗涤器从所述液体半导体去除一部分裂变碎片和中子激活产物。
59.一种核伏打电池反应堆芯，所述反应堆芯至少包括：
核伏打电池阵列；
被芯入口上的冷管段之间的第一摆动阀和芯出口上的热管段之间的第二摆动阀分为两个部分的冷却液回路，液体半导体流过该冷却液回路；以及
往复气动活塞，该往复气动活塞压缩不活泼气体以从第一热提取器推动所述液体半导体且同时降低第二热提取器中的不活泼气体压力，以使得向所述第二热提取器填充被穿过所述核伏打电池反应堆芯的通道所加热的所述液体半导体，其中，当所述液体半导体流过所述第一热提取器和所述第二热提取器时从所述液体半导体取走热量；
其中，所述第一和第二摆动阀、所述往复气动活塞和所述第一和第二热提取器的组合提供所述核伏打电池反应堆芯的连续平稳冷却并从所述热管段排出的所述液体半导体取走热量。
60.根据权利要求59的核伏打电池反应堆芯，其中，动态加燃料端口与所述第一或所述第二热提取器中的一个连接，并且，当所述液体半导体流过所述动态加燃料端口时向所述液体半导体添加裂变材料。
61.根据权利要求59的核伏打电池反应堆芯，其特征在于，还包括：
与所述第一或所述第二热提取器中的一个连接的洗涤器，所述液体半导体流过所述洗涤器，并且，通过所述洗涤器从所述液体半导体去除一部分不希望有的裂变碎片和中子激活产物。
62.根据权利要求59的核伏打电池反应堆芯，其特征在于，
所述核伏打电池阵列包含多个核伏打电池，
所述多个核伏打电池中的每一个至少包含其上淀积有裂变材料层的第一金属触点层、和被定位为面对所述第一金属触点层使得液体半导体被夹在其间的第二金属触点层，
所述第一金属触点层与所述液体半导体形成肖特基触点，所述第二金属触点层与所述液体半导体形成低电阻或欧姆触点。
63.根据权利要求59的核伏打电池反应堆芯，其特征在于，
所述核伏打电池阵列包含多个核伏打电池，
所述多个核伏打电池中的每一个至少包含其上淀积有放射性同位素层的第一金属触点层、和被定位为面对所述第一金属触点层使得液体半导体被夹在其间的第二金属触点层，
所述第一金属触点层与所述液体半导体形成肖特基触点，所述第二金属触点层与所述液体半导体形成低电阻或欧姆触点。
64.一种将核能直接转换成电能的方法，包括以下步骤：
将液体半导体放在两个金属触点之间，其中，所述第一金属触点与所述液体半导体产生低电阻触点或欧姆触点，所述第二金属触点与所述液体半导体产生肖特基触点；
将核材料放在所述液体半导体附近；以及
在所述第一金属触点和所述第二金属触点之间设置电路。
65.一种将核裂变能直接转换成电能的方法，该方法包括以下步骤：
在衬底上淀积核裂变材料层；
在所述核裂变材料层上淀积金属触点层；
在第二衬底上淀积第二金属触点层；
将液体半导体放在所述第一和所述第二衬底之间，使得所述液体半导体与所述第一金属触点层和所述第二金属触点层接触；
在所述第一金属触点和所述液体半导体之间产生肖特基触点；
在所述第二金属触点和所述液体半导体之间产生欧姆触点或低电阻触点；
在所述肖特基触点和所述欧姆触点之间设置电路；以及
从所述电路取走电能，所述电能是作为所述裂变材料释放核能从而导致在所述液体半导体中产生多个电子-空穴对的结果产生的，其中，所述电能是作为所述肖特基触点和所述低电阻或欧姆触点之间的电流的结果产生的。
66.根据权利要求65的方法，还包括以下步骤：
使所述核伏打电池与冷却液接触，并使所述冷却液在闭合系统中循环以从所述核伏打电池取走热量。
67.根据权利要求66的方法，还包括以下步骤：
将所述核伏打电池放在闭合系统中，并抽运所述液体半导体使其穿过所述核伏打电池和所述闭合系统。
68.根据权利要求67的方法，还包括以下步骤：
通过在所述闭合系统中放置热提取器并抽运所述液体半导体使其穿过所述热提取器，从所述液体半导体取走热量。
69.根据权利要求68的方法，还包括以下步骤：
通过在所述闭合系统中放置洗涤器并抽运所述液体半导体使其穿过所述洗涤器，从所述液体半导体去除不希望有的裂变碎片和不希望有的中子激活产物。
70.一种将核裂变能直接转换成电能的方法，该方法包括以下步骤：
将核裂变材料溶入液体半导体中；
将包含所述裂变材料的所述液体半导体夹在第一和第二金属触点之间；
在所述第一金属触点和所述液体半导体之间产生肖特基触点；
在所述第二金属触点和所述液体半导体之间产生低电阻触点或欧姆触点；
在所述肖特基触点和所述欧姆触点之间设置电路；以及
从所述电路取走电能，所述电能是作为所述裂变材料释放核能从而导致在所述液体半导体中产生多个电子-空穴对的结果产生的，其中，所述电能是作为所述肖特基触点和所述低电阻或欧姆触点之间的电流的结果产生的。
71.根据权利要求70的方法，还包括以下步骤：
使所述核伏打电池与冷却液接触，并使所述冷却液在闭合系统中循环以从所述核伏打电池取走热量。
72.根据权利要求70的方法，还包括以下步骤：
将所述核伏打电池放在闭合系统中，并抽运所述液体半导体使其穿过所述核伏打电池和所述闭合系统。
73.根据权利要求72的方法，还包括以下步骤：
通过在所述闭合系统中放置热提取器并抽运所述液体半导体使其穿过所述热提取器，从所述液体半导体取走热量。
74.根据权利要求72的方法，还包括以下步骤：
通过在所述闭合系统中放置洗涤器并抽运所述液体半导体使其穿过所述洗涤器，从所述液体半导体去除不希望有的裂变碎片和不希望有的中子激活产物。
75.根据权利要求74的方法，还包括以下步骤：
向所述液体半导体添加裂变材料，以取代由裂变事件消耗的裂变材料。
76.一种将核裂变能直接转换成电能的方法，该方法包括以下步骤：
相互邻近配置多个核伏打电池；以及
连接所述多个核伏打电池，使得所述核伏打电池的电输出被组合。
77.一种将核裂变能直接转换成电能的方法，该方法包括以下步骤：
连接多个核伏打电池，使得所述多个核伏打电池中的每一个的电输出被组合；
用生物防护屏包围所述多个核伏打电池；
用外壳包围所述生物防护屏；以及
在所述生物防护屏和所述外壳之间放置冷却液。
78.根据权利要求77的方法，还包括以下步骤：
通过抽运所述冷却液使其穿过热提取器，从所述多个核伏打电池取走热量。
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