CN102543238A - 一种α、β射线电容式核电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于核放射源应用技术领域的一种α、β射线电容式核电池。该核电池通过两个分别包在α放射源的第一金属包壳，β放射源的另外一种不同的第二金属包壳，收集放射出来的带电粒子，第一金属包壳接出正极，第二金属包壳接出负极，通过导线分别连接稳压器接入正极和稳压器接入负极，在稳压器内稳定电压之后，通过稳压器接出正极和稳压器接出负极外接电力电子设备，可以形成稳定的直流电。本发明的核电池可以设计为不同的尺寸，能满足手机，笔记本，汽车等设备对尺寸的要求，有长期持续供电，供电电压较高的优点。
Description
技术领域
本发明属于核放射源应用技术领域，具体涉及一种α、β射线电容式核电池。
背景技术
各种不同的电力电子设备是现代社会不可或缺的物质支撑。为了使用方便，某些电器需要使用移动电源，如蓄电池，干电池等。然而这些电池容量极其有限，一次可用时长较短(通常为1至10小时)，造成相当程度的不便。因此，为满足现代社会高速发展及人们生活水平快速提高的要求，急需要生产出一次使用时长为几年甚至几十年的电池。这种电池可以用于各种电力电子设备，从而使它们使用起来更为方便。为了解决这个问题，近来相继出现了燃料电池以及利用固体PN结半导体和液态半导体制成的核电池。燃料电池可以几个月持续供电，但依旧存在换料，燃烧不稳定，控制调节不灵活等缺点。利用PN结半导体制成的核电池也可以较长时间持续供电，但也会出现利用PN结半导体易受辐照损伤，核辐射防护困难等不足。美国科学家想出了为核电池“瘦身”的妙计，他们把核电池内易受损的固体半导体换成了不易受损的液体半导体，这样不但能完成收集带电粒子的使命，而且还可以大幅度“瘦身”。按照新思路研发出的圆形核电池直径有1.95厘米，厚才1.55毫米，仅仅比1美分硬币大一点点，但其电力却是普通化学电池的100万倍。液态半导体核电池可以减小核电池的尺寸，辐照损伤也会降低，制作难度大。现有的核电池能够长期供电总能量很大，但由于内部放射源浓度低，单位时间放出的能量还是不能满足微小型电子设备消耗的电功率，而且电压也不能满足供电要求。所以，需发明一种有能长期持续供电，供电电压较高，满足各种尺寸要求，能作为各种电力电子设备的移动电源的核电池。
考虑到自然界中，可以进行自发衰变的核素有很多，其中有很多核素可以放出比较纯的α、β射线。而且，这些核素衰变放射出的射线有很高的能量密度，半衰期也很长，可供选择的范围也较广，是很理想的可以被利用的放射源。基于此，利用纯α、β放射源，设计一种α、β射线电容式核电池。这种核电池的使用寿命主要起决于放射源的半衰期，电池的容量及功率的大小起决于放射源的放射强度。可以选择放射强度不同的核素，也可以对辐射较强的核素添加杂质，进而控制电池的放射功率。单个核电池的电压不能达标，可以通过电池串并联，从而可以使核电池的电学参数达到要求。最终可根据不同要求，设计成用于手机(电压一般为3.7V左右)、笔记本电脑(电压一般为11V左右)，等的电池，甚至较大型的车用(102V级)，艇用(103～104V级)电池。
发明内容
本发明的目的在于提供一种α、β射线电容式核电池，解决目前的电池长期持续供电能力不足，供电电压较低，不能满足各种尺寸要求的问题。
一种α、β射线电容式核电池，第一金属包壳14连接第一金属包壳接出正极1，第一金属包壳接出正极1通过稳压器接入正极2连接稳压器3，稳压器3靠近稳压器接入正极2的一端连接稳压器接出正极4，第二金属包壳11连接第二金属包壳接出负极8，第二金属包壳接出负极8通过稳压器接入负极7连接稳压器3，稳压器3靠近稳压器接入负极7的一端连接稳压器接出负极5和指示灯6，α放射源15置于第一金属包壳14内，β放射源12置于第二金属包壳11内，绝缘片13放置于第一金属包壳14和第二金属包壳11中间，第一金属包壳14和第二金属包壳11外部包裹绝缘辐射防护层10，散热回路导线9布置于绝缘辐射防护层10的外部，散热回路导线9外部为金属外壳16。
所述α放射源为铀-235或钚-238，所述β放射源为氚-3、钙-45或硫-35。
所述绝缘片为高分子塑料。
所述绝缘辐射防护层(10)由绝缘层和辐射防护层两部分组成，绝缘层的材质为塑料或云母，辐射防护层的材质为硼或铅。
所述稳压器为直流稳压器。
本发明的有益效果：本发明的α、β射线电容式核电池可以设计为不同的尺寸(范围10*10*10mm3～40*40*40cm3)，能满足手机，笔记本，汽车等设备对尺寸的要求。有长期持续供电，供电电压较高的优点，能作为各种电力电子设备的移动电源的核电池。如果单个核电池的电压不能达标，可以通过本发明的核电池进行相应的串并联，以使核电池的电学参数达到要求。自然界中可以自发衰变，同时放出射线的核素有很多种，可以根据不同核素的放射强度，半衰期的长短，制造成本以及辐射防护难度等因素，合理选择出最为合适的放射源，用来制作核电池。除此之外，这种核电池原理清晰，工艺简单，可以有效、经济地被规模化地制造出来，成为一种长期可靠的电源。
附图说明
图1为本发明α、β射线电容式核电池的示意图；
图中，1-第一金属包壳接出正极、2-稳压器接入正极、3-稳压器、4-稳压器接出正极、5-稳压器接出负极、6-指示灯、7-稳压器接入负极、8-第二金属包壳接出负极、9-散热回路导线、10-绝缘辐射防护层、11-第二金属包壳、12-β放射源、13-绝缘片、14-第二金属包壳、15-α放射源、16-金属外壳。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
α、β射线电容式核电池(如图1所示)，第一金属包壳14连接第一金属包壳接出正极1，第一金属包壳接出正极1通过稳压器接入正极2连接稳压器3，稳压器3靠近稳压器接入正极2的一端连接稳压器接出正极4，第二金属包壳11连接第二金属包壳接出负极8，第二金属包壳接出负极8通过稳压器接入负极7连接稳压器3，稳压器3靠近稳压器接入负极7的一端连接稳压器接出负极5和指示灯6，α放射源15置于第一金属包壳14内，β放射源12置于第二金属包壳11内，绝缘片13放置于第一金属包壳14和第二金属包壳11中间，第一金属包壳14和第二金属包壳11外部包裹绝缘辐射防护层10，散热回路导线9布置于绝缘辐射防护层10的外部，散热回路导线9外部为金属外壳16。
本实施例的电容式核电池通过两个分别包在纯α放射源15的第一金属包壳14，纯β放射源12的另一种不同的第二金属包壳11，收集放射出来的带电粒子。这两个不同金属(如Al、Zr等金属，具体起决于两种放射源对金属的辐照特性)的包壳在位置上形成电容，因为其上附有电荷，便会形成电势。在稳压器3内稳定电压之后，通过稳压器接出正极4及接出负极5外接电力电子设备，可以形成稳定的直流电。该过程中，可以通过调整绝缘片13在电容中的位置进行电压微调。没有接入电力电子设备时，为保护电容，闭合外置切换电路的开关，指示灯6亮。通过散热回路导线9，可将电能转化为热能进行散发。为防止核辐射对人体造成损害，减少漏电，布置有绝缘辐射防护层10，能够保证辐射水平在安全值以下。金属外壳16用以保证核电池的外形。
纯α放射源15和纯β放射源12布置在核电池的核心部位。两种放射源分别能放射出带正电及负电的粒子，这两种不同的粒子同时置于两个金属包壳中。不同放射源有不同的放射强度、半衰期，以及不同核素(如α放射源铀-235、钚-238等，β放射源氚-3、钙-45、硫-35等)的储量和制造成本也有较大差异。可以根据不同的要求，制造出各种规格的核电池。
电池内配置的稳压器3，调整电容电学性质的绝缘片13都设计在电池内部。配置稳压器及调整电容电学性质的绝缘片，其中绝缘片起到防止电压超出稳压器量程及电压微调的作用，操作方式是通过控制绝缘片在电容内插入的深度。稳压器是利用相应参数的直流稳压器。
绝缘辐射防护层10布置在电池内部，绝缘防护层由绝缘层以及辐射防护层两部分组成。绝缘防护层起到防止漏电的作用，其材料可以采用塑料或云母等。防护层则主要采用硼和重金属铅等主要防止γ射线的材料。
没有接入电力电子设备时，为保护电容，闭合外置切换电路的开关，指示灯6亮。通过散热回路导线9，可将电能转化为热能进行散发。
Claims (5)
1.一种α、β射线电容式核电池，其特征在于，第一金属包壳(14)连接第一金属包壳接出正极(1)，第一金属包壳接出正极(1)通过稳压器接入正极(2)连接稳压器(3)，稳压器(3)靠近稳压器接入正极(2)的一端连接稳压器接出正极(4)，第二金属包壳(11)连接第二金属包壳接出负极(8)，第二金属包壳接出负极(8)通过稳压器接入负极(7)连接稳压器(3)，稳压器(3)靠近稳压器接入负极(7)的一端连接稳压器接出负极(5)和指示灯(6)，α放射源(15)置于第一金属包壳(14)内，β放射源(12)置于第二金属包壳(11)内，绝缘片(13)放置于第一金属包壳(14)和第二金属包壳(11)中间，第一金属包壳(14)和第二金属包壳(11)外部包裹绝缘辐射防护层(10)，散热回路导线(9)布置于绝缘辐射防护层(10)的外部，散热回路导线(9)外部为金属外壳(16)。
2.根据权利要求1所述一种α、β射线电容式核电池，其特征在于，所述α放射源为铀-235或钚-238，所述β放射源为氚-3、钙-45或硫-35。
3.根据权利要求1所述一种α、β射线电容式核电池，其特征在于，所述绝缘片为高分子塑料。
4.根据权利要求1所述一种α、β射线电容式核电池，其特征在于，所述绝缘辐射防护层(10)由绝缘层和辐射防护层两部分组成，绝缘层的材质为塑料或云母，辐射防护层的材质为硼或铅。
5.根据权利要求1所述一种α、β射线电容式核电池，其特征在于，所述稳压器为直流稳压器。
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