行业动向：同分异构体弱核电池能否成为我们的终极能源？

来源：今日新材料

在我们的日常生活中，电池似乎从来没有持续足够长的时间。我们每天必须给我们的手机、笔记本电脑充电，似乎永远无法满足需求，这足以让我们期待一个新的能源形式。

当燃烧汽油汽车发动机工作时，我们正在释放储存在化学键中的能量。同样，像手机这样的锂基电池也是通过让带电离子流动来工作的，但如果我们超越化学，将目光投向原子本身，就能获得更大的能量。每一个原子都由被称为质子和中子的粒子组成的原子核，并由电子云环绕。如果我们以正确的方式深入到原子核中，就可以提取一些可怕的力量，引起连锁反应，释放出巨大的能量。这就是世界上440多座核电站的工作方式。还有一种核聚变办法，它的威力更大，但依靠的是以我们尚未掌握的可控方式将原子核挤在一起的方式。

放射性元素的名声不好，但不是所有类型有害。伽马射线能最深地穿透人体组织，是危险的，而贝塔射线并不那么糟糕，阿尔法辐射不会穿透皮肤。事实上，70年代初的心脏起搏器的动力来自于封装良好的放射性核素热电。美军正在研究的概念是一种融合了其他类型核电的优点的核电技术，它可能是强大、安全和持久的能源途径。这种技术取决于这样一个事实，即，特定元素的质子和中子可以在原子中以不同的排列方式聚集在一起。这些异构体每个都有不同的能量。原子通常以最稳定的同分异构体基态存在。高能异构体往往很快就会重新排列回这种状态，但也有少数高能异构体会长期存在。

1998年，美国德克萨斯大学的卡尔·柯林斯用粒子加速器准备了一个稳定的高能异构体，称为“铪-178m2”，这是铪-178的第二个异构体。然后，他向它的原子核发射X射线，这将使原子核转移到其地态，成功释放出一阵伽马射线。不过，这些射线是很难被利用的，因为它们太危险了，但柯林斯认为，这是一个原则性的证明。核异构体可以成为有用的动力来源。柯林斯认为这种技术可以作为新型核弹使用。其能量释放的能量可能比化学反应高5个数量级，但比核裂变反应低2个数量级。柯林斯的方法是将异构体的所有潜能一次性释放出来，想象一下，你有一块放射性异构体，像铪-178m2一样，然后它被轰击，将电子注入到核中，同时将它们推到一个不太稳定的异构体中，这种异构体如此迅速地衰变，科学家们推断，这是它产生的伽马射线创造的衰变。美国海军工程教育财团资助的项目在2018年首次证明了该技术的可行性。

目前，异构体核动力电力远不能作为实际用途。但在柯林斯的论点仍然适用:还有其它异构体可以更容易获得和利用。问题是，异构体的确切属性很难计算，科学家们只有在试过之后才知道它们有多合适。这正是美军现在要做的事情。美国陆军研究实验室正在赞助波兰“斯维尔克核技术和设备”研究同分异构体的科学。该团队由雅克·扎德凯维奇领导，他们可以使用波兰的MARIA实验核反应堆，可以产生各种不同的异构体。该项目的目标是了解该过程的性质。换句话说，找出哪种异构体可以做一个好电池。波兰团队正在研究铼-186m和镅-242m等电池。这种电池储存的能量比锂离子电池多出一百万倍，比汽油多出数万倍。目前，美国军方正在开发一种名为SMET的无人军车，用来运送士兵的装备。使用1公斤的镅-242m，这辆车可以运行163天，而20升汽油，只能运行这种车辆三天。无人机或机器人潜艇也可以有望使用异构体能源。同分异构体能源将是一条漫长的研发之路，但人类科学史上许多最伟大的成就一开始似乎就是这样：当太空竞赛开始时，谁会想到，仅仅几十年后，我们就能够将把一个探测器送到太阳系的边缘之外。

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