千年电池：中国科学家造出比火柴盒还小的核电源

体积为16.8立方厘米的装置通过放射性衰变产生能量，并且能够无需维护运行数千年——碳-14的半衰期为5730年，据New-Science报道。与上一代型号相比，其体积功率密度提升了近15倍。对于全球最大的铀生产国、并计划建设本国核电站的哈萨克斯坦而言，这项技术提出了一个有趣的问题：能否利用本国核循环中的放射性同位素来制造此类装置？

核心摘要

• “千年天枢”电池是苏茂根团队开发的第二代产品。第一代版本（“烛龙一号”）于2024年问世。该装置完全采用中国技术制造。
• 尺寸约为16.8立方厘米，仅略大于一立方英寸。同时，其体积功率密度相比上一代型号提升了近15倍。
• 输出参数：电流0.713微安，电压2.06伏，最大功率1.13微瓦——此时碳-14的活度为129毫居里。
• 工作原理类似于太阳能电池板：碳-14衰变释放的β粒子撞击碳化硅半导体，直接产生电流——无需热能转换。
• 得益于碳-14长达5730年的半衰期，使用寿命可达数千年。目标应用包括：自主传感器、医疗植入物、航天技术、工业电子设备。

核电池——并非您所想的那样

“核电池”这个词容易让人联想到反应堆或武器。但实际上，它完全是另一回事：这是一种紧凑型装置，将同位素自然放射性衰变的能量直接转化为电能——没有燃烧，没有链式反应，没有重核裂变。

这类电源早已在太空中使用：美国国家航空航天局（NASA）将其用于早在1977年发射的“旅行者”号探测器上，并且它们至今仍在运行。中国在“嫦娥”月球探测任务中也使用了类似的电池。这项研发的新颖之处不在于原理本身，而在于在尺寸大幅缩小的同时，实现了参数的显著提升。

工作原理及为何不危险

与大多数现有放射性同位素电池（通过热电元件将衰变热转化为电能）不同，这项新开发采用了直接转换技术。β粒子——碳-14衰变时释放的电子——直接撞击碳化硅半导体并产生电流。这就像一块太阳能电池板，只是辐射源不是太阳，而是同位素。

选择碳-14并非偶然。它释放的是低能β辐射——这种辐射能被薄层材料阻挡，在壳体外部不构成辐射危险。同时，5730年的半衰期确保了在数百个人类生命周期内功率几乎保持不变。

体积不变，性能数量级提升

进步的关键数据：在尺寸仅缩小17%的情况下，新装置的功率密度比上一代版本高出15倍。放射性材料用量减少到原先水平的22%，而输出功率却提升了2.6倍。

这是通过多项技术实现的：三维多层结构节省了空间；采用中国国产的新型碳化硅半导体提高了转换效率；内置超低功耗管理系统使装置能够完全自主运行。

适用场景与不适用场景

“千年天枢”电池无法替代手机电池或电动汽车的动力电池：其功率仅为1.13微瓦——比给手机充电所需功率小一百万倍。然而，这种功率水平对于需要在数十年内无需任何维护、仅需微瓦级功耗的设备来说，是理想之选。

植入式心脏起搏器——目前因电池耗尽，每5至10年就需要更换一次，这需要反复进行手术。位于难以到达区域的传感器——如地下、水下、北极环境中——更换电池在物理上是不可能的。飞离太阳系的太空探测器。需要无需人工干预即可运行的关键基础设施监测系统。

哈萨克斯坦的相关背景

对于哈萨克斯坦而言，这一消息与多个战略方向相交汇。该国开采了全球约43%的铀，并且，在计划建设核电站及“Pax Silica”计划的框架下，该国已宣布了超越原材料出口、进入核循环技术环节的雄心。

碳-14是在核反应堆中通过中子辐照氮气产生的——这意味着拥有反应堆就为国内生产该同位素打开了大门。这并非明日之事，但也不是科幻小说：如果拥有核电站和相应的同位素基础设施，生产放射性同位素电池可能成为哈萨克斯坦核循环中的高科技产品之一。

作者结论

一块方糖大小、无需维护即可运行数千年的电池——这不是幻想，也不是遥远的未来。这是一项经过同行评审的研发成果，已经过实验室测试，并获得了具体的数值参数。其应用市场在数量上不大，但在价值上巨大——医疗、航天、关键基础设施。拥有核能雄心和铀矿资源的哈萨克斯坦，完全有理由将这一方向视为潜在机遇，而非无关之物，并加以关注。