也许你正在为手机上经常电池充电而头痛？也许你又为心脏起博器按时手术治疗拆换电池而苦恼?你是否知道深海探测无人潜水器要怎样才能更持久投入工作？你了解火星探测器为了能增加续航力用了一种特殊电池吗？

2021年，火星登陆的好奇号探测仪应用了一台多功能放射性物质同位素温差同位素电池(MMRTG),这类电池能够很好地处理以上难题，现在就深度解读这类奇妙的电池——同位素电池。

一、什么叫同位素，同位素能干什么?

同位素就是指原子内质子数(质量数)同样但中子数不同类型的同一原素。就像我们日常生活中常用的氢元素有就三种同位素，各是氕(H)、氘(D，重氢)、氚(T，过重氢)，二者之间相互之间同位素，是同一的元素不一样核素。

其中还有一些原素很不平稳，能自发的发送颗粒或放射线，释放出来一定能量进而变为另一种原素相对稳定的分子，这样的原素便是放射性物质同位素。放射性物质同位素发送放射线的一个过程便是同位素衰变的一个过程，放射性元素的数量衰变到原有一半所需要的时间是放射性物质同位素的药物半衰期。比如，238Pu的药物半衰期是87.7年，换句话说，一颗238Pu放射性物质在放了87.7年之后仅有一半的钚-238衰变没了。

不仅在科学技术中的重要性，在咱们日常生产活动中，很多同位素也发挥了重要作用，比如在食品加工中，能够利用同位素60Co造成放射线来对食物开展辐照灭菌；在医疗临床医学层面，早已设立了百余种同位素医治方式，能够对一些肿瘤细胞完成靶向治疗辐射源从而阻拦在其患者身体内再次蔓延；在能源领域，利用原子炉来给予电力工程。

除了以上运用以外，还能够利用238Pu等同位素衰变后的热量生产制造同位素温差电池及其利用63Ni衰变时释放出来的辐射源颗粒来制作辐射源安培效用同位素电池。

二、同位素电池长什么样？

接下来我们主要推荐下运用比较完善的二种电池：同位素温差电池和辐射源安培效用同位素电池。

同位素温差电池（RTG）是利用热电材料的塞贝克效应将同位素的衰变热立即转化成电磁能的发电装置。RTG由三个部分构成，从里到外各是同位素热原、热电转换元器件、排热机壳。同位素热原发出热量使热电材料两边造成温差，进而利用热电材料的塞贝克效应造成电流量，而材料做成外壳既能阻隔辐射源，又能把没被利用的热量释放出来出来。

辐射源安培效用同位素电池由放射性物质、半导体材料超声波振子件、电级、机壳等部件构成，其原理是放射性物质与半导体器件产生相互影响时，根据水解激起功效造成电子器件空化对，之后在半导体材料内建电场的影响下这种造成电子空化对所电级分离出来搜集，从而完成了将放射性物质的衰变能转换成电磁能。

三、同位素电池可以干什么？

同位素电池具备结构紧凑、稳定性高、使用寿命长（能够持续磷酸原数十年）、不会受到环境危害、不用维护保养等一同优点，所以可以在一些需要长时间免维护或是自然环境繁杂无法充电情景，保证一劳永逸，直至退伍。同位素电池抵御外部影响能力能够辗压一众普通化学电池；与此同时，同位素电池的使用期关键与同位素的药物半衰期相关，最久的乃至可以用近百年。

也正因为有上述优点，放射性物质同位素电池在具体的主要用途上有着“既可以上九天揽月，又可下五洋捉鳖”的独特技能。

2018年，在我国发射成功的探月工程项目仙女“四号”探测仪，其采用的同位素温差电池在月夜休眠状态阶段的零下190℃环境温度中可以满足各类性能指标规定，比较之下，普通化学电池将无法在如此极端低温环境下工作中。在具体操作过程中，月球车推送回来数据显示同位素温差电池供暖、供电系统正常的，完成了我国首次同位素温差电池空间应用。

在大洋深处，太阳能发电电池基本上派不上用场，然料电池和其它有机化学电池的使用期又过短，这时，同位素电池就能异彩纷呈。比如，它可作为深海潜水艇导航栏传送门的电力能源，能确保指向标每过几秒闪亮一次地连续运行数十年；美国将同位素电池作为海缆的中继站开关电源，可以在五六千米海底的高压下可以信赖投入工作。

同位素电池也有生物医学工程里的运用。比如在心脏起博器中，现阶段常见的锂-碘电池因为容易受无线电波的影响进而给使用人造成不变，且使用寿命在5年之后。而医疗同位素电池不容易遭受干扰信号，坚固耐用在15年之后。全世界早已有一部分心脏病人嵌入了同位素电池驱动心脏起博器，使学生满血复活。

值得一提的是，由于物联网的迅速发展，为确保集成电路芯片（IC）和感应器、功耗低元器件等微机电系统（MEMS）可以正常的排热并且不危害无线通信数据信号，就导致这种电子元器件及功能模块的磷酸原设备慢慢趋向小型化、寿命长、性能稳定的特征，而同位素电池相比普通化学电池更能够满足这种要求。

四、同位素电池早已发展趋势到何种程度？

从1961年国外第一颗人造地球卫星“冒险者一号”初次带上同位素电池进到宇宙空间工作中，到强仕登月宇宙飞船带上二颗同位素电池进入了月球，再从2010年有公司获得同位素电池产品销售资质证书，经历了几十年的发展趋势，同位素电池在国外早已走向产业发展。

相似的从研究到产业发展的发展史也出现在了前苏联和俄罗斯。而我们国家的同位素电池发展比较晚，尤其是在同位素电池的产业发展层面，还是有很大的提升空间。依据国家航天局在2018年宣布的深空探测方案，未来三十年在我国将举办月球、火花、木星的检测，这就意味着同位素电池的产业化是刻不容缓的需要。现阶段，中国有关团队在同位素电池产品研发层面加大力度，百花争艳。

同位素电池在以很明显的速率迅猛发展，坚信不久的将来，也可以给人们日常生活的点点滴滴产生巨大便捷，遇见了这种同位素电池后，你心动了吗？

制作：科普中国

创作者：氢核科学合理国际性研究所

总监制：中国科普博览

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