随着全球对能源需求的不断增长，核能作为一种重要的能源形式正日益受到重视。预计到2050年，核能在全球能源结构中的占比将增长2.5倍。然而，核能的普及也带来了一个不可忽视的问题——核废料的产生。如何处理这些具有放射性的废料，并将其转化为可用的资源，成为科学家们研究的重要课题。
核废料再利用的新思路：闪烁晶体微型电池
近日，一项新的研究表明，闪烁晶体与太阳能电池结合，可以转化为微型电池，从而利用核废料中的潜在能量进行发电。闪烁晶体是一种高密度材料，当暴露于伽马射线时会发光，常用于医学成像和辐射探测。俄亥俄州立大学（OSU）的科学家们巧妙地利用了这一特性，将闪烁晶体与太阳能电池配对，将伽马射线产生的能量转化为电能。
这项研究成果发表在《Optical Materials: X》期刊上。研究人员表示，这种新型电池虽然目前产生的电量有限，仅为数百纳瓦甚至微瓦级别，但足以驱动微型传感器。未来，通过技术改进和规模化生产，有望将其功率提升至瓦特级别甚至更高。
“我们正在尝试将一种被认为是废弃物的物质转化为宝贵的资源，”该研究的共同作者、俄亥俄州立大学的Raymond Cao在一份新闻稿中表示。
实验结果：钴-60表现更佳
研究团队使用两种放射性物质——铯-137和钴-60对电池进行了测试。铯-137是核废料中最常见的裂变产物之一，而钴-60（也是裂变的副产品）则被用于放射治疗。在使用铯同位素进行测试时，核废料电池仅产生了288纳瓦的电量。然而，使用钴-60进行测试时，电池的发电量达到了惊人的1.5微瓦，足以驱动微型传感器。研究人员认为，通过优化设计和选用合适的放射源，有望进一步提高电池的发电能力。
晶体形状的影响
闪烁晶体的形状也对发电量产生重要影响。体积更大的晶体可以吸收更多的辐射，从而产生更多的光。更大的表面积也意味着太阳能电池可以产生更多的电力。因此，优化晶体形状和尺寸是提高电池性能的关键因素之一。
“这些是功率输出方面的突破性成果，”该研究的另一位共同作者Ibrahim Oksuz在一份新闻稿中说。“这种两步过程仍处于初步阶段，但下一步涉及通过放大结构产生更大的瓦数。”
应用前景：恶劣环境下的能源供给
在短期内，这种新型电池非常适合应用于辐射环境较高的场所，例如核燃料池或用于深海和深空探测的核能系统。这些应用环境通常难以维护，而这种新型电池具有维护成本低的优点，可以长时间稳定运行，为这些环境提供可靠的能源供给。
其他核废料再利用尝试
事实上，利用核工业的副产品制造电池的尝试并非首次。早在2020年，布里斯托大学的物理学家就致力于回收废石墨块中的碳-14同位素，用于制造长寿命的钻石电池。这种方法不仅可以产生能源，还可以降低剩余材料的放射性，使其更易于处理。
应对能源挑战：核能的未来
由于全球迫切需要摆脱加剧气候变化的化石燃料，国际原子能机构（IAEA）预测到2050年全球核电将增长2.5倍。因此，现在正是开始研究如何将反应堆的核废料转化为产生能量的宝贵资源的时候。
总而言之，利用核废料开发新型微型电池，不仅可以解决核废料处理的难题，还可以为特定应用场景提供可靠的能源供给。虽然目前该技术仍处于初期阶段，但随着技术的不断发展和完善，有望在未来发挥更大的作用，为人类应对能源挑战做出贡献。
