一种复合型核电池的理论设计.pdf

第33 卷 第4 期 核 技 术 Vol. 33, No.4 2010 年4 月 NUCLEAR TECHNIQUES April 2010 一种复合型核电池的理论设计 彭振驯 张 鹏 贺朝会 （西安交通大学核科学与技术学院 西安 710049 ） 摘要 在各类核电池中，直接接收型核电池的结构最简单，但其效率不高。部分原因在于很多带电粒子反向 发射，被发射极自吸收而产生废热。考虑到如何把燃料产生的废热利用起来，设计了一种复合型核电池的结 构，即在直接接收型核电池结构的基础上，加上热电转换装置，把直接接收型核电池产生的废热转换为电， 进而可以明显地提高整个电池1%左右的效率。 关键词 核电池，热电转换，废热利用，复合型核电池 中图分类号 TL99 核电池，又名放射性同位素电池[1] ，是将衰变 1 复合型核电池的理论设计 能转换为电能的装置。根据能量转换方式，可分为 直接和间接能量转换型核电池，前者将放射源发射 1.1 直接接收型核电池 [2] 的带电粒子的动能直接转换为电能，结构简单 ， 直接接收型核电池的结构如图1a 所示。发射极 有初级发射核电池和次级发射核电池，但其发射极 上的放射源发射带电粒子，一部分带电粒子克服电 会吸收约半数的带电粒子，这部分能量变为热量， 场力穿过绝缘层到达接收极，使接收极产生与发射 能量转换效率不高。 极符号相反的电荷；其余带电粒子则被发射极自吸 间接能量转换型核电池则将衰变能先转换成热 收而产生废热。在两极引出导线接上负载，便有电 能或光能等，再转换成电能，能量转换效率较高， 流。两极板间须要有较高真空度以减小漏电流的产 但结构较复杂。考虑到直接型核电池的结构能很方 生。直接接收型核电池的工作电压为数百伏至上万 便的加入热电转换装置，可设计一种复合型核电池， [3] 90 90 伏不等 。如可利用源强为4.08 TBq 的 Sr/ Y 源， 将其发射极吸收带电粒子产生的热量加以利用，从 其β射线的平均能量为 1.1 MeV (见图1b 的衰变纲 而提高电池效率。 图) ，设负载电阻RL=800 MΩ，且50%的带电粒子 本文对这种复合型核电池结构的可行性进行理 被接收极收集，则负载电流IL=0.657 μA ，工作电压 论分析，并计算其电输出参数。 V =0.261 kV 。直接接收型核电池等效电路见图1c。 OP 90 90 图1 直接接收型核电池的结构(a)、 Sr/ Y 衰变纲图(b)和等效电路(c, 虚线