2025年高考用核能為微型裝置提供動(dòng)力

　　用核能為微型裝置提供動(dòng)力

　　目前，世界各地的研究人員正在開(kāi)發(fā)寬度小于人的頭發(fā)的微型裝置，用于從生化傳感器到醫(yī)學(xué)植入體的各種用途。但這方面存在著一個(gè)障礙：目前還沒(méi)人能拿出一種與這么小的微型機(jī)械裝置相匹配的能源。

　　任何一個(gè)隨身攜帶過(guò)使用五磅重電池、而自重僅一磅的便攜式電腦的人都該明白這句話的意思。為了實(shí)現(xiàn)這些裝置的全部潛在用途，需要有這樣一種能源，它既能提供強(qiáng)大的動(dòng)力，又要小得足以安裝在同一塊芯片上。

　　現(xiàn)在，威斯康星大學(xué)的一組工程師相信他們也許找到了正確的方法。他們已經(jīng)開(kāi)始了一個(gè)利用核能來(lái)提供能量的項(xiàng)目，但這些發(fā)電機(jī)將與向家庭和工廠提供電力的帶穹頂?shù)暮穗姀S完全不同。

　　這些微型裝置的能源不是靠轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪機(jī)來(lái)發(fā)電，而是利用微量的放射性物質(zhì)，通過(guò)它們的衰變來(lái)產(chǎn)生電能。以前也有過(guò)這種做法，但規(guī)模要大得多。人們?cè)�用這種方法給從心臟起搏器到探索太陽(yáng)系外層黑暗空間的航天器等各種裝置提供能源。

　　威斯康星大學(xué)的核能工程教授詹姆斯·布蘭查德說(shuō)：“以前還從沒(méi)在我們現(xiàn)在所討論的規(guī)模上做過(guò)這種事。”布蘭查德所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組正設(shè)法開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，這項(xiàng)研究得到了美國(guó)能源部一項(xiàng)45萬(wàn)美元的撥款。

　　盡管單單提起核能就會(huì)使一些人的后背生出絲絲涼氣，但研究人員稱他們的發(fā)電機(jī)只使用極少的放射性物質(zhì)，安全應(yīng)該不是問(wèn)題。布蘭查德說(shuō)，最適合這種技術(shù)的元素是1898年由居里夫婦發(fā)現(xiàn)的釙。

　　放射性物質(zhì)已廣泛應(yīng)用在許多裝置中，包括煙霧探測(cè)器。另外一些復(fù)印機(jī)上也使用條狀的放射性物質(zhì)消除紙張間的靜電。但如果核電要成為未來(lái)的微型“機(jī)器”的能源，這項(xiàng)技術(shù)必須縮小到微觀水平。布蘭查德說(shuō)，用放射性材料發(fā)電可以有兩種方法。放射性材料衰變時(shí)發(fā)出的熱量可以使一些物質(zhì)放出電子，從而形成電能。但研究小組傾向于一種更直接的方法。

　　布蘭查德說(shuō)：“當(dāng)放射性同位素衰變時(shí)，它會(huì)釋放出帶電粒子，這樣你就能直接俘獲這些帶電粒子，利用它們產(chǎn)生電能。”他說(shuō)，相對(duì)于這些裝置的規(guī)模而言，這些粒子產(chǎn)生的電壓是非常高的。布蘭查德說(shuō)，他的研究小組并沒(méi)有直接考慮這些微型裝置的用途。他認(rèn)為，一旦有了一種合適的能源，其他人將會(huì)想出許多用途來(lái)。事實(shí)上，世界各地有數(shù)十個(gè)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在研制被稱作MEMS的微型機(jī)電設(shè)備，它是當(dāng)今高科技領(lǐng)域的關(guān)鍵課題之一。

　　布蘭查德在這個(gè)項(xiàng)目中的同事、電氣工程學(xué)教授阿米特·拉爾說(shuō)，一旦有了合適的能源，將會(huì)產(chǎn)生“以前根本不可能的許多用途”。

　　這項(xiàng)技術(shù)最直接的應(yīng)用很可能是用來(lái)研制各種各樣的微型傳感器。一種合適的能源能夠用無(wú)線聯(lián)絡(luò)的方式把數(shù)以百計(jì)的微型傳感器聯(lián)系起來(lái)，這是一項(xiàng)在軍事上很有潛力的用途。這樣的傳感器小至肉眼無(wú)法看到，可以在惡劣環(huán)境中探測(cè)化學(xué)物質(zhì)的存在。布蘭查德說(shuō)：“假如它們發(fā)現(xiàn)了它們不喜歡的化學(xué)物質(zhì)，它們能向某個(gè)中心位置發(fā)回信號(hào)，這樣人們不用到現(xiàn)場(chǎng)就能找到這些化學(xué)武器了。”這些傳感器也能用來(lái)探測(cè)工廠內(nèi)微量的有害化學(xué)物質(zhì)和氣體。一個(gè)有趣的前景是我們可以把這些傳感器造得很小，把它們混入重型機(jī)械上使用的潤(rùn)滑油中，以便探測(cè)什么時(shí)候需要對(duì)機(jī)器進(jìn)行保養(yǎng)。

　　拉爾說(shuō)：“最大的影響可能是把這些傳感器系統(tǒng)結(jié)合到日常系統(tǒng)中，從而使日常系統(tǒng)變得更加可靠、安全和智能。”

　　人們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的原理已經(jīng)了如指掌。而威斯康星大學(xué)的這個(gè)研究小組所面臨的挑戰(zhàn)就是縮小這項(xiàng)技術(shù)的規(guī)模，使之達(dá)到很小的程度，比其他任何人所能做到的還要小很多。

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