一個原子完全轉換成能量能讓一輛電瓶車跑多遠?

提這個問題的同學,我認為是一個深受電池困擾的外賣小哥,深厚的物理知識背景下,電瓶車轉瞬即逝的電量,深深的傷害了小哥的自尊,于是,從最高級的能量釋放形式中,尋求一勞永逸的解決辦法。

所以,這是一個解決快遞/外賣小哥終極怨念的好題目!

我這就來解惑一把。

核能電池的可行性

目前地球人使用的電池,除非是超級電容,其他的從原理上來看,都是化學能電池。

但人類早已掌握了更高級的能量轉化形式——核能,那么把核能應用到電池上,有沒有希望呢?

核能有三種釋放的方式——聚變、裂變、衰變。

聚變號稱永遠還差50年,直到2020年的今天,依然看上去很美好,但實現仍舊遙遙無期,我們只能自覺的放一邊。

裂變基本已經純熟的應用在核電站的發電事業中了,但要做到小型化,甚至用到電瓶車上,那基本是扯淡。

那沒辦法了,只剩下華山一條路——衰變,別說,這東西已經有不少的應用了,外賣小哥的電瓶車,獲得永恒的能量,理論上是有希望的!

核能電池的應用——放射性同位素電池的應用

這個事實一點都不超前,說真的,還是一個50多年前的老技術而已。

同位素電池有屬于它的曾經輝煌的舞臺,那就是廣袤的太空——美國人登月的時候,早就盯上它了。

阿波羅11號飛船安裝了兩個放射性同位素裝置,其熱功率為15瓦,用的燃料為钚-238。放射性同位素裝置并不是直接提供電能的,而是供飛船在月面上過夜時取暖使用。

這個發明創造投入使用后,就一發不可收拾,在后來發射阿波羅宇宙飛船上,都安裝了SNAP-27A裝置。SNAP-27A設計的電輸出功率為63.5瓦,重量為31千克,它不僅可以提供電力,還能發熱保暖。實乃太空旅行的必備良品。

總的來說,在深海探測、水下監聽、海底電纜中繼站等場合,放射性同位素電池的應用,非常廣泛。

電瓶車的希望

外賣小哥的希望在熊熊燃燒之際,我來潑個涼水吧。

雖然地球人目前已經發現了超過一千五百多種放射性核素,但真正能用于同位素電池的核素至少得滿足應條件后,真正能夠用作放射性同位素電池的核素只剩钚238、鍶90、鈷60、銫137等十多種。在實際生產生活中,廣泛使用的則只有钚238、鍶90。

同時,同位素電池燃料的放射性,也是一件令人頭疼的事情,當衰變放出的粒子動能大于200-250千電子伏特時,就會對電池中的硅晶體結構造成不可逆的損傷。簡單的說,連電池都頂不住輻射了,你作為使用者,有膽量試試嗎?

最后,能量密度的問題,才是真正的大問題。因為放射性輻射的影響,目前同位素電池的能量密度令人失望。阿波羅計劃中使用的同位素電池31kg但輸出功率僅70W,這點功率,點亮一盞節能燈是足夠了,但要讓電瓶車跑起來,你想過電池的總重量超過車重的情況嗎?這畫面太美我不敢看啊!

結語

講了半天,還是最后回應一下題主的直接提問,一個原子的轉變,以碳12為例,大約是是1.8*10^-9焦耳,可以推動電瓶車行駛1納米左右。

但一個原子是十足的微觀尺度,和宏觀直接聯系,是沒有意義的。現實中,我們根本不可能分離出單獨一個原子進行控制的,所以沒必要計較太多。

真家伙要使用,還得看我剛剛講到的電池啊。不過,目前來看,外賣小哥還是老實充電比較實際了。

我是貓先生,感謝閱讀。

10 条回复 A文章作者 M管理員
  1. 漲姿勢了啊[贊]#這很科學#

  2. 主要考慮安全性吧

  3. 如果這個原子接近光速呢? [呲牙]

  4. E=mc2次方

  5. 你講的只是目前人類能使用的三種方式,對于質子中子還沒利用。我想質子和中子甚至電子還能分裂的,而且放出來的能量比裂變聚變輻射還更可怕,最終的為湮滅全部轉化為能量。

  6. 不如一根火柴的能量大

  7. 媽呀,說了大半天不知道反物質

  8. 你這說了半天,并沒有回答小哥的問題啊,他問的是一個原子轉化的能量能跑多遠,不是能不能實現核能電池來跑電瓶車,注意審題哦

  9. 不止三種核反應 還有 “湮滅” [呲牙] 老愛爺子 不是有 E=mc平方 嗎 釋放能量等于 質量 乘以光速的平方 就是 物質100%轉化能量的 計算公式 我記得 核聚變好像只消耗 16%左右的質量 裂變更少 4-5分之一 聚變的能量

  10. 為外賣小哥打call。核能利用新玩法[呲牙]