2025年高考用核能為微型裝置提供動力

　　用核能為微型裝置提供動力

　　目前，世界各地的研究人員正在開發(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)開始了一個(gè)利用核能來提供能量的項(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)動的渦輪機(jī)來發(fā)電，而是利用微量的放射性物質(zhì)，通過它們的衰變來產(chǎn)生電能。以前也有過這種做法，但規(guī)模要大得多。人們曾用這種方法給從心臟起搏器到探索太陽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：“以前還從沒在我們現(xiàn)在所討論的規(guī)模上做過這種事。”布蘭查德所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組正設(shè)法開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，這項(xiàng)研究得到了美國能源部一項(xiàng)45萬美元的撥款。

　　盡管單單提起核能就會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)該不是問題。布蘭查德說，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，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：“當(dāng)放射性同位素衰變時(shí)，它會釋放出帶電粒子，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，相對于這些裝置的規(guī)模而言，這些粒子產(chǎn)生的電壓是非常高的。布蘭查德說，他的研究小組并沒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，其他人將會想出許多用途來。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，一旦有了合適的能源，將會產(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)用很可能是用來研制各種各樣的微型傳感器。一種合適的能源能夠用無線聯(lián)絡(luò)的方式把數(shù)以百計(jì)的微型傳感器聯(lián)系起來，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法看到，可以在惡劣環(huán)境中探測化學(xué)物質(zhì)的存在。布蘭查德說：“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，這樣人們不用到現(xiàn)場就能找到這些化學(xué)武器了。”這些傳感器也能用來探測工廠內(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)械上使用的潤滑油中，以便探測什么時(shí)候需要對機(jī)器進(jìn)行保養(yǎng)。

　　拉爾說：“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。

　相關(guān)推薦：

　　高考物理知識點(diǎn)匯總

最新高考資訊、高考政策、考前準(zhǔn)備、志愿填報(bào)、錄取分?jǐn)?shù)線等

高考時(shí)間線的全部重要節(jié)點(diǎn)

盡在"高考網(wǎng)"微信公眾號