[发明专利]一种氡气富集型α射线核电池

说明书

本发明公开了一种氡气富集型α射线核电池，包括氡气富集层、换能层和负载，氡气富集层包括氡气富集支撑外壳和氡气富集芯，氡气富集支撑外壳内外两面均开设有穿透孔，穿透孔的孔径小于氡气富集芯中颗粒的粒径，氡气富集层的厚度不大于氡气衰变放出α粒子在空气的射程。本发明针对氡浓度较高的矿洞或坑道中，采用氡气富集层吸收富集天然存在的放射性氡气分子，衰变放出α射线进入换能层，换能层吸收了α射线能量后，将辐射能量转换为电能，实现一种安全性好、稳定性高、续航能力强的电源装置，凭借环境条件，完全脱离人员和传统有线供电方式，可为开展无人值守的常态化电子监控等需求提供电源。

技术领域

本发明属于高氡环境下的富集型α射线核电池技术领域，具体涉及一种氡气富集型α射线核电池。

背景技术

核电池是一种将放射源衰变释放的辐射粒子能量转变为电能的装置，放射源主要使用放射性同位素。因同位素衰变过程不受外界温度、湿度、压力、磁场等条件影响，使得核电池具有稳定性高、续航能力强等特点，有望作为航天、深海、极地等极限环境下的微电子系统、机械系统的理想电源。主要包括辐射源和换能单元两部分。

按照放射源的种类可将同位素核电池分为β辐射伏特效应核电池和α辐射伏特效应核电池。按照工作原理可将核电池分为初级核电池、热电转换式核电池、辐致光伏效应核电池和辐射伏特效应核电池等。其中辐射光伏核电池利用射线源发射的辐射粒子轰击闪烁体材料，闪烁体辐射发光经光电效应转化为电信号，光电探测器件作为换能单元；辐射伏特效应核电池利用辐射粒子直接轰击半导体探测器，辐射粒子在探测器中沉积能力的过程中产生电子-空穴对，在内建电场的作用下电子-空穴对分别向两级漂移形成电流，半导体探测器作为换能单元。

氡是一种天然放射性气体，放出能量为5.47MeV的α粒子，半衰期为3.83天。主要来源于天然铀矿石析出，也来源于大地、海洋、地下水、煤炭等的释放。天然室内环境的氡浓度一般不超过200Bq/m³，而对于某些地下矿洞、国防工事等，由于通风不畅、岩体特殊等原因，山洞或地下坑道中的氡浓度可能高于普通室内环境几十甚至上百倍。氡本身是一种有毒有害气体，可通过呼吸道进入人体内部产生内照射损害，被认为是诱发肺癌的元凶之一。因此，在氡浓度过高的场所不合适人员的长期停留。在这种高氡环境下，需要开展某些常态化的监控监测，如矿洞的瓦斯监测，而通过有线方式连接监测系统具有一定的安全风险，无线、电功率低、长时间续航的核电池成为了理想的电源类型。另一方面，矿洞勘察、人员搜救等极端条件下，也对无线电源系统提出了较高的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种氡气富集型α射线核电池，其设计新颖合理，针对氡浓度较高的矿洞或坑道中，采用氡气富集层吸收富集天然存在的放射性氡气分子，衰变放出α射线进入换能层，换能层吸收了α射线能量后，将辐射能量转换为电能，实现一种安全性好、稳定性高、续航能力强的电源装置，凭借环境条件，完全脱离人员和传统有线供电方式，可为开展无人值守的常态化电子监控等需求提供电源，成本低，为利用环境中的天然放射源提供了一种全新思路，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种氡气富集型α射线核电池，其特征在于：包括氡气富集层、设置在所述氡气富集层内侧的换能层和与换能层连接的负载，所述氡气富集层包括氡气富集支撑外壳和填充在所述氡气富集支撑外壳内且为颗粒形态的氡气富集芯，氡气富集支撑外壳内外两面均开设有穿透孔，所述穿透孔的孔径小于氡气富集芯中颗粒的粒径，所述氡气富集层的厚度不大于氡气衰变放出α粒子在空气的射程。

上述的一种氡气富集型α射线核电池，其特征在于：所述氡气富集层和换能层安装在外壳上，换能层和外壳之间设置有绝缘底座，换能层的正极通过电流出线与负载的负极电性连接，换能层的负极通过电流入线与负载的正极电性连接。

上述的一种氡气富集型α射线核电池，其特征在于：所述负载与外壳之间绝缘。

上述的一种氡气富集型α射线核电池，其特征在于：所述氡气富集支撑外壳包括PVC塑料支撑外壳，氡气富集芯为活性炭或石墨烯。