[发明专利]直接将放射性衰变能量转换为电能的装置

说明书

本发明一般地涉及一种直接将放射性衰变产物的能量转换为电能的装置，尤其涉及利用阿尔法粒子源维持和加强L-C振荡器电路中的振荡。

今天，对于小型、精巧、可靠、轻便、并且装成一体而结实耐用的电源的需要在不断增长，以便为电动汽车、家庭、工业、农业、娱乐事业、远程监控系统和卫星这样一些应用领域提供电力。今天大多数的卫星用太阳能电池和传统的化学电池组供给电力，并且只要求少量电力以支持运行。雷达、先进的通信卫星，特别是各种高技术武器的装卸台，将要求比今天的空间电力系统能提供的大得多的电力源。对于这种极大功率的应用场合，核反应堆似乎是适用的。但是，对于中等功率范围，10至100千瓦，核反应堆带来了一系列难以解决的技术问题。以今天的效率，要提供100千瓦，会要求许多英亩面积的太阳能吸收板。同样，在一段有效时间内足以提供100千瓦所需的化学燃料，也将是太沉重、太笨拙，以致不能付诸实用。

以前，曾有过几种周知的、将天然放射性元素在衰变期内释放的放射性能量转换为电能的方法。早在本世纪五十年代初就已研制了一种像葡萄柚大小的放射性同位素热电发生器，它是利用了钚-238衰变时放射的阿尔法粒子所产生的热量。但是，它的输出功率仅限于几百瓦。直接将放射性衰变能量转换为电能的其他一些方法已在美国专利第3，290，522、第3，409，820以及第3，939，366号中公开。

1966年12月6日颁发给罗伯特、吉耐尔（Robert    Ginell）的题为“核辐射发电器”的美国专利第3，290，522号公布了一种通过调制被限制于磁场封闭空间内的带电粒子云密度而提供电力的装置。放射性物质被置于一个空心球的中央，球的内表面镀覆着一层银。该球体居中位于一块永久磁铁的两极之间。带电粒子云密度的变化引起该粒子云建立的磁场的变化。磁场的这种变化切割导电机构，在其中建立电位和电流。把周期变化的静电场和电磁场用于受限制的带电粒子云，可以改变带电粒子云的密度。电能是在放射性物质衰变期间，在出现天然蜕变现象时从给予带电粒子（衰变产物）的动能得到的。但是，用这种方式发电转换效率很低，而且提供的电力量级太小以致不能应用于大多数场合。

1968年11月5日颁发给詹姆斯·O·伯克（James    O.Burke）的题为“电力装置”的美国专利第3，409，820号公开了一种通过放射性物质传导电流从而放大电流的装置。尽管该装置提供了某种电流放大作用，但同时要求有一个外部电源，例如常规的电池组，因而不能为大多数应用场合提供充足的电力。

1976年2月17日颁发给Yasuro    Ato等人的题为“将放射性能量转换为电能的方法以及用于完成此项转换的装置”的美国专利第3，939，366号公开了一种装置，其中放射性能量被转换为电能是通过用放射性衰变产物辐照半导体材料，从而使该材料产生一定数量的电子一空穴对来实现的。使一个磁场，沿垂直于电子一空穴对扩散和垂直于所加磁场的方向穿越该半导体材料，以便在该半导体材料有关端面上设置的电极处收集电子和空穴，从而在该半导体材料上产生电位。虽然由Ato等人公开的这种装置的转换效率比之伯克或是吉耐尔所公开的装置要高得多，然而该装置的输出功率仍不足以满足诸如电动汽车或是卫星这类应用的要求。

本发明的首要目的是，提供一种直接将放射性衰变能量转换为电能的装置。

另一个目的是，提供一种小型、精巧、可靠、轻便、装成一体并且结实耐用，从而适用于汽车、家庭、工业、农业以及文娱方面和卫星的电源。

还有一个目的是，提供一种能在一段长时间内供应大量电力，并且少要或不要维护或添加燃料的电源。

按照本发明原理所提供的一种核电池，其中放射性物质在天然蜕变期间所给予放射性衰变产物的能量，被用于维持和增强一个高Q值L-C振荡回路中的振荡。振荡回路中的电感包括电源变压器的一次绕组，并且是围绕在由放射性物质混合组成的芯体周围。放射性物质的混合物比单独使用一种放射性物质产生更大的放射性衰变产物通量，于是为从小容积芯体输出大功率提供了必要的通量。诸如镭这样的长寿命同位素的使用，保证了核电池至少有长达十年的稳定输出。

通过以下结合附图的详细说明，本发明其他的和进一步的目的以及优点就会一目了然。附图中

图1是按照本发明原理画出的L-C等效谐振电路简图;

图2是按照本发明原理构制的核电池的接线图;

图3是图2所示核电池放射性芯体顶部的平面图;

图4是图2所示核电池顶部的平面图;以及