放射性同位素电池
kangyuhelf22008/11/03电气电工 IP:广东
放射性同位素电池

  radioactive isotope battery
   放 射 性 同 位 素 电 池
  “放射性同位素电池”也被叫做“放射性同位素温差发电器”或“原子能电池”。这种温差发电器是由一些性能优异的半导体材料,如碲化铋、碲化铅、锗硅合金和硒族化合物等,把许多材料串联起来组成。另外还得有一个合适的热源和换能器,在热源和换能器之间形成温差才可发电。
  【放射性同位素电池原理】
   放射性同位素电池的热源是放射性同位素。它们在蜕变过程中会不断以具有热能的射线的形式,向外放出比一般物质大得多的能量。这种很大的能量有两个令人喜爱的特点。一是蜕变时放出的能量大小、速度,不受外界环境中的温度、化学反应、压力、电磁场的影响,因此,核电池以抗干扰性强和工作准确可靠而著称。另一个特点是蜕变时间很长,这决定了放射性同位素电池可长期使用。放射性同位素电池采用的放射性同位素来主要有锶-90(Sr-90,半衰期为28年)、钚-238(Pu-238,半衰期 89.6年)、钋-210(Po-210半衰期为138.4天)等长半衰期的同位素。将它制成圆柱形电池。燃料放在电池中心,周围用热电元件包覆,放射性同位素发射高能量的α射线,在热电元件中将热量转化成电流。
  

原理图
 放射性同位素电池的核心是换能器。目前常用的换能器叫静态热电换能器,它利用热电偶的原理在不同的金属中产生电位差,从而发电。它的优点是可以做得很小,只是效率颇低,目前热利用率只有10%~20%,大部分热能被浪费掉。
  在外形上,放射性同位素电池虽有多种形状,但最外部分都由合金制成,起保护电池和散热的作用;次外层是辐射屏蔽层,防止辐射线泄漏出来;第三层就是换能器了,在这里热能被转换成电能;最后是电池的心脏部分,放射性同位素原子在这里不断地发生蜕变并放出热量。
  【放射性同位素电池的发展史】
  第一个放射性同位素电池是在1959年1月16日由美国人制成的,它重1800克,在280天内可发出11.6度电。在此之后,核电池的发展颇快。1961年美国发射的第一颗人造卫星“探险者1号”,上面的无线电发报机就是由核电池供电的。1976年,美国的“海盗1号”、“海盗2号”两艘宇宙飞船先后在火星上着陆,在短短5个月中得到的火星情况,比以往人类历史上所积累的全部情况还要多,它们的工作电源也是放射性同位素电池。因为火星表面温度的昼夜差超过100℃,如此巨大的温差,一般化学电池是无法工作的。
  【放射性同位素电池的应用】
  大海的深处,也是放射性同位素电池的用武之地。在深海里,太阳能电池根本派不上用场,燃料电池和其他化学电池的使用寿命又太短,所以只得派核电池去了。例如,现在已用它作海底潜艇导航信标,能保证航标每隔几秒钟闪光一次,几十年内可以不换电池。人们还将核电池用作水下监听器的电源,用来监听敌方潜水艇的活动。还有的将核电池用作海底电缆的中继站电源,它既能耐五六千米深海的高压,安全可靠地工作,又少花费成本,令人十分称心。
  在医学上,放射性同位素电池已用于心脏起搏器和人工心脏。它们的能源要求精细可靠,以便能放入患者胸腔内长期使用。以前在无法解决能源问题时,人们只能把能源放在体外,但连结体外到体内的管线却成了重要的感染渠道,很是使人头疼。现在可好了,眼下植入人体内的微型核电池以钽铂合金作外壳,内装150毫克钚238,整个电池只有 160克重,体积仅 18立方毫米。它可以连续使用10年以上。
  【放射性同位素电池和阿波罗飞船】
  1969 年7月21日,人类第一次成功地登上月球,使用的是阿波罗11号飞船。在月球表面的“静海区”着陆之后,进行了一系列科学实验,例如采集岩石样品、测定太阳风等等。很多人或许还能记得,当时人们都在屏住呼吸从电视屏幕上观看人类第一次登上月球的情景,观看船长阿姆斯特隆和飞行员奥德林在月面上手舞足蹈的动人场面。
  在阿波罗11号飞船上,安装了两个放射性同位素装置,其热功率为15瓦,用的燃料为钚-238。但是,阿波罗11号上的放射性同位素装置是供飞船在月面上过夜时取暖用的,也就是说它仅仅用于提供热源。所以,该装置又叫做ALRH(Apolo Lunar RI Heater)装置,意思是阿波罗在月球上用的放射性同位素发热器。但是,在后来发射的用于探索月面的阿波罗宇宙飞船上,安装的放射性同位素装置全部是为了发电用的。这就是SNAP-27A装置。它用的燃料是钚-238,设计的电输出功率为63.5瓦,整个装置重量为31千克,设计寿命为一年。主要是用于阿波罗月面探查的一系列科学实验。月球上的一天等于地球上的27天。黑夜的时间占一半,一夜约为地球上的两周。太阳电池在黑夜期间完全停止工作。与此同时,处于背阳的月面,其温度会急剧下降好几百度,从酷热一下变成了严寒的世界。为了使卫星上的地震仪、磁场仪以及其它机械能正常工作,必须利用余热进行保温。在阿波罗12号飞船上首次装载的放射性同位素电池——SNAP-27A装置,其寿命远远超过设计时考虑的一年,并能连续供给70瓦以上的电力,完全符合预期的设计要求。由于这一实验获得成功.后来在1970年发射的阿波罗14号以及随后的阿彼罗15号、16号、17号等飞船上都相继安装了SNAP-27A装置。
  放射性同位素电池极其贵重,而且使用钚-238的放射性同位素电池我国还不能生产。十几年前,我国从俄罗斯买过一枚放射性同位素电池,大小相当于2#干电池,输出功率500mW,可以连续输出200多年,当时买来的价格折合3000万元人民币。科学家在严密的防护下打开它,结构看起来很简单,但是研究了几年也没有结果,不知道怎么做出来的。
  【我国第一个钚-238同位素电池】
  我国第一个钚-238同位素电池已在中国原子能科学研究院诞生了,同位素电池的研制成功填补了我国长期以来在该研究领域的空白,标志着我国在核电源系统研究上迈出了重要的一步。
  同位素电池是利用放射性同位素衰变过程释放的热能,通过热电偶转换成电能,具有尺寸小、重量轻、性能稳定可靠、工作寿命长、环境耐受性好等特点,能为空间及各种特殊、恶劣环境条件下的高空、地面、海上和海底的自动观察站或信号站等提供能源。同位素电池在美、俄等国已实际应用,用于航天器的能源供应。
  随着我国空间探测的进一步发展(包括“登月计划”的启动)以及未来深空探测的需求,为我国航天器提供稳定、持久的能源已提到议事日程上来,作为迄今为止航天器仪器、设备最理想供电来源的同位素电池成为航天技术进步的重要标志,掌握同位素电池制备的一系列关键技术并具备自主研制生产能力显得尤为重要。
  2004年,原子能院同位素所承担了“百毫瓦级钚-238同位素电池研制”任务,在两年时间里要完成总体设计和一系列相关工艺研究,研制出样品。
  同位素所和协作单位并按制定的研究方案开展了大量的模拟实验、示踪实验、热实验等工作。最终检测表明电池性能完全达到了技术指标要求,辐射防护检测的各项指标均符合国家安全要求。中国第一个钚-238同位素电池诞生了。
  我国第一个钚-238同位素电池的研制成功是我国在核电源系统研究领域的重大突破,为继续探索、开发空间能源打下了坚实的基础.
  【相关新闻】
  核技术既能毁灭人类又能造福人类,科学家们的职责当然就是尽可能更快更好地实现后者了。小编最近在与国外某著名手机品牌的研究人员聊天时得知,这一新技术已经被它们成功地引入到了电池领域中,并最晚将于今年底量产。
  这种全新的电池基于核裂变技术。虽然只有钮扣般大小,但却拥有在手机第一次使用后能够连续提供一年以上待机时间的电量,从而使厂商节省了生产充电器的成本。该位人士还透露,用户在将该款手机电量彻底耗尽后,可以到客户服务中心免费更换新的电池,他们的技术人员将利用高科技为旧电池充电。如果您不想再使用该型号手机,也可以去客服将其高价出售,厂家将负责回收电池。
  链式裂变反应释放的核能叫做核裂变能。这种20世纪出现的新能源,目前已占人类总能源消费量的6%。核能的和平利用,对于缓解能源短缺、减轻环境污染都具有重要意义。令小编万万没有想到的是,核技术与电池的结合居然会来得如此之快。 
  据悉,搭配新型电池的手机还具有“防狼-自爆”功能。大致原理就是在手机被盗或者用户遇到危险时,可以通过原配的无线遥控装置将其迅速引爆。由于主要成份是铀235,因此其威力还是相当惊人的,能够将一个健全人变成二等残废。一旦该技术被人滥用,后果将不堪设想,当事人将会受到法律的严惩。
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来自:电气工程 / 电气电工
22
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~~空空如也
雪瑷微瑕
15年7个月前 IP:未同步
50642
民科难以实现啊 [s:245]
据悉,搭配新型电池的手机还具有“防狼-自爆”功能。大致原理就是在手机被盗或者用户遇到危险时,可以通过原配的无线遥控装置将其迅速引爆。由于主要成份是铀235,因此其威力还是相当惊人的,能够将一个健全人变成二等残废。一旦该技术被人滥用,后果将不堪设想,当事人将会受到法律的严惩。

这个我喜欢
[s:92]  [s:94]
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mrliqiang
15年7个月前 IP:未同步
50698
这个帖今天刚在手电大家坛看到………
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sam_jin3887
15年7个月前 IP:未同步
50811
??为什么有矛盾?一会说我国能制造又说我国还不能制造?
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點蒼
15年7个月前 IP:未同步
50936
U235?真的假的,太和谐了吧 [s:247]
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kangyuhelf2作者
15年7个月前 IP:未同步
51442
我在关注的是安全性和转换效率....
我认为要是民用的话..恐怖分子买回来几百块电池不就能自制核弹?
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yuri
15年6个月前 IP:未同步
54568
ls广告,砍了
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504099835
15年6个月前 IP:未同步
54763

attachment icon 一种钷光能发电装置 .pdf 432.86KB PDF 138次下载 预览     大家看看这个会不会有什么启发,原理非常简单就是用β射线来发电。我也想试验但里面的材料没地方去弄,只能看看罢了。
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504099835
15年6个月前 IP:未同步
54764
再看看这个。
attachment icon 不用电和其它能源的照明灯 .pdf 274.04KB PDF 113次下载 预览
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504099835
15年6个月前 IP:未同步
54765
俺的设想,大家看到了这个专利说明了(一种钷光能发电装置),她的发电原理就是利用射线来激发光电板来产生电流,但钷(po)这个东西我们无法搞到,那我们可不可以用这个专利(不用电和其它能源的照明灯)里面的元素来替代钷那。
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504099835
15年6个月前 IP:未同步
54767
下面是这三种放射性元素的简单介绍(来自百度知道),要是用上这种原子电池的电动车是不是挺拽。
钷  钷 拼音:pō pǒ 繁体字:鉕
  部首:钅,部外笔画:5,总笔画:10 ; 繁体部首:金,部外笔画:5,总笔画:13
  五笔86&98[s:11]AKG 仓颉:XCSR 
  笔顺编号:3111512515 四角号码:81716 UniCode:CJK 统一汉字 U+94B7
  基本字义
  --------------------------------------------------------------------------------
  ● 钷
  (鉕)
  pǒㄆㄛˇ
  ◎ 一种人造的放射性元素。钷的乙种射线能使磷光体发光,用来制造荧光粉、航标灯,亦用来制造小而轻的原子电池。
  汉英互译
  --------------------------------------------------------------------------------
  ◎ 钷
  Promethium(Pm)
  English
  --------------------------------------------------------------------------------
  ◎ promethium
  钷(Pm)
  1947年,马林斯基(XXXXXXrinsky)、格伦丹宁(XXXXXXendenin)和科里尔(XXXXXXryell)从原子能反应堆用过的铀燃料中成功地分离出61号元素,用希腊神话中的神名普罗米修斯(Prometheus)命名为钷(Promethium)。钷为核反应堆生产的人造放射性元素。
  钷的主要用途有:
  (1)可作热源。为真空探测和人造卫星提供辅助能量。
  (2)Pm147放出能量低的β射线,用于制造钷电池。作为导弹制导仪器及钟表的电源。此种电池体积小,能连续使用数年之久。此外,钷还用于便携式X-射线仪、制备荧光粉、度量厚度以及航标灯中。
  元素名称:钷
  元素原子量:[145]
  晶体结构:晶胞为六方晶胞。
  原子体积[s:2]立方厘米/摩尔)
  22.39
  电离能 (kJ /mol)
  M - M+ 535.9
  M+ - M2+ 1052
  M2+ - M3+ 2150
  M3+ - M4+ 3970
  氧化态:
  Main Pm+3
  Other
  元素类型:金属
  发现人:马林茨基(XXXXXXrinky)、格伦丁宁(XXXXXXendenin)和克里尔(XXXXryell) 发现年代:1945年
  发现过程:
  1945年马林茨基(XXXXXXrinky)、格伦丁宁(XXXXXXendenin)和克里尔(XXXXryell),从裂变产物的残余物中分离制得。
  元素描述:
  第一电离能5.55电子伏特。放射性元素,半衰期最长的为145Pm,18年,147Pm半衰期为2.64年。虽然有较长的半衰期,但是很难大量积累它。物理性质和化学性质与钕和钌相似。
  元素来源:
  在自然界中里尚未发现它的存在。它是铀、钍和钚的裂变产物之一,在核反应堆中人工方法制得。
  元素用途:
  主要用于示踪的研究。用来制造核能电池;如同笔尖大小的"原子电池",可用于导弹仪器、手表和收音机的电源,是掺入硫化锌的夜光粉原料。
  元素辅助资料:
  钷是继锝之后,人工制得的第二个化学元素。在天然矿物中寻找61号元素的工作,花费了科学家们不少的时间和精力,但最后都无功而返。后来在“同位素统计规则”的指导下,科学家们放弃了从天然矿石中寻找,而走向核反应的产物中。
  1945年,美国田纳西州橡树岭克林顿实验室的研究人员马林茨基、格伦丁宁和克里尔在铀裂变产物中发现了61号元素。他们应用了新的离子色层分离法把它分离出来,并研究了它。新元素并命名为promethium,元素符号定为Pm,名称来自希腊神话中偷取火种给人类的英雄普罗米修斯(Prometheus)。1949年国际纯粹和应用化学联合会接受了这一名称。
  一直到1948年,才制得可以看得见并可称重的氯化钷(PmCl3,黄色)和硝酸钷(Pm(NO3)3)各3毫克。1965年从6000吨铀矿中取得350毫克钷,是铀自动分裂的产物(一说为1986年M.阿特雷普微(XXXXtrep)从刚果沥青铀矿中分离出钷,含量甚微,每千克矿物中仅含4×10^-15克)。这样地壳中也找到了它。
  迄今已合成28个钷的同位素,钷-147的寿命是2.6234年,β辐射弱,因而被用来制造像药片一样大小的原子电池。由于这种能源很安全,而且作用的时间长,具有钷-147的电池首先应用在助听器和轻便的无线电接受器中。
  元素符号: Pm 英文名: Promethium 中文名: 钷
  相对原子质量: 144.913 常见化合价: +3 电负性: 1.13
  外围电子排布: 4f5 6s2 核外电子排布: 2,8,18,23,8,2
  同位素及放射线: Pm-143[265y] Pm-144[360y] Pm-145[17.7y] Pm-146[5.53y] Pm-147(放 β[2.62y]) Pm-148[5.37d] Pm-148m[41.3d] Pm-149[2.21d] Pm-151[1.18d]
  电子亲合和能: 0 KJ·mol-1
  第一电离能: 535 KJ·mol-1 第二电离能: 1052 KJ·mol-1 第三电离能: 0 KJ·mol-1
  单质密度: 6.475 g/cm3 单质熔点: 1042.0 ℃ 单质沸点: 3000.0 ℃
  原子半径: 2.62 埃 离子半径: 1.09(+3) 埃 共价半径: 1.63 埃
  常见化合物: 未知
  发现人: 马林斯、基格伦登宁、科里尔 时间: 1945 地点: 美国
  名称由来:
  得名于希腊神话中的普罗米修斯(Prometheus)。
  元素描述:
  原本产生于恒星里,地球上的钷有着多种起源。
  元素来源:
  先天并不存在,产生于铀、钍和钚的裂变产物中。
  元素用途:
  用作测量厚度仪器的射线源

氪  元素名称:氪
  元素符号:Kr
  元素拉丁文名称:krypton
  元素类型:非金属元素
  原子体积[s:2]立方厘米/摩尔)
  38.9
  元素在海水中的含量[s:2]ppm)
  0.00008
  地壳中含量:(ppm)
  0.00001
  相对原子质量:83。80
  原子序数:36
  质子数:36
  中子数:
  同位素:
  摩尔质量:84
  原子半径:
  所属周期:4
  所属族数:0
  电子层排布:2-8-18-8
  氧化态:
  Main Kr0, Kr+2
  Other
  晶体结构:晶胞为面心立方晶胞。
  晶胞参数:
  a = 570.6 pm
  b = 570.6 pm
  c = 570.6 pm
  α = 90°
  β = 90°
  γ = 90°
  声音在其中的传播速率:(m/S)
  220
  电离能 (kJ/ mol)
  M - M+ 1350.7
  M+ - M2+ 2350
  M2+ - M3+ 3565
  M3+ - M4+ 5070
  M4+ - M5+ 6240
  M5+ - M6+ 7570
  M6+ - M7+ 10710
  M7+ - M8+ 12200
  M8+ - M9+ 22229
  M9+ - M10+ 28900
  常见化合价:0
  单质:氪气
  单质化学符号:Kr
  颜色和状态:
  密度:
  熔点:
  沸点:
  发现人:莱姆塞(Willian Ramsay)、特拉威斯(Morris W. Travers) 发现年代:1898年
  发现过程:
  1898年,英国的拉姆赛和特拉威斯用光谱分析液态空气蒸发氧气、氮气、氩后所剩下的残余气体时,发现了氪。
  元素描述:
  无色、无嗅、无味。密度3.736克/升(气),2.155克/厘米3(液,-156.9℃)。熔点-156.6℃,沸点-152.30±0.10℃。第一电离能13.999电子伏特。氪原子的外壳是电子已填满了的稳定结构。所以它的化学性质极不活茫?荒苋忌眨?膊荒苤?肌>哂心芪?誜射线的性能。
  元素来源:
  100升空气中约含氪0.114毫升,可从大型的空气液化分离塔内,在制氧或氮的同时抽出的馏分中分出制得。
  元素用途:
  主要用来充填电灯和各种电子器件,防腐。也可作X射线工作时的遮光材料。它和氩的混合物广泛用于充填萤光灯。
  元素辅助资料:
  莱姆塞在发现氩和氦后,研究了它们的性质,测定了它们的原子量。接着他考虑它们在元素周期表中的位置。因为,氦和氩的性质与已发现的其他元素都不相似,所以他提议在化学元素周期表中列入一族新的化学元素,暂时让氦和氩作为这一族的成员。他还根据门捷列夫提出的关于元素周期分类的假说,推测出该族还应该有原子量为20、82、129的元素。
  在1896~1897年间,莱姆塞在特拉威斯的协助下,试图用找到氦的同样方法,加热稀有金属矿物来获得他预言的元素。他们试验了大量矿石,但都没有找到。最后他们想到了,从空气中分离出这种气体。但要将空气中的氩除去是很困难的,化学方法基本无法使用。只有把空气先变成液体状态,然后利用组成它成分的沸点不同,让它们先后变成气体,一个一个地分离出来。把空气变成液体,需要较大的压力和很低的温度。而正是在19世纪末,德国人林德和英国人汉普森同时创造了致冷机,获得了液态空气。1898年5月24日莱姆塞获得汉普森送来的少量液态空气。莱姆塞和特拉威斯从液态空气中成功分离出了一种新气体。莱姆塞决定把它叫做krypton(Kr),来自希腊文krptos(隐藏)。
氚它的原子核由一颗质子和二颗中子组成。  读音:chuān
  部首:气
  笔画:7
  繁体:氚
  用中子轰击锂可产生氚。
  自然界中存在极微,从核反应制得。主要用于热核反应。
  元素氢的一种放射性同位素 。符号,简写为3H,氚还有其专用符号T。它的原子核由一颗质子和二颗中子组成。氚的拉丁文名为tritium,意为“第三”又称超重氢。氚的质量数为3,在天然氢中,氚的含量为1×10-15%。1934年,英国E.卢瑟福等人在加速器上用加速的氘核轰击氘靶,通过核反应发现氚,美国W.W.洛齐尔等证实重水中存在氚,1939年美国L.W.阿耳瓦雷等证明氚有放射性。但是由于氚的β衰变只会放出高速移动的电子,不会穿透人体,因此只有大量吸入氚才会对人体有害。氚会发射β射线而衰变成氦3,半衰期为12.5年:
  3H→3He+e
  自然界的氚是宇宙射线与上层大气间作用,通过核反应生成的。氚的性质与氢很相似。
  利用反应堆的中子,采用氟化锂、碳酸锂或锂镁合金做靶材,能大量生产氚:
  Li+n→4He+3H然后利用热扩散法,使氚富集至99%以上。氚主要用于热核武器、科学研究中的标记化合物,制作发光氚管,还可能成为热核聚变反应的原料。
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helium
13年10个月前 IP:未同步
238676
来个锎的~~~~~~~
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yuyue3106
12年1个月前 IP:未同步
385591
现在离民用的微型核电还太遥远。。期待
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evangil
12年1个月前 IP:未同步
385632
同位素温差发电啊,最早的旅行者1号2号上的就是这个,已经稳定发电30几年了。。。。
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sjzter
9年1个月前 IP:新疆
757281
制作贡献:某宝上有卖镅电子感烟器的,货真价实的放射源,铍是中子源的主要材料,也有得卖;这是我进keshe可乐瓶群得到的信息,上某宝后,果然有的卖,但鉴于我们的核子物理学的不是很好,也不想用keshe的方法去造黄金,就放弃了,想想某国16岁骚年都能造出体积和床头柜一般大小的核电堆,我觉得我大学都白上了[s:30]
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snomom
9年1个月前 IP:广西
760433
有志者事竟成
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王者归来abs
9年1个月前 IP:山东
760437
完全是搞笑文好不好 楼上还这么认真
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傅rank
9年1个月前 IP:北京
761645
引用 504099835:
大家看看这个会不会有什么启发,原理非常简单就是用β射线来发电。我也想试验但里面的材料没地方去弄,只能看看罢了。
发电效率如何?能不能给fusor当能量转换?
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傅rank
9年1个月前 IP:北京
761646
引用 sjzter:
制作贡献:某宝上有卖镅电子感烟器的,货真价实的放射源,铍是中子源的主要材料,也有得卖;这是我进keshe可乐瓶群得到的信息,上某宝后,果然有的卖,但鉴于我们的核子物理学的不是很好,也不想用keshe的方法去造黄金,就放弃了,想想某国16岁骚...
那个不是核电,是个聚变的中子源。很简单的。参见fusor
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8608860
9年0个月前 IP:湖南
764832
引用 雪瑷微瑕:
民科难以实现啊  
据悉,搭配新型电池的手机还具有“防狼-自爆”功能。大致原理就是在手机被盗或者用户遇到危险时,可以通过原配的无线遥控装置将其迅速引爆。由于主要成份是铀235,因此其威力还是相当惊人的,能够将一个健全人变成二等残废。一旦该技...
同感。
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SdtEE
9年0个月前 IP:北京
764905
先造个fusor做中子源,再找到合适的重元素就可以自制核素了……
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季节逝去
9年0个月前 IP:福建
767624
是放射性元素衰变后放热吗?然后产生温差?
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