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一个原子完全转换成能量,能让一辆电动车跑多远?

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尽管汽车的普及率已经很高,但大部分朋友还是会备一辆电动车,当然这里说的电动车指的是电动自行车,一般的我们大概2-3年更换一次电瓶,这是因为电动车用的是铅酸电池,它的储能性能并不是特别好,但日常代步绝对不是问题!不过真正的电动车也一样,不但时间长了电池衰减,而且还对温度敏感,冬天电池就用不久!

一百多年前爱因斯坦发表狭义相对论时就给出了一个质能方程的推导,质量和能量完全等价的!电池储存的也是能量,那么将一颗原子彻底转换成能量,能让一辆电动车跑多远呢?电动车装上核电池是否有可能呢?

原子怎么转换成能量?它蕴含了多少能量?

将原子转换成能量,质能方程写得很简单:e=mc,即可将质量完全转换成能量,但这个方式连理论上都不成立,只是一个数学游戏,因此必须从现实的角度出发,来考虑下一颗原子要如何转换成能量!

一颗原子不行,那么要几颗?

轻原子的话至少要两颗,正反粒子的话也要两颗,如果是重原子的话,至少要一个重原子和一颗热中子!轻原子可以通过聚变,让两颗原子结合成一颗新的原子,在这个过程中会产生质量亏损,而能量就来自于这一点点变化的质量(亏损的质量可以用质能公式可以计算出能量)!

第二种方式使用正反粒子,比如质子与反质子,那么在相遇的一瞬间就会湮灭,两颗质子的质量将完全转变成能量,一点质量都不会剩下,这种效率是极高的!

第三种则是重原子裂变,比如铀-235的原子,它需要被热中子撞击后才能发生裂变,但一个原子的尺寸极小,所以要瞄得很准才可以,但一般情况下都是一大块铀被热中子撞击,才能保证中子不从原子中的巨大空间中溜走,所以保证中子不跑出去的大块铀质量,就是临界质量。

选择什么原子比较合适?

如果是聚变的话,那么氘原子和氚原子比较合适,尽管铁之前的元素都能聚变,但对于人类而言,还是氢原子稍稍简单点,但氢有三种同位素,氕原子聚变实在太困难了,即使在太阳内部,也只有十亿分之一的概率,让氕原子聚变成氘原子,然后氘原子再和氕原子聚变,已完成质子链反应的第二步。

但对于人类来说,氕氘聚变还是太难了,必须要氘氚聚变简单点,但氚自然界中痕量,只能中子轰击锂-6来现场生产,氢弹就是这么干的!

质子链反应

如果是正反粒子湮灭的话,估计质子和反质子还能凑合一下,2007年6月美国费米实验室用了将近一个月时间生产了10^14个反质子,大约需要6×10^23个反质子才一克,大概就0.12纳克,实在太可怜了!不过总算是有可以计算实际基础了!而反质子因为带负电荷,所以还是可以被磁场约束的,比如彭宁离子阱,因此也就有了控制的基础!

裂变的话上文已经说过了,但三者中能完全将质量转换成能量的只有正反物质湮灭,因为聚变大约只有0.7%的质量转换成能量,而裂变则更少,只有0.0946%左右,那么两个正反质子湮灭能产生多少能量呢?

一个质子的质量为:1.672621637e-27千克

质能转换公式为:e=mc,所以计算后

3.0e-10J,如果是一个的话那就是1.5e-10J

电动车的电机最少也是300瓦起(电动汽车的功率就几十千瓦了,不过一般跑起来的功率十千瓦也足够),满功率状态下它一秒钟就要消耗300焦耳(电动汽车则要几千焦耳到上万焦耳了),相当于1,995,639,715,714.6个质子完全转换的能量,大约就是:2万亿个,

有没有把你给吓到了?

不过一克氢就有597,863,843,130,471,234,003,294,195个质子

也就是五十九亿亿亿个质子,怎么样,很多吧!

但一个质子(氕原子质量大致就一个质子)的能量根本不足以推动电动车,甚至连钥匙打开闪一下液晶屏都不行。

核电池那么优秀,为什么还不装到电动车上?

前文说了那么多,其实就是废话,无论是聚变还是湮灭,又或者是裂变都不现实,现在唯一能小型化投入使用的电池是核电池!这种利用放射性衰变释放能量的电池,寿命那是一个字:久,而且久到你怀疑人生!

旅行者的核电池

比如旅行者系列带出去的核电池,飞行43年,还能支撑好几个设备工作呢,尽管一号现在已经无法回音了,但不带任何信息的噪音还是能一点点的,在基本失效之前,大约工作了三十几年!请问谁家的电池有那么牛逼啊!

一般核电池有如下几种:

1、直接充电式核电池:利用放射源发射的带电粒子来产生电势差,比如α粒子或者电子等
2、气体电离式核电池和辐射伏特效应能量转换核电池:利用其发射的粒子束对介质的电离作用来产生电势
3、荧光体光电式核电池:利用其发射射线诱发荧光物质发光后通过光电转换成电能
4、热致光电式核电池、温差式核电池和热机转换电池:利用放射源产生的热能来实现能量转换。

微型大都是直接充电式核电池,电压高,电流低,而温差式则是电压大电流电池,体积比较大,但提供的电流也比较大,只是成本不是一般的高,绝不是电动车所能用得起的!不过《火星救援》中马特达蒙拿来放在火星车里取暖!

比如美一叫做NDB的公司,据说还正在研制能工作几百年甚至几万年的纳米金刚石电池(利用碳-14的衰变能),而且据说还能白菜价,当然我们不接受那大忽悠,但核电池耐用还真是事实,就是成本有点高,比如氧化钚电池,那个钚贵的有点离谱,据说是千万美元一千克级别,这谁用得起呢?

责任编辑:贾翰鼎_NBJ10744

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