美国国防高级研究计划局(DARPA)正资助一项颇具颠覆性的能源技术:将核废料转化为可为下一代无人机和卫星供电的长效电池。该项目名为“辐射转电力”(Rads to Watts),其近期一笔337万美元的合同,旨在推动一个关键原理验证装置的开发,目标是在2027年初拿出一个可工作的最小可行性原型。

该项目的核心思路是直接利用放射性同位素衰变产生的辐射来发电,而非传统的通过热能转换。参与该项目的Project Omega公司首席执行官斯塔福德·希恩(Stafford Sheehan)将他们的设备描述为“微型发电机”,用以替代传统电池。他透露,部分小型装置已在运行,而专门为达到DARPA性能指标设计的版本将于明年初问世。该指标要求原型电池的功率密度超过每公斤10瓦,并具备数年乃至数十年的使用寿命。

这一研发工作由多方协作推进。摩根州立大学作为主承包商,负责基础研究;太平洋西北国家实验室(PNNL)负责处理核材料并进行测试;诺斯罗普·格鲁曼ARA公司则提供计算建模,以确保原型性能达标。Project Omega将基于核废料中提取的一种放射性同位素制造核能发电机,而Widetronix公司负责设计半导体功率转换器。最终的原型组装与测试将在PNNL进行。

该技术的潜在军事应用场景极为广泛。希恩指出,任何因电池耗尽而陷入困境的设备都可能受益,例如卫星——一旦电池耗尽且无备用电源,就意味着整颗卫星的报废。这些电源装置利用从核废料中分离出的同位素,将辐射直接转换为电能。希恩解释其工艺时称,他们从核废料中回收出两种产品:一是反应堆燃料,二是可用于供电的“电力同位素”。

值得注意的是,此次项目选用的是锶-90(Strontium-90)同位素,其危害性低于类似太空系统中使用的钚-238。Project Omega的发电单元为固态结构,由一块同位素材料与半导体层叠而成,能在极端温度下工作,这对于在恶劣环境中使用的无人系统而言是一大优势。希恩强调,美国全国52个反应堆场址存放着超过10万吨核废料,联邦政府每年因未妥善处理这些废料而面临数十亿美元的诉讼。将核废料转化为长效电池,既能解决能源需求,也有助于缓解核废料处置的难题。

该项目启动的背景,是五角大楼正努力应对无人机系统日益增长的充电需求以及战场上持续的发电需求。PNNL官员在一份声明中表示,未来18个月,项目将专注于降低技术风险、在真实条件下测试系统性能,并生成支撑未来发展和转化路径所需的数据。当前面临的关键挑战包括提高能量转换效率、验证长期可靠性、管控辐射效应,以及确保安全处理和部署。