核電池技術發展現況與軍事運用前瞻
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核電池技術發展現況與軍事運用前瞻
關鍵字：核電池、原子電池、放射性同位素電池
（本評析內容及建議，屬作者意見，不代表財團法人國防安全研究院立場）
前言
2025年5月，美國國防部轄下的「國防先進研究計畫署」（Defense Advanced Research Project Agency, DARPA）對業界發出一份通告，表示未來將推動一項名為「輻射到瓦特」（Rads to Watts）的嶄新計畫，探索將核輻射直接轉化為電能的方法，無需如現行核電池般須將輻射轉變為熱能再轉化為電能。此計畫旨在發展千瓦級的高功率電能輸出技術，為惡劣或偏遠地區設施提供長期與穩定的電源。DARPA官員指出，此通知僅供規劃參考未成為正式標案。[1]由於，DARPA長期從事創新與顛覆式科技研發，此舉措反映出核電池在未來軍事領域的潛在性價值。本文將就核電池原理、當前發展與軍事運用前景進行分析。
核電池原理與當前發展
核電池（nuclear battery）又稱原子電池（atomic battery）或放射性同位素電池（radioisotope battery），是一種利用放射性同位素衰變放出載能粒子（如α粒子β粒子和γ射線）能量或由它們引發的熱效應、光效應或電離作用等來產生電能的一種裝置。[2]核電池是利用射線能量來產生電能，其工作原理不似核裂變或核融合會產生致命性核輻射，核洩漏的問題處理起來較為容易。例如，用於心臟起搏器的核電池可直接植入人體，祇要做好密封保護並不會對人體造成任何傷害。此外，核電池衰變時放出的能量大小與速度不會受到溫度、壓力與電磁場等環境因素的影響，具良好的抗干擾性，能穩定運行數十年，這些特性是其他型式電池系統無法企及的。
1956年，美國率先制定了「核輔助動力系統計畫」（Systems for Nuclear Auxiliary Power, SNAP），並於1961年成功地發射了配備放射性同位素熱電發電器（radioisotope thermoelectric generator, RTG）的導航衛星。同時，中國與俄羅斯等國亦投入相關技術的開發，迄今放射性同位素電池的換能方式已發展出十餘種不同型式。[3]核電池的能量轉換效率偏低，即令技術發展成熟的RTG，其能量轉換效率仍在10%左右，[4]造價昂貴與放射性污染等問題，使得其運用受到相當程度制約。即令如此，核電池近期的研究成果令人矚目，如中國無錫貝塔伏特公司與西北師範大學合作開發的「燭龍一號」碳-14核電池，具50年設計壽命與小於5%的衰減率。[5]英國布里斯托大學與英國原子能管理局共同研製的碳-14鑽石核電池，運作時間更高達5,700年。[6]中國蘇州大學提出的錒系微型核電池結構設計，實現了放射性核素衰變能到光能轉換效率近8,000倍提升，[7]顯示核電池在微型化與高效能領域取得了突破。
核電池軍事運用的前景
隨著戰場數位化程度與日俱增，士兵的個裝與其操作裝備，例如夜視鏡、影像裝備、頭盔顯示器、平板電腦、智慧型手機、無線電通信機、便攜式全球定位系統、無人機、無人地面載具與各種無線裝置等等，需可攜式長效電源（portable and long lived power sources）提供。由於核電池可提供持續與可靠的電力供給，使其在國防領域具有巨大的運用潛力。此外，核電池在設計時可採微米奈米尺度（micro/nano scales），如此能實現模組的小型化與輕量化，[8]利於戰時運輸並降低戰鬥員負荷。或許最重要的，核電池可防火防爆並能抵禦槍擊，這些特性解決了困擾軍方關於電池運用的許多難題，包括電池充電、衰減、安全性和可靠性等不同挑戰。[9]
過去六十年間，核電池已成功運用於軍事衛星、水下監聽器與偏遠難以派人值守的導航、氣象與情監偵設施。由於其工作時間可長達數年，且毋須人力進行看管與進行維護，燃料電池、化學電池與太陽能電池難以望其項背。當前，隨著軍方研製微型無人機與對持續性情監偵（Persistent ISR）的需求日亟，微型電動機械系統（Micro Electro-Mechanical Systems, MEMS）與長效可靠電源的供給就成為關鍵性環節，核電池為這些裝備的開發提供了可行電源解決方案，得能克服當前電池技術相關限制。根據媒體報導，中國海軍曾將核電池安裝於041型潛艦進行測試，若此報導屬實顯示核電池有可能成為潛艦絕氣推進的一個選項。[10]隨著放射源材料製造、換能結構設計與新型換能技術的提出，核電池未來在軍事領域的運用應有更為寬廣前景。
結語
核電池的運用已有相當長的時日，最初主要為太空探索、偏遠地區與無人看守裝備提供電力。面對軍事部門對「可靠、長效與可攜行」能源的高度需求，核電池具備的技術優勢其他電池難以取代。雖然，核電池運用於間歇性高變動負載有其限制，同時輸出功率過低與啟動後無法停機，惟透過儲能裝置與熱控設計等工程手段可有效解決這些缺陷。DARPA徵求核電池換能技術的通告，顯示核電池在軍事領域的巨大潛力，相關發展殊值軍事部門持續追蹤與深入研究。
[1] John Keller, “Military Researchers Eye Converting Nuclear Radiation Directly into High-power Electricity for Defense Uses,” Military + Aerospace Electronics, May 28, 2025, https://www.militaryaerospace.com/power/article/55292743/converting-nuclear-radiation-into-high-power-electricity .
