制造完美电池的材料有了，可如何把它造出来？

制造完美电池的材料有了，可如何把它造出来？

生活在一个对智能手机高度依赖的时代里，你是否多少有点“手机充电焦虑”？对有电量焦虑的人来说，不带充电器简直不敢出门，手机屏幕右上角的100%，就是他们安全感的来源。而当电量即将耗尽，那一定是最令人抓狂的时候：如果此时能拥有一块不需充电的电池就好了！

能让电动汽车、宇宙飞船无限续航的超级电池，是科幻作品的基本配置，也是科学家们致力于研究实现的目标。完美的电池应该具备哪些特点呢？我们期待它能量巨大(单位质量储存的能量越多越好)，储能超久(放置多年也不会失效)，性质稳定，安全可靠。

制造这种电池并不是遥不可及的梦想，因为大自然已经提供了相应的物质形态——处于长寿命同核异能态的核素。不过人类至今还未能驾驭这种能量，仍需克服重重困难，去寻找灵活利用它的方法。

如果能够人工大量生产并控制其退激发释放能量，同核异能态可被用于新一代高能量密度核电池等产品的研发。如同人有悲欢离合、月有阴晴圆缺，渺小的原子核也会处于许多不同的状态：其中，能量最低的被称为基态，其它的被称为激发态。

对于寿命较长的激发态（一般大于10纳秒），科学家们把它们称为同核异能态。自1921年奥托·哈恩和莉泽·迈特纳发现同核异能态，历经百年探索，人们已经发现了2500多种同核异能态。一些同核异能态的激发能可以达到数百万电子伏。如果用普通充电宝尺寸的同核异能态材料作为电池，其电量可供目前的一部手机持续工作数千年。

那么，用什么办法能快速释放同核异能态储藏的能量呢？目前，公认的途径是通过诱发退激:将同核异能态激发到其相邻的短寿命能级，再从短寿命能级退激到基态，在这个过程中使其释放出所有的能量。科学家们希望能找到一种非常高效且可控的方式，达到核激发的目的——用较小的能量触发激发过程，释放出大量能量。

在看起来山穷水尽之时，科学家想到了原子核的好邻居——电子。原子是由原子核与核外电子组成的量子体系。束缚在原子内的电子，分布在一系列电子轨道上。如果外来电子占据轨道，或电子在不同轨道之间切换，会释放能量（通常会发射X光子）。如果放出的能量恰好与核激发所需能量相当，则可能会引发共振过程——激发原子核，而不再放出光子。科学家们从而提出了两种激发机制：电子跃迁激发和电子俘获激发。

2018年，利用电子俘获激发同核异能态的研究迎来重要突破。美国科学家在《自然》杂志报道了首次在实验中观测到钼-93的同核异能态（钼-93m）的电子俘获致核激发现象，并提取了一个相当大的激发几率(约等于1%)。然而，随后不久，有理论学者估算了在该实验条件下钼-93m的激发几率，得到了相当低的计算值(约10-11)，使得理论和实验之间出现了9个数量级的巨大差异。

2020年，近代物理所研究者将相关评论发表在《自然》杂志的“Matters Arising”栏目上，进一步引发了学界对于电子俘获致核激发机制的讨论。

为了摆脱厚重本底的影响，近代物理所的科研人员及合作者基于兰州重离子加速器装置（HIRFL）的放射性束流线RIBLL1，创造性地利用同核异能态束流研究了电子俘获致核激发现象。相关研究于2022年6月17日发表在《物理评论快报》上。

虽然新的研究表明，电子俘获致核激发在阻停过程中不会高效产生，但并未否定其付诸应用的可能性。对于这样一个共振机制，在充分研究之前，只能在低几率条件下开展实验探测。在明确主导因素之后，仍有希望通过精妙的设计显著提高核激发效率。作为大自然的丰厚馈赠，原子核的同核异能态具有非常优异的储能潜力，如能付诸应用，必将深刻改变人类社会。即使其应用前景依然遥远，仍需开展充分的基础研究。