很重的原子核在分裂为两块或更多块的同时，会放出很多能量，称为裂变能，原子弹、核电站都是利用裂变能的成功例子;很轻的两个原子核聚合成一个较重的原子核，放出的能量更大，称为聚变能，氢弹、太阳高温就是利用的聚变能。但核电池既不是利用裂变能，也不是利用高温高压下的聚变能，它是利用射线能量来发电的。放射性同位素原子核衰变不断发出射线，射线与物质相互作用，可以将动能转换成热能、电能或光能。

自从1954年美国首先研制成钋-210原子电池（电功率0.0018瓦）以来，已研制成各种各样的原子电池。原子电池的工作原理有两种：一是将放射性同位素衰变产生的热能转变成电能，这就是热转换型电池；二是将放射性同位素衰变放出粒子的动能或它的次级效应转变成电能，这就是动态换能型。目前研究最为成熟，并且已经实际应用的是静态热电型电池，又称温差型原子电池。它是利用温度变化产生电位差而发电。热电偶转换装置结构简单，尺寸小，重量轻，性能稳定，但转换效率较低，只有5%~10%，这种电池功率比较小，只有几瓦到几百瓦。

核电池有两个令人喜爱的特点:一是衰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。另一个特点是衰变时间很长，这决定了核电池可长期使用。放射性同位素的半衰期大多都长达数十年到数百年，这就决定了核电池能够使用数十年之久。另外，同位素在自然衰变中放出的能量比一般物质发生化学反应释放的能量大得多，这就使核电池在体积上有独特优势。

现有的放射性同位素超过2500多种，其中可用于核电池的核素有近十种，如90Sr、147Pm、238Pu、60Co、63Ni等。空间应用中最为合适的是衰变中放出α粒子的放射性同位素，如238Pu和210Po，它们的外照射剂量低，所需屏蔽重量小，可以大大节省发射费用。目前美国在空间飞行器上均使用238Pu。在偏僻地区使用的核电池，可以选用90Sr作为放射源。90Sr经济易得，它本身就是裂变堆的主要放射性废物之一，可以从核电站的放射性废物中提取，仅全世界核电站每年产生的核废料中就有5000kgSr，用它发电既是对核电站废料中的放射性同位素的再利用，也是能源短缺时代的一个考虑。

航天领域的应用

宇宙航行对电源的要求非常高，除了功率必须满足要求外，还要求体积小、重量轻和寿命长，能经受宇航中各种苛刻条件的考验。尽管太阳能电池广泛应用在人造地球卫星上，但是当航天器运行到地球背面，或在月球上漫长的黑夜，或在向远离太阳的其他星球飞行中，太阳能电池就显得力不从心，强烈的宇宙射线的照射甚至可能使能量转换元件失效。而核电池可以满足各种航天器对电源的长期、安全、可靠供电的要求，被航天界普遍看好并广泛应用。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”、“海盗2号”两艘宇宙飞船先后在火星上着陆，人类在短短5个月中得到的火星情况比以往历史上所积累的全部情况还要多，它们的工作电源也是核电池。由于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。据2002年统计，美国在8颗人造卫星、5艘登月飞船，9个探测器等22个航天器上，安装了40台钚-238同位素电池。钚同位素电池重量轻、寿命长、安全可靠。月球上白天温度高达102℃，晚上降到-150℃，昼夜高温和严寒交替，变化幅度十分大，条件非常恶劣。而且，月亮上的夜晚要比地球上的夜晚长14倍。美国“阿波罗”登月计划中，在月球上设置了5台钚-238同位素电池，为25台仪器供电，使它们长期维持正常工作。

随着人类航天活动的日益拓展，必然对空间电源提出新的需求，同位素电池成为航天技术进步的重要工具。

医学领域的应用

心脏是人生命的发动机。心律不齐或心动过缓的人，不仅不能正常生活和工作，还可能危及生命。医生常给这样的病人装上个心脏起搏器，这样，人就不会感到难受也不用担忧生命安全了。

心脏起搏器可用一种超小型放射性同位素电池作能源，功率不到千分之一瓦，以每分钟60~70次速率给心脏电刺激，使心脏保持正常的跳动。现在植入人体内的微型核电池体积仅18mm³，重量仅100多克，150mg，238Pu作核电池的放射源可以连续使用10年以上。目前在神经模拟器和人工血压调节器等医疗器械中也开始广泛使用放射性同位素电池。

偏远地区的应用

大海深处，也是核电池的用武之地。一些海底设施如海下声呐、各种海下科学仪器、海底油井阀门的开关、海底电缆的中继站等需要的能源必须保证寿命长，通常的太阳能电池、燃料电池和其他化学电池很难胜任，只得派核电池去了。军事上，核电池用于作海底潜艇导航信标，能保证航标每隔几秒钟闪光一次，几十年内可不换电池。人们还将核电池用于水下监听器的电源用来监听敌方潜水艇的活动，在这方面，它既能安全可靠地工作，又花费成本少、结构也简单，可以说是一位值得信赖的“好手”。地面上有许多终年积雪冻冰的高寒地区、遥远荒凉的孤岛、荒无人烟的沙漠，还有南极、北极等，也需要建立气象站和导航站。用其他电源，更换和维修极其困难。如果若用核电池，可建成自动气象站或自动导航站，实现自动记录和自动控制，常年无须更换和维修电源。

核电池发展限制

尺寸限制：核电池的应用场所决定它的尺寸不可能太大。虽然目前的核电池主要想利用放射性同位素的核衰变，相比核电站或潜艇上利用的核裂变而言，单位时间释放能量很小，但核能释放的能量在有限的空间内释放出来而热量不能及时转换或导出，随着时间的积累，极有可能发生电池破裂或爆炸的危险。

放射性同位素的选取：虽然目前在自然界探明或人造的放射性同位素很多，但基于辐射类型、辐射安全性、能量稳定性、半衰期和价格等因素的考虑，科学家目前仍未找到令人满意的选择。

安全因素：由于核能在公众潜意识里对核能的忌惮，核能的民用进展一直都十分缓慢。所以即使在实验室里实现了核电池研发，对其安全性的评估工作仍然十分漫长，这对核能产业化的进程必然会产生较大的影响。

在科研领域，这个方向真的还是太年轻，但是这个产业的魅力正吸引着无数青年投人其中，所以核电池商用还是很有希望的，现在科学家们需要的仅仅是，时间。