与其他火力发电相比，核能已经具有能量密度优势。但如果核能发电不需要蒸汽轮机呢?如果反应堆产生的辐射不再是一个需要管理的问题，而是一种能量来源呢?如果一种能量转换技术可以扩展到适合从微型电池到电网规模的核能发电系统呢?DSO在2024年8月发布的“核能系统大功率直接能量转换”信息征集中提出了这些问题。
DARPA对从包括裂变和聚变在内的任何类型的反应堆、以及核过程和放射性同位素衰变中获取alpha、beta、gamma和中子辐射，并将这些放射性辐射直接转化为电能，以满足一系列核能系统的特定功率和寿命要求的想法均感兴趣。
RFI中表示，自70多年前发明放射性同位素发电系统和裂变反应堆以来，将核裂变反应和放射性同位素衰变的能量转化为电能的方法一直没有得到发展，也没有得到优化。它们依赖于传热。在这种间接转换方法的每一步中，中子、热量和能量都会流失到屏蔽材料、工作流体和其他系统材料中。
使用替代冷却剂(包括氦、钠和盐)的先进反应堆设计仍将使用DARPA所称的“传统核能转换技术”，即以水和蒸汽作为工作流体，目前正在规划的核聚变电站也一样。
DARPA DSO项目经理Tabitha Dodson告诉媒体，“两件大事”推动了他们的兴趣。首先是对小型和先进核能技术的投资激增，例如在核聚变和空间反应堆方面，这些技术并没有同时配对不涉及液基传热的先进发电方法。其次，近年来，伏特电池技术的辐射耐受性和效率有了数量级的提高，性能令人鼓舞，这表明放射性伏特电池技术可作为可在核反应堆中使用的阵列进行扩展。
RFI指出了基于辐射或放射性伏特电池的直接能量转换研究，包括基于半导体的中子、gamma、beta和alpha伏特电池。在放射性伏特电池技术中，辐射间接激发半导体晶格中的电子-空穴对，这一过程与光子在光伏技术中完成能量转换的过程相似，但又有所不同。
放射性伏特电池已被用于利用少量衰变的放射性同位素发电，以生产纳瓦至毫瓦级的商用微电子和小型电池。然而，至少有两个挑战阻碍了这些技术在目前同时进行高功率、长时间应用的可行解决方案。这两个挑战是效率和寿命：
• 效率：在大多数情况下，放射性伏特电池的效率为每次辐射发射的1-3%;
• 候选半导体材料的寿命：这受到它们长期承受过量辐射能量并保持性能的能力限制。
这就是Dodson指出的性能指数级提升的地方。她表示，“近年来，我们发现了一些抗辐射材料，尽管存在辐射导致的缺陷，但这些材料仍能将电子带入导带，从而驱动电流。”。现在，DARPA感兴趣的是，是否有可能将直接能量转换应用到已证实的毫瓦级以上的功率水平，以及针对裂变或聚变反应堆产生的中子和gamma辐射进行优化的解决方案。
如果能够开发出耐用、高效的放射性伏特电池，Dodson认为它们有可能满足一系列电力需求。她表示，“如果我们能制造出可扩展到任何大面积的电池阵列，这种发电方法就可以与任何规模的核反应堆甚至核放射性同位素发电系统搭配使用。它甚至可以放大到商业规模的电站，或缩小到微小的微电子。与热电或工作流体方法相比，伏特电池最吸引人的地方在于它非常薄、轻、柔韧，而且可以扩展到任何尺寸或形状。”。
Dodson在DARPA的工作包括在建立核热推进火箭计划的灵活月球轨道作业示范火箭(Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations，DRACO)发挥关键作用，随后又担任该计划的项目经理。可扩展的高功率直接能量转换技术将使太空任务和部署受益匪浅。
Dodson表示，“对于空间核技术来说，地面上使用的发电设备所带来的问题被放大了，因为必须携带所有这些设备，但是空间反应堆的尺寸受到限制。”。
在地球上，基于中子和gamma射线的放射性伏特电池技术的进步可能会带来更多用于反应堆仪控的小型中子和gamma射线探测器。RFI建议，随着大规模发电系统的规模扩大，以及材料寿命和能量转换效率的提高，“人们可以为核能系统创建能量生成'智能屏蔽'，同时减少核废料。在这种屏蔽中，聚变或裂变反应堆的中子辐射可以使掺杂或分层掺入同位素的放射性伏特电池晶格材料发生转化和衰变，使其吸收反应堆的中子，然后产生二次辐射的alpha或beta粒子，进一步为放射性伏特电池提供能量。”。
RFI的问题是，是否有可能实现直接能量转换核动力系统，其功率从数十瓦电到数百千瓦电不等?DARPA希望获得“关于从每次辐射产物的瓦特-热转换单位功率大于1 We/kg 的改进潜力”的信息，以及关于提高伏特电池对核辐射的耐受性、以达到与其核源寿命相当的运行寿命(几十年的规模)的潜力的信息。
Dodson表示，“当参与者告诉我们伏特电池领域有哪些技术是可能的时候，我们将了解我们的边界条件是什么，我们将利用这一点来看看是否有足够的科学依据来为DARPA的进一步投资提出依据。我还希望人们开始考虑使用电磁与热动力学方法来获取核能量反应的核系统。”。
