什么是核能電池?其作用是什么?世界上,對核電池研究、使用情況如何?我國嫦娥三號月球探測器,為什么需要安裝核電池?

嫦娥三號

這是嫦娥三號月球探測器,包括著陸器和巡視器,是我國研制的首次在外天體實施軟著陸的航天器

嫦娥三號探測器于2013年12月2日在中國西昌衛(wèi)星發(fā)射中心由長征三號乙運載火箭送入太空,當月14日成功軟著陸于月球雨海西北部,15日完成著陸器巡視器分離,并陸續(xù)開展了“觀天、看地、測月”的科學探測和其它預定任務,取得一定成果。2013年12月16日,中國官方宣布嫦娥三號任務獲得成功。嫦娥三號需要長時間經受嚴寒帶來的極大挑戰(zhàn)。為了突破這一難關,我國嫦娥三號攜帶了核能電池(是一種核動力裝置)飛天。

那么,什么是核能電池?其作用是什么?世界上,對核電池研究、使用情況如何?我國嫦娥三號月球探測器,為什么需要安裝核電池?

核能不僅是核裂變產生的,核衰變也產生核能

提起核能、核動力,人們也許馬上連想起核電站、核潛艇;馬上與核反應堆等“大家伙”聯(lián)系在一起。其實這是一種誤解。

目前廣泛采用核動力是利用可控核裂變反應來獲取能量,從而得到動力,熱量和電能。利用可控核裂變反應來獲取能量的原理是:當裂變材料(例如鈾-235)在受人為控制的條件下發(fā)生核裂變時,核能就會以熱的形式被釋放出來,這些熱量會被用來驅動蒸汽機,直接提供動力,也可以連接發(fā)電機來產生電能。核能每年為人類提供所需能量的7%,或所需電能中的15.7%。

但是核能、核動力不僅是靠核反應堆進行的核裂變反應產生能量這一種。核衰變反應也能放出的能量。核電池就是基于核衰變反應做成的。核衰變反應遠不如裂變那么劇烈(不加控制的裂變就是核爆炸),釋放能量也遠不如裂變那么巨大。但衰變釋放的能量也不容忽視。如钚238衰變時,表面溫度可以達到五六百攝氏度,足以讓钚金屬塊呈現(xiàn)出熾熱的紅色。

在日本福島核事故中,搶險人員之所以要迅速重建被破壞的堆芯冷卻系統(tǒng),就是為了導出核燃料衰變產生的熱量。否則,高溫會熔解金屬保護殼,導致嚴重核泄漏。

什么是核電池

核電池(又稱原子能電池或放射性同位素發(fā)電裝置)是指那些使用放射性同位素衰變時產生的能量轉化為電力的裝置。核電池也叫同位素電池。(注:同位素是指有相同質子數(shù),不同中子數(shù)的原子。如氕與氘互為同位素。核素是指具有一定質子數(shù)的原子,是一種具體的原子,如氕或氘就是核素。同一元素的不同核素互為同位素。)

同理,同位素電池,就是利用同位素材料衰變過程中產生的能量放出的熱量,進行熱電轉化。其裝置名稱RTG(Radioisotope Thermoelectric Generator)是“放射性同位素熱電發(fā)電機”這個詞的縮寫。

核電池是通過半導體換能器,將鈈238、鈾238(放射性同位素)衰變過程中,釋放出射線(放出載能粒子α、β和γ粒子射線)的熱能,轉變?yōu)殡娔堋D壳埃穗姵匾殉晒Φ赜米骱教炱鞯碾娫础?還用于醫(yī)學心臟起搏器和一些特殊的軍事用途方面)。2012年8月7日,美國發(fā)射的好奇號火星車,順利抵達火星,其所用的核電池壽命長達14年。

核電池的類型和屬性

按提供的電壓的高低,核電池可分為高壓型(幾百至幾千V)和低壓型(幾十mV—1V 左右)兩類;按能量轉換機制,它可分為九類之多(直接轉換式和間接轉換式。更具體地講,包括直接充電式核電池、氣體電離式核電池、輻射伏特效應能量轉換核電池、熒光體光電式核電池、熱致光電式核電池、溫差式核電池、熱離子發(fā)射式核電池、電磁輻射能量轉換核電池和熱機轉換核電池等)。目前應用最廣泛的是溫差式核電池和熱機轉換核電池。核電池取得實質性進展始于20世紀50年代,由于其具有體積小、重量輕和壽命長的特點,而且其能量大小、速度不受外界環(huán)境的溫度、化學反應、壓力、電磁場等影響,因此,它可以在很大的溫度范圍和惡劣的環(huán)境中工作。

[責任編輯:趙卓然]

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