中国核电池技术推动嫦娥三号探测器

嫦娥三号探测器采用核动力推进代表世界最高水平

2013年11月14日 14:42来源：人民网

这是嫦娥三号月球探测器，包括着陆器和巡视器，是我国研制的首次在外天体实施软着陆的航天器。（图片来源：新华社)

我国嫦娥三号月球探测器发射在即，为了能够在月球上过夜;嫦娥三号需要长时间经受严寒带来的极大挑战。为了突破这一难关，我国嫦娥三号，将携带核能电池(是一种核动力装置)飞天。如能成功，就将使我国成为继美俄之后，成为世界上第三个将核动力应用于太空探测的国家。

那么，什么是核能电池？其作用是什么？世界上，对核电池研究、使用情况如何？我国嫦娥三号月球探测器，为什么需要安装核电池？

核能不仅是核裂变产生的，核衰变也产生核能

提起核能、核动力，人们也许马上连想起核电站、核潜艇;马上与核反应堆等“大家伙”联系在一起。其实这是一种误解。

目前广泛采用核动力是利用可控核裂变反应来获取能量，从而得到动力，热量和电能。利用可控核裂变反应来获取能量的原理是：当裂变材料(例如铀-235)在受人为控制的条件下发生核裂变时，核能就会以热的形式被释放出来，这些热量会被用来驱动蒸汽机，直接提供

动力，也可以连接发电机来产生电能。核能每年为人类提供所需能量的7%，或所需电能中的15.7%。

但是核能、核动力不仅是靠核反应堆进行的核裂变反应产生能量这一种。核衰变反应也能放出的能量。核电池就是基于核衰变反应做成的。核衰变反应远不如裂变那么剧烈(不加控制的裂变就是核爆炸)，释放能量也远不如裂变那么巨大。但衰变释放的能量也不容忽视。如钚238衰变时，表面温度可以达到五六百摄氏度，足以让钚金属块呈现出炽热的红色。

在日本福岛核事故中，抢险人员之所以要迅速重建被破坏的堆芯冷却系统，就是为了导出核燃料衰变产生的热量。否则，高温会熔解金属保护壳，导致严重核泄漏。

什么是核电池

核电池(又称原子能电池或放射性同位素发电装置)是指那些使用放射性同位素衰变时产生的能量转化为电力的装置。核电池也叫同位素电池。(注：同位素是指有相同质子数，不同中子数的原子。如氕与氘互为同位素。核素是指具有一定质子数的原子，是一种具体的原子，如氕或氘就是核素。同一元素的不同核素互为同位素。)

同理，同位素电池，就是利用同位素材料衰变过程中产生的能量放出的热量，进行热电转化。其装置名称RTG(Radioisotope Thermoelectric Generator)是“放射性同位素热电发电机”这个词的缩写。

核电池是通过半导体换能器，将鈈238、鈾238(放射性同位素)衰变过程中，释放出射线(放出载能粒子α、β和γ粒子射线)的热能，转变为电能。目前，核电池已成功地用作航天器的电源。(还用于医学心脏起搏器和一些特殊的军事用途方面)。2012年8月7日，美国发射的好奇号火星车，顺利抵达火星，其所用的核电池寿命长达14年。

核电池的类型和属性

按提供的电压的高低，核电池可分为高压型(几百至几千V)和低压型(几十mV—1V 左右)两类;按能量转换机制，它可分为九类之多(直接转换式和间接转换式。更具体地讲，包括直接充电式核电池、气体电离式核电池、辐射伏特效应能量转换核电池、荧光体光电式核电池、热致光电式核电池、温差式核电池、热离子发射式核电池、电磁辐射能量转换核电池和热机转换核电池等)。目前应用最广泛的是温差式核电池和热机转换核电池。核电池取得实质性进展始于20世纪50年代，由于其具有体积小、重量轻和寿命长的特点，而且其能量大小、速度不受外界环境的温度、化学反应、压力、电磁场等影响，因此，它可以在很大的温度范围和恶劣的环境中工作。

据了解，当放射性物质衰变时，能够释放出带电粒子，如果正确利用的话，能够产生电流。核电池有其稳定程度。通常不稳定(即具有放射性)的原子核会发生衰变现象，在放射出粒子及能量后可变得较为稳定。核电池正是利用放射性物质衰变会释放出能量的原理所制成的，此前已经有核电池应用于军事或者航空航天领域，但是电池体积往往很大。过去在电池的研发过程中面临的重大难关之一，就是为了提高性能，电池大小往往比产品本身还大。

由美国密苏里大学计算机工程系教授权载完(音译)率领的研究组曾成功为“核电池”瘦身，所研发出的“核电池”体积小但电力强。他们做出的核电池大小只是略大于1美分硬币(直径1.95厘米，厚1.55毫米)，但其输出能量远比一般化学电池为高，发出的电力高达普通化学电池的100万倍。

核电池的另一诱人之处是，核电池比起一般电池有很长的寿命，提供电能的同位素工作时间非常长，甚至可能达到5000年。在不久的将来，只需要一个硬币大小的核电池，就可以让你的手机不充电使用5000年。

在航天领域，在航天器上，核能往往就是以这种种“微型电池化”的方式被利用的。尤其在外太空行星探测领域中，由于空间探测器远离太阳，难以利用太阳能电池的能量，必须采用核电源。所以，核动力卫星在外行星探测中占据重要位置。

美国航天器使用核电池的历史

从上世纪中叶起，美国在“先驱者”10号、11号探测器，“旅行者”1号、2号探测器，木星和土星探测器中，都使用了同位素温差发电器作为电源。就是因为采用核电源，美国“旅行者1号”行星探测器，才创造了世界卫星远航史上的辉煌纪录。目前它是离地球最远(飞行约近200亿公里)和飞行速度最快的人造卫星。它用了36年的时间，飞行到了太阳系的边缘。

以钚238放射性同位素作热源的同位素温差发电器，曾用于美国“子午仪”号导航卫星(低轨道导航卫星系列。又称海军导航卫星系统，英文缩写为NNSS。主要功用是：为核潜艇和各类海面舰船等提供高精度断续的二维定位，用于海上石油勘探和海洋调查定位、陆地用户定位和大地测量等。从1960年4月到80年代初共发射30多颗。美国在1964年4月发射“子午仪”号导航卫星时，因发射失败卫星所携带的放射性同位素源被烧毁，钚238散布在大气层中并扩散至全球。后来改用特种石墨作同位素源外壳，以防烧毁。)、“林肯”号试验卫星(早在1965年，美国林肯号试验卫星上便使用钚238放射性同位素作热源的同位素温差发电器)和“雨云”号卫星(是美国第二代试验气象卫星系列。从1964年8月到1978年10月共发射了7颗。雨云号卫星的任务是试验新的气象观测仪器和探测方法。美国在1965年发射的一颗军用卫星中，用反应堆温差发电器作为电源。但由于电源调节器出现故障仅工