嫦娥三號採用核動力 比"好奇號"不遜色

2020-11-29 中國網

在北京唐家嶺的五院衛星總裝試驗大廳內，恆溫恆溼的高淨度空氣中，瀰漫著一股緊張的氣氛。技術人員們忙碌的身影讓人感覺到，這裡的工作緊張而有序。在AIT大廳內，五院總裝與環境工程部的試驗人員們正在進行嫦娥三號探測器的熱試驗準備工作，通過本次試驗來最終確認其能否忍受在奔月、落月過程中所要承受的嚴峻考驗。

中國航天科技集團公司的科研團隊為嫦娥三號探測器的奔月之旅做著最後的準備。

我國嫦娥三號月球探測器發射在即，為了能夠在月球上過夜;嫦娥三號需要長時間經受嚴寒帶來的極大挑戰。為了突破這一難關，我國嫦娥三號，將攜帶核能電池(是一種核動力裝置)飛天。如能成功，就將使我國成為繼美俄之後，成為世界上第三個將核動力應用於太空探測的國家。

那麼，什麼是核能電池？其作用是什麼？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，為什麼需要安裝核電池？

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「大傢伙」聯繫在一起。其實這是一種誤解。

目前廣泛採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。核電池就是基於核衰變反應做成的。核衰變反應遠不如裂變那麼劇烈(不加控制的裂變就是核爆炸)，釋放能量也遠不如裂變那麼巨大。但衰變釋放的能量也不容忽視。如鈽238衰變時，表面溫度可以達到五六百攝氏度，足以讓鈽金屬塊呈現出熾熱的紅色。

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，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，導致嚴重核洩漏。

什麼是核電池

核電池(又稱原子能電池或放射性同位素發電裝置)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。(註：同位素是指有相同質子數，不同中子數的原子。如氕與氘互為同位素。核素是指具有一定質子數的原子，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，轉變為電能。目前，核電池已成功地用作太空飛行器的電源。(還用於醫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、螢光體光電式核電池、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於20世紀50年代，由於其具有體積小、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範圍和惡劣的環境中工作。

據了解，當放射性物質衰變時，能夠釋放出帶電粒子，如果正確利用的話，能夠產生電流。核電池有其穩定程度。通常不穩定(即具有放射性)的原子核會發生衰變現象，在放射出粒子及能量後可變得較為穩定。核電池正是利用放射性物質衰變會釋放出能量的原理所製成的，此前已經有核電池應用於軍事或者航空航天領域，但是電池體積往往很大。過去在電池的研發過程中面臨的重大難關之一，就是為了提高性能，電池大小往往比產品本身還大。

由美國密蘇裡大學計算機工程系教授權載完(音譯)率領的研究組曾成功為「核電池」瘦身，所研發出的「核電池」體積小但電力強。他們做出的核電池大小只是略大於1美分硬幣(直徑1.95釐米，厚1.55毫米)，但其輸出能量遠比一般化學電池為高，發出的電力高達普通化學電池的100萬倍。

核電池的另一誘人之處是，核電池比起一般電池有很長的壽命，提供電能的同位素工作時間非常長，甚至可能達到5000年。在不久的將來，只需要一個硬幣大小的核電池，就可以讓你的手機不充電使用5000年。

在航天領域，在太空飛行器上，核能往往就是以這種種「微型電池化」的方式被利用的。尤其在外太空行星探測領域中，由於空間探測器遠離太陽，難以利用太陽能電池的能量，必須採用核電源。所以，核動力衛星在外行星探測中佔據重要位置。

原標題:嫦娥三號採用核動力 比美國"好奇號"不遜色

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