外天体航天器嫦娥三号探测器采用核动力推进 代表世界最高水平

sjkqj3f001 收藏 1 196
近期热点 换一换


外天体航天器嫦娥三号探测器采用核动力推进 代表世界最高水平


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。

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。


0
回复主贴
聚焦 国际 历史 社会 军事 精选
1条评论
点击加载更多

发表评论

更多精彩内容

热门话题

更多

经典聚焦

更多
发帖 向上 向下