登月,核能电池功劳大大的



上海家耐   2019-01-11

导读: 上周,最振奋人心的新闻,当然就是我国嫦娥四号成功登陆月球背面,而且是人类首次。当嫦娥四号在月球背面登陆成功的消息被“官宣”后,不仅全国一片喝彩,国际社会也都纷纷点赞,足见这件事于人类来说多重要。激动之余,肯定会有博学而又爱钻研的小伙伴们提问

上周,最振奋人心的新闻,当然就是我国嫦娥四号成功登陆月球背面,而且是人类首次。当嫦娥四号在月球背面登陆成功的消息被“官宣”后,不仅全国一片喝彩,国际社会也都纷纷点赞,足见这件事于人类来说多重要。

激动之余,肯定会有博学而又爱钻研的小伙伴们提问:为什么在月球表面登陆是一件影响这么重大的事情呢?它和阿波罗计划登月成功又有什么区别呢?

原来,月球背面虽然也会有阳光,但也存在着漫长的“月夜”。地球的夜晚虽然只有短短的12小时,但是月球的夜晚长荡14天。那里也是常年温度在-100℃下的地方。这种时候,太阳能电池板就会失去作用,普通的锂电池也无法胜任如此恶劣的环境,只能“默默离场”。月球车上的精密仪器在极寒的温度下,也将难以运行。在这种情况下,嫦娥四号着陆器和月球车必须找个办法获取能量,给自己供热供电,这样才能在这种苦寒之地生存下来。

那么,在月夜的时候,嫦娥四号着陆器和其自带的月球车如何获取能量的呢?现在,此地太阳能不能用,普通电池也失效,怎么办?

办法只有一个:核电池。

对于核电池的形象,可能很多小伙伴还停留在科幻电影中,比如电影《火星救援》中的男主角,就是靠着核电池的能源支撑,最终逃出火星回到地球的。而在现实中,核电池一点也不科幻,而是一项成熟的能源技术。

核电池的原理十分简单。放射性核素发出来的放射性射线本质就是一种能量,既然是能量,那转化为电能即可。核辐射转化为电能的方式主要有以下几种:一是直接充电,有的射线本来就是带电粒子,比如β射线其实就是电子流,既然这样,那就可以直接利用这些电子流对特制的装置进行充电;二是温差发电,放射源在发出射线的同时,会产生很大的热量(这也是为什么停堆后,反应堆芯的核燃料会熔化,大家可以想象衰变热的能量有多大)。既然有热量,就可以利用半导体材料,进行温差发电;三是利用光电效应,这种方式类似于太阳能发电,先让射线照射到荧光物质上,让荧光物质发光,然后,太阳能电池就可以将光能转变为电能了。

可以说,核电池的原理,比原子/弹的原理还简单,核电池的制造业比原子/弹容易多了。

目前,应用最广泛的核电池,是以钚-238为原料制成的。钚-238会发射出α射线,通过特定的转换原件,就可以转换为电能。

核电池最大的优点在于不受干扰、寿命长。不管外边发生了什么,只要电池内的核素还有辐射,电池就可以一直使用。许多放射性物质的半衰期有数百年之久,这意味着很多核电池可以使用几百年。

现在,还有一种以碳-14为原料的核电池。碳-14的半衰期长达5730年,这种核电池的理论寿命也可以达到万年以上。

有人可能会问,核电池有辐射,放在旁边人还怎么活?其实这是对放射性的一种误解。有些射线,一张纸就可以挡住。比如α射线,本质上就是一个氦核,β射线,本质上就是电子,一张纸就可以这两种射线挡住。所以,利用这两种射线做成的核电池,只要用金属膜包好,就完全不会对人体造成影响。

美国是世界上最早研究出核电池并投入太空探索的国家,1959年,美国就研制出第一颗核电池,并于1961年首次将核电池装备在人造卫星上,此后,美国先后发射了四十多颗靠核电池供电的太空飞行器,这其中就有大名鼎鼎的阿波罗登月飞船、“好奇号”火星车,以及后来的“新视野号”冥王星探测器等。在阿波罗登月飞船上,核电池的主要作用就是给宇航员取暖,相当于一个暖手宝。

从20世纪60年代开始,前苏联也向太空发射了20多颗带核电池的卫星。此后,继承苏联太空技术衣钵的俄罗斯,现在也能造出性能良好的核电池,甚至能给美国NASA供货。

我国的核电池发展于上世纪六十年代。1971年,我国第一颗人造卫星发射后一年,我国就生产出了第一块核电池。但是当时苦于卫星少、用不上,这个技术也只能暂时保存起来。

进入21世纪后,我国在北斗定位系统和登月工程等太空项目上进展神速,对核电池的需求越来越强烈。这个时候,技术储备的好处就显现出来了。

2006年,我国科学家打开了这项尘封已久的核电池技术,并进行技术改进,很快就造出了用同位素钚-238提供能量的核电池。2010年,该技术进一步改善,我国研发出转换效率更高的核电池,完全满足登月和北斗卫星运行的需要。2013年,嫦娥三号第一次带着国产核电池降落在了月球,放下了“玉兔”月球车。

我国核电池的研发,再一次用事实表明了自己掌握核心技术的重要性。由于核电池的技术储备,当我们需要核电池技术时,拿出来就能用。对于一个有理想的国家来说,探索月球,只是他太空梦的第一步,他的太空梦应该是浩瀚的宇宙,乃至无限时空。而核电池,则坚定地在这场太空征途中,坚定地,默默地做一些微小但意义重大的工作,服务于我国的太空梦。

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