原子能電池在汽車中的應用
我國已經攻克原子能電池可連續工作30年!
我國月球探測器可應對「月夜生存」挑戰
據中國繞月工程首席科學家歐陽自遠介紹「月球晚上的溫度是零下180攝氏度,而且壹天黑就是半個月,如果不能持續提供能源,保證壹定溫度,所有的儀器都會凍壞。」他說,「唯壹能滿足這種要求的是原子能電池,可連續工作30年,這項技術我國已經攻克。」
原理簡介
放射性同位素電池的熱源是放射性同位素。它們在蛻變過程中會不斷以具有熱能的射線的形式,向外放出比壹般物質大得多的能量。這種很大的能量有兩個令人喜愛的特點。壹是蛻變時放出的能量大小、速度,不受外界環境中的溫度、化學反應、壓力、電磁場的影響,因此,核電池以抗幹擾性強和工作準確可靠而著稱。
另壹個特點是蛻變時間很長,這決定了放射性同位素電池可長期使用。放射性同位素電池采用的放射性同位素來主要有鍶-90(Sr-90,半衰期為28年)、-238(Pu-238,半衰期 89.6年)、釙-210(Po-210半衰期為138.4天)等長半衰期的同位素。將它制成圓柱形電池。燃料放在電池中心,周圍用熱電元件包覆,放射性同位素發射高能量的α射線,在熱電元件中將熱量轉化成電流。 放射性同位素電池的核心是換能器。目前常用的換能器叫靜態熱電換能器,它利用熱電偶的原理在不同的金屬中產生電位差,從而發電。它的優點是可以做得很小,只是效率頗低,熱利用率只有10%~20%,大部分熱能被浪費掉。放射性同位素電池圖在外形上,放射性同位素電池雖有多種形狀,但最外部分都由合金制成,起保護電池和散熱的作用;次外層是輻射屏蔽層,防止輻射線漏泄出來;第三層就是換能器了,在這裏熱能被轉換成電能;最後是電池的心臟部分,放射性同位素原子在這裏不斷地發生蛻變並放出熱量。
發展史
第壹個放射性同位素電池是在1959年1月16日由美國人制成的,它重1800克,在280天內可發出11.6度電。在此之後,核電池的發展頗快。 1961年美國發射的第壹顆人造衛星「探險者1號」,上面的無線電發報機就是由核電池供電的。1976年,美國的「海盜1號」、「海盜2號」兩艘宇宙飛船先後在火星上著陸,在短短5個月中得到的火星情況,比以往人類歷史上所積累的全部情況還要多,它們的工作電源也是放射性同位素電池。因為火星表面溫度的晝夜差超過100℃,如此巨大的溫差,壹般化學電池是無法工作的。
大海的深處,也是放射性同位素電池的用武之地。在深海裏,太陽能電池根本派不上用場,燃料電池和其他化學電池的使用壽命又太短,所以只得派核電池去了。例如,現在已用它作海底潛艇導航信標,能保證航標每隔幾秒鐘閃光壹次,幾十年內可以不換電池。人們還將核電池用作水下監聽器的電源,用來監聽敵方潛水艇的活動。還有的將核電池用作海底電纜的中繼站電源,它既能耐五六千米深海的高壓,安全可靠地工作,又少花費成本,令人十分稱心。 在醫學上,放射性同位素電池已用於心臟起搏器和人工心臟。它們的能源要求精細可靠,以便能放入患者胸腔內長期使用。以前在無法解決能源問題時,人們只能把能源放在體外,但連結體外到體內的管線卻成了重要的感染渠道,很是使人頭疼。現在可好了,眼下植入人體內的微型核電池以鉭鉑合金作外殼,內裝150毫克238,整個電池只有 160克重,體積僅 18立方毫米。它可以連續使用10年以上。原子電池是利用放射性同位素放出的
發展情況
中國第壹個-238同位素電池 中國第壹個-238同位素電池已在中國原子能科學研究院誕生了,同位素電池的研制成功填補了中國長期以來在該研究領域的空白,標誌著中國在核電源系統研究上邁出了重要的壹步。同位素電池是利用放射性同位素衰變過程釋放的熱能,通過熱電偶轉換成電能,具有尺寸小、重量輕、性能穩定可靠、工作壽命長、環境耐受性好等特點,能為空間及各種特殊、惡劣環境條件下的高空、地面、海上和海底的自動觀察站或信號站等提供能源。同位素電池在美、俄等國已實際應用,用於航天器的能源供應。
隨著中國空間探測的進壹步發展(包括「登月計劃」的啟動)以及未來深空探測的需求,為中國航天器提供穩定、持久的能源已提到議事日程上來,作為迄今為止航天器儀器、設備最理想供電來源的同位素電池成為航天技術進步的重要標誌,掌握同位素電池制備的壹系列關鍵技術並具備自主研制生產能力顯得尤為重要。
2004年,原子能院同位素所承擔了「百毫瓦級-238同位素電池研制」任務,在兩年時間裏要完成總體設計和壹系列相關工藝研究,研制出樣品。 同位素所和協作單位並按制定的研究方案開展了大量的模擬實驗、示蹤實驗、熱實驗等工作。最終檢測表明電池性能完全達到了技術指標要求,輻射防護檢測的各項指標均符合國家安全要求。中國第壹個-238同位素電池誕生了。中國第壹個-238同位素電池的研制成功是中國在核電源系統研究領域的重大突破,為繼續探索、開發空間能源打下了堅實的基礎。