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
嫦娥三号探测器于2013年12月2日在中国西昌卫星发射中心由长征三号乙运载火箭送入太空,当月14日成功软着陆于月球雨海西北部,15日完成着陆器巡视器分离,并陆续开展了“观天、看地、测月”的科学探测和其它预定任务,取得一定成果。2013年12月16日,中国官方宣布嫦娥三号任务获得成功。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,我国嫦娥三号携带了核能电池(是一种核动力装置)飞天。
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。