【文匯網訊】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。
據人民網報道，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，將鈽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航天器的電源。(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。
據瞭解，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。
由美國密蘇里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厘米，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，在航天器上，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。
美國航天器使用核電池的歷史
從上世紀中葉起，美國在「先驅者」10號、11號探測器，「旅行者」1號、2號探測器，木星和土星探測器中，都使用了同位素溫差發電器作為電源。就是因為採用核電源，美國「旅行者1號」行星探測器，才創造了世界衛星遠航史上的輝煌紀錄。目前它是離地球最遠(飛行約近200億公里)和飛行速度最快的人造衛星。它用了36年的時間，飛行到了太陽系的邊緣。
以鈽238放射性同位素作熱源的同位素溫差發電器，曾用於美國「子午儀」號導航衛星(低軌道導航衛星系列。又稱海軍導航衛星系統，英文縮寫為NNSS。主要功用是：為核潛艇和各類海面艦船等提供高精度斷續的二維定位，用於海上石油勘探和海洋調查定位、陸地用戶定位和大地測量等。從1960年4月到80年代初共發射30多顆。美國在1964年4月發射「子午儀」號導航衛星時，因發射失敗衛星所攜帶的放射性同位素源被燒燬，鈽238散佈在大氣層中並擴散至全球。後來改用特種石墨作同位素源外殼，以防燒燬。)、「林肯」號試驗衛星(早在1965年，美國林肯號試驗衛星上便使用鈽238放射性同位素作熱源的同位素溫差發電器)和「雨雲」號衛星(是美國第二代試驗氣象衛星系列。從1964年8月到1978年10月共發射了7顆。雨雲號衛星的任務是試驗新的氣象觀測儀器和探測方法。美國在1965年發射的一顆軍用衛星中，用反應堆溫差發電器作為電源。但由於電源調節器出現故障僅工作43天。1968年5月「雨雲」號氣象衛星發射失敗時，核電源落入聖巴巴拉海峽，後被打撈上來。)。
前蘇聯航天器使用核電池的情況
另據瞭解，前蘇聯在1967~1982年期間，共發射了24顆核動力衛星，都屬於海洋監視衛星。衛星帶有以濃縮鈾235為燃料的熱離子反應堆，核能功率為5~10千瓦。不過核動力並不是用來驅動衛星，只是利用放射性元素衰變時放出的熱量，通過熱電偶產生電能給衛星上的設備供電。這些核動力衛星，多在200多公里的低軌道上工作，完成任務後核反應堆艙段與衛星體分離，並將小型火箭推到大約1000公里的軌道，可運行600年。
1978年1月24日，蘇聯「宇宙」954號核動力衛星發生故障，核反應堆艙段未能升高而自然隕落，未燃盡的帶有放射性的衛星碎片散落在加拿大境內，造成嚴重污染。1983年1月「宇宙」1402號核動力衛星發生類似故障，核反應堆艙段在南大西洋上空再入大氣層時完全燒燬。
隨著後來美蘇太空競賽的冷卻，人類探索深空的腳步放緩。由於在近地軌道，核電池的性價比不及太陽能電池，此外，目前全球鈽238主要產自俄羅斯，燃料來源的局限也拖累了核電池的發展、應用。
美國第一輛採用核動力驅動的火星車
但是，近年來，由於深空探測在航天大國的發展，核電池使用見多。比如美國宇航局的好奇(Curiosity)號火星探測器(「火星科學實驗室」)，它是一個受地面遙控的，有汽車大小的美國第四個火星探測器，也是人類建造的第一輛採用核動力驅動的火星車。美國「好奇號」火星探測器上，就搭載了六輪自重900千克的火星車，而火星車核動力裝置。是一個重約45公斤，含4.8千克的鈽-238，發電功率140瓦的核電池，至少可以保證對「好奇號」進行14年的核能系統。在這裡，核能是以「微型化」的方式被利用的。
登陸火星的「好奇號」探測器，此刻正在遙遠的紅色土地上進行探測。對「非專業航天愛好者」來說，要從外形上區分「好奇號」和它的前輩、比如「勇氣號」「機遇號」，其實遠比想像來得簡單：「好奇號」身上，那對早已被視為太空飛行器標誌的「翅膀」：太陽能電池翼片消失了。收起慣常的「翅膀」，正是為了飛得更遠。而且，隨著人類不斷走向深空，航天器對核能的依賴也會越來越大。
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