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2013年9月12日美国航空航天局（NASA）科学家证实,于1977年9月5日发射的“旅行者1号”（Voyager1）无人太空探测器已经飞出了太阳系,这是现时离地球最远的人造飞行器,也是第一个进入星际空间的人造物体.这是人类探索史上一次重大的里程碑！这个成就如同人类第一次完成环球航行,或者第一次踏足月球表面一样.经历了36年它还将工作到2025年,直到它的核动力电池耗尽之后,才会停止工作.
核动力电池为世界航天事业的发展做出了重大的贡献,凝聚了无数科学家的心血和智慧,当然也应用了大量的物理知识.
1核动力电池原理和构造
在科学家的字典里,“核动力电池”被称为放射性同位素电池.它的原理简单,利用半衰期较长的放射性元素稳定衰变时发出的热能射线,加热热点材料,通过半导体换能器将热能转化成电能.
构造一般为：最外层是由合金制成的保护层,次外层是防止射线泄漏的辐射屏蔽层,第三层是把热能转化成电能的换能器,最里层是放射性同位素.同位素来源主要有锶-90（Sr-90,半衰期为28年）、钚-238（Pu-238,半衰期89.6年）、钋-210（Po-210半衰期为138.4天）等长半衰期的同位素.“旅行者1号”（Voyager1）中用的就是钚.“旅行者1号”主要应用核动力电池提供的电能每天和控制中心保持联系,发射信号功率为23瓦,相当于冰箱内灯泡功率.
2核动力电池的优缺点
核动力电池尺寸小、重量轻、性能稳定可靠、工作寿命长、环境耐受性好.衰变时放出的能量大小、速度,不受外界环境中的温度、化学反应、压力、电磁场等的影响,提供电能的同位素工作时间非常长,能为空间及各种特殊、恶劣环境条件下的高空、地面、海上和海底的自动观察站或信号站等提供能源.优点显著而缺点也明显,有放射性污染,必须妥善防护,而且一旦电池装成后,不管是否使用,随着放射性源的衰变,电性能都要衰降.
3核动力电池的应用和未来
3.1太空探测器
对深空探测来说,核电池意义重大.在太空中,飞船能依靠的只有太阳能和核能.飞船距离太阳越远,阳光越是微弱,太阳能电池板的发电能力就越低；为保证飞行器的能量供应,就需要应用核动力电源.
3.2核动力卫星
核动力卫星使用核电源的人造地球卫星.核电源工作寿命长,性能可靠,能提供较大的功率.它和太阳电池电源相比,适应环境能力强,由于在卫星外部没有伸展开的大面积太阳电池翼,在低轨道飞行时大气阻力较小.在空间战中使用核电源能提高卫星的生存能力.核电源适用于某些军用卫星和行星探测器.
3.3心脏搏动调节装置
在医学上,核动力电池已用于心脏起搏器和人工心脏.它们的能源要求精细可靠,以便能放入患者胸腔内长期使用.植入人体内的电池以钽铂合金作外壳,内装150毫克钚238,整个电池只有160克重,体积仅18立方毫米.它可以连续使用10年以上.
3.4水下 和海底电缆的中继站
在深海里,太阳能电池派不上用场,其他如燃料电池和化学电池的使用寿命又太短,因此现在已将核电池用作水下 和海底电缆的中继站的电源,用来监听敌潜水艇的活动和通讯.
科学家通过利用微型和纳米级系统开发出了一种超微型电源设备,这种设备通过放射性物质的衰变,释放出带电粒子,从而获得持续电流.微型核电池的成功研制,无疑推动了核动力的普及,说不定不久的将来就会出现核动力笔记本、核动力台式机、核动力手机.
4中国的核动力电池自主研发之路
2004年中国原子能科学院同位素所牵头研发“百毫瓦级钚-238同位素电池研制”任务,2006年这颗电池的研制成功,2008年同位素所和协作单位并按制定的研究方案开展了大量的模拟实验、示踪实验、热实验等工作.最终检测表明电池性能完全达到了技术指标要求,辐射防护检测的各项指标均符合国家安全要求通过了专家组的鉴定.这颗钚-238同位素电池,标志着我国在核电源系统研究上迈出了重要的一步,填补了中国核电池的空白.
将于2013年发射“嫦娥三号”卫星对月球进行软着陆探测,针对月球上长达半个月时间,且气温达到零下180摄氏度的寒冷月夜,科研人员专门研制了 放射性同位素电池来帮助月球车进行“冬眠”,等到太阳再次在月亮上升起时,电池自动重启,月球车开始进入工作状态,而这样的放射性同位素电池能持续工作30年.
飞出太阳系论文参考资料：
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