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中國已造出國産核電池 將裝上嫦娥三號月球車

發佈時間:2012年08月12日 10:49 | 進入復興論壇 | 來源:文匯報 | 手機看視頻


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  本週登陸火星的“好奇號”探測器此刻正在遙遠的紅色土地上張望。對“非專業航天愛好者”來説,要從外形上區分“好奇號”和它的前輩、比如“勇氣號”“機遇號”,其實遠比想象來得簡單:

  “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。“好奇號”是人類建造的首輛核動力火星車。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。

  事實上,將於明年隨“嫦娥三號”登月的我國首輛月球車,也將裝載核動力裝置。這將使我國成為繼美俄之後,第三個將核動力應用於太空探測的國家。

  核能利用也可以“微型化”

  普通人也許慣於將核能與核電站、核潛艇等“大傢伙”聯絡在一起,但中國探月工程首席科學家、中國科學院院士歐陽自遠告訴記者,在航天器上,核能是以另一種“微型化”的方式被利用的。“好奇號”上搭載的核動力裝置,是一枚重約45公斤、發電功率140瓦的核電池。

  原理並不難解釋:電池中的放射性核燃料不斷進行衰變,釋放出熱量;經過溫差熱電轉換器的作用,最終形成電流。

  與核反應堆靠的是裂變反應發電不同,核電池基於衰變反應,能量釋放遠不如裂變劇烈(不加控制的裂變就是核爆炸)。

  但衰變釋放的能量也不容忽視。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産生的熱量。否則,高溫會熔解金屬保護殼,導致嚴重核泄漏。

  歐陽自遠告訴記者,無論是“好奇號”,還是中國的月球車,核電池中使用的燃料都是钚238。钚238的半衰期有80多年。這個時間足夠長,使钚238能支撐電池持續工作幾十年。

  上海空間電源研究所研究員李國欣告訴記者,钚238衰變時,表面溫度可以達到五六百攝氏度,足以讓钚金屬塊呈現出熾熱的紅色。在核電池中,它相當於一個熱源。這種核電池,更規範的名稱是“放射性同位素溫差電池”。它的能力雖不足以讓火箭升空,卻可以用於小規模供電,比如,讓火星車以低速移動,並與地球通話。

  讓飛行器對惡劣環境“免疫”

  李國欣告訴記者,對深空探測來説,核電池意義重大。在太空中,飛船能依靠的只有太陽能與核能。飛船距離太陽越遠,陽光越是微弱,太陽能電池板的發電能力就越低;為保證飛行器的能量供應,就需要應用核電源。

  歐陽自遠表示,“好奇號”火星車自重近1噸,大約是2004年登陸火星的“機遇號”和“勇氣號”的5倍,對能量的需求也更大。核電池不僅不受光照影響,對其他惡劣的外部環境,比如真空、極冷、極熱、宇宙輻射等,也基本“免疫”。

  歐陽自遠告訴記者,我國的月球車實際上同時使用太陽能和核能作為能源。月球的自轉一週是28天,等於説一個“月球夜”會持續14天。黑暗中的月面,溫度驟降到零下100多攝氏度,為防止車載儀器被凍壞,休眠中的月球車就得靠核電池的能量來保溫,並維持與地面的通訊。而一旦新一個白晝來臨,太陽能電池就能重新驅動月球車工作。據了解,從上世紀中葉起,核電池就在太空領域應用。但隨著美蘇太空競賽的冷卻,人類探索深空的腳步放緩。而在近地軌道,核電池的性價比不及太陽能發電。此外,目前全球钚238主要産自俄羅斯,燃料來源的局限也拖累了核電池的應用。

  中國自主研發邁出大步

  據歐陽自遠介紹,我國月球車搭載的核電池,是由中國原子能科學研究院&&研發的。

  記者沒能採訪到中國原子能科學研究院的相關負責人。但從該院官方網站上,同樣可以收穫不少信息。綜合該網站過去幾年陸續刊登的文章,從2004年開始,該院正式啟動航天用同位素電池的研發;到2006年,研製出我國第一顆钚238同位素電池;2008年通過了專家組的鑒定。這顆電池的研製成功,填補了我國長期以來在該研究領域的空白,標誌著我國在核電源系統研究上邁出了重要的一步。

  據原子能院的官網文章介紹,第一顆“國産”同位素電池的各項指標均超過了預期要求,研製全過程安全無誤,功率為百毫瓦級。

  雖然功率與“好奇號”電池的140瓦左右的功率還有距離,但據歐陽自遠介紹,只要研發成功第一顆電池,就可以説突破了同位素發電的主要技術難點。今後,如果要做大功率,只需相應地增加核燃料钚238的使用量。他表示,在我國未來的深空探測計劃——比如火星探測中,核電池可能發揮越來越大的作用。(記者 張懿)

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