生活中，我們出行的交通工具都需要動力驅(qū)動，比如說汽車、輪船的發(fā)動機(jī)，那么，您有沒有聽說過“核動力”這個詞呢。核動力是利用可控核反應(yīng)米獲取能量，從而得到我們所需的熱量和電能。利用核反應(yīng)來獲取能量的原理是：當(dāng)裂變材料(例如23鈾)在受人為控制的條件下發(fā)生核裂變時，核能就會以熱量的形式被釋放出米，這些熱量會被用來驅(qū)動蒸汽機(jī)，蒸汽機(jī)帶動汽輪發(fā)電機(jī)來產(chǎn)生電能看完核反應(yīng)的原理之后，大家是不是有似曾相識的感黨呢。沒錯，核電廠的發(fā)電原理其實(shí)亦是如此。所以，核動力除了大規(guī)模應(yīng)用于核電站發(fā)電外，也可用于潛艇、航空母艦和人造飛船之上。
第一節(jié)放射性同位素電池
核動力飛船是使用核電源的人造航空器。核電源有著工作壽命長，性能可靠，不需要光照，能提供較大功率等優(yōu)點(diǎn)。核動力飛船用的核電源有兩類：一類是放射性同位素電池，一類是空間核反應(yīng)堆電源。今天要帶大家認(rèn)識的是放射性同位素電池。
放射性同位素電池(簡稱RTG)是二十世紀(jì)60年代迅速發(fā)展起來的一種電池。這種電池的發(fā)電原理是利用放射性核素衰變時，會釋放出衰變能這一特性，常用的核素有23钚、2釙等。放射性同位素電池的本領(lǐng)非常大，它是利用溫差電材料的塞貝克效應(yīng)，將放射性核素的衰變能所釋放的熱能轉(zhuǎn)換成電能，與其它電源相比，放射性同位素電池具有壽命長、體積小、結(jié)構(gòu)緊姿、比容量高、工作可靠和不受周圍環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)，示意圖見圖6-1。本領(lǐng)高強(qiáng)的放射性同位素電池可作為人造衛(wèi)星、字宙飛船、海洋工程、陸地?zé)o人管理氣象站等設(shè)施的使用電源，上至浩瀚宇宙，下至深邃海洋，都有它的身影。放射性同位素電池的功率一般在瓦級到數(shù)百瓦級之間。1977年，美國發(fā)射了攜帶2钚核電池的旅行者一號航天器，發(fā)回了木星、土星的詳細(xì)照片。日前，它已己飛行了38年，離開了太陽系，到達(dá)了從來沒有探測器到達(dá)過的宇宙空間，核電池將保證旅行者號上搭載的科學(xué)儀器繼續(xù)工作到2025年，續(xù)航能力可不一般。這是人類科學(xué)發(fā)展史上的里程碑。
圖6-1同位素電池結(jié)構(gòu)示意
圖6-2 Nano Tritium同位素電池
Nano Tritium核電池(圖6-2)采用了氫同位素變產(chǎn)生能量，每2平方厘米提供1.4V的能量輸出。自封裝起20年持續(xù)電力輸出，你用或者不用，電就在那里，持續(xù)不停。
第二節(jié)原子熱源(嫦娥三號的暖身寶)
大涯共此時、千里具、”“明月松間照，清泉石上流。今來育很多対月亮的贊美與向往。月球上沒有大氣層、月面直暴露學(xué)空間。所以月表的溫度變化非常劇烈，與地球差異很大。要知道、月球上的夜晚可比明們東北三省的各天冷的多!月球表面自大最熱時、月表溫度可達(dá)127℃、夜間最冷時，溫度可降到零下183℃。
說完了美國旅行者一號的故事(見圖6-3)后，我們將視線轉(zhuǎn)回到國內(nèi)。由于放射性同位素在衰變時會釋放出衰變熱能，因此，將熱能收集起來即可為航空器提供熱源。2013年12月2日，是我國航天史上值得記的一天。這一大，“嫦娥三號”首次攜帶同位素?zé)嵩?簡稱RHU)飛天。嫦三號身上高科技的設(shè)備可多著呢，這小小的熱源能起到多大的作用呢?事實(shí)上，這一熱源對在月球環(huán)境下生存的“娥三號”是至關(guān)重要的。同位素(2)衰變釋放出來的熱量足以為夜間體眠中的月球車保溫，在月球零下150度到180度的低溫中，同位素?zé)嵩纯梢允?ldquo;嫦娥三號”能夠抵御住嚴(yán)寒，確保探測器上的儀器不被凍壞。在“嫦娥三號”的有效載荷分系統(tǒng)共使用2枚RHU充當(dāng)“棉衣”和“棉褲”，分別保護(hù)著粒子激發(fā)X時線譜儀和極紫外相機(jī)這兩個重要的部分。嫦娘三號登月示意圖月球車及探測器見圖6-4、圖6-5。
圖6-3旅行者一號
