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科技日報:中國已經攻克原子能電池,可連續工作30年!

(2010-07-25 16:17:02) 下一個


科技日報:中國已經攻克原子能電池,可連續工作30年!


中國繞月工程首席科學家歐陽自遠介紹了“嫦娥三號”將實現的軟著陸、無人探測及月夜生存三大創新點。


我國月球探測器可應對“月夜生存”挑戰

 來源: 科技日報 作者: 付毅飛
 
本報北京電(記者付毅飛)在中國科技館今天組織的“‘科學與中國’院士專家巡講團”首場講座中,中國繞月工程首席科學家歐陽自遠介紹了“嫦娥三號”將實現的軟著陸、無人探測及月夜生存三大創新點。

 
“月球晚上的溫度是零下180攝氏度,而且一天黑就是半個月,如果不能持續提供能源,保證一定溫度,所有的儀器都會凍壞。”他說,“唯一能滿足這種要求的是原子能電池,可連續工作30年,這項技術我國已經攻克。”

 
 
同時他介紹說,與“嫦娥一號”的探月軌道不同,“嫦娥三號”衛星不采取多次變軌的方式,而將直接飛往月球,其中最困難的問題是降落。“在地球或火星,因為有大氣,可以采用降落傘的方式。但月球是絕對真空,降落傘無法使用,所以科學家采用另一種辦法,邊降落邊用發動機反推,減緩降落速度。”他說,“大約離月球15公裏時,反推發動機就要點火工作,到離月球100米時,著陸器將暫時處於懸停狀態。這時我們在地球上已完全無法遙控,但著陸器會智能地自動選擇一塊平整的地方降下去,並在離月球4米的時候關閉推進器,呈自由落體降落,確保軟著陸。”

 
他還表示,著陸器降落後,裏麵會走出月球車,一邊走一邊探測。“這個月球車是中國最高智能的機器人,可以實現自己導航、避障、選擇路線、選擇探測地點、選擇探測儀器等。上麵還安裝了一台雷達,可以邊走邊探測月球內部的結構變化。”他說,“此外,著陸器上搭載了七套設備,包括一套天文望遠鏡,這是世界上誰也沒做過的。”

 
講座中,歐陽自遠從人類探測月球的緣由與進展談起,介紹了人類探月的曆史,月球的資源、環境,探月的戰略意義,以及我國探月工程已取得的科學成果和下一步工程的展望。整場講座持續近兩個小時,讓聽眾美美地享受了一場豐盛的“月球大餐”。

 
原子能電池

 
摘要

 
放射性同位素電池也被叫做放射性同位素溫差發電器或原子能電池。這種溫差發電器是由一些性能優異的半導體材料,如碲化鉍、碲化鉛、鍺矽合金和硒族化合物等,把許多材料串聯起來組成。另外還得有一個合適的熱源和換能器,在熱源和換能器之間形成溫差才可發電。

 
原理簡介

 
放射性同位素電池的熱源是放射性同位素。它們在蛻變過程中會不斷以具有熱能的射線的形式,向外放出比一般物質大得多的能量。這種很大的能量有兩個令人喜愛的特點。一是蛻變時放出的能量大小、速度,不受外界環境中的溫度、化學反應、壓力、電磁場的影響,因此,核電池以抗幹擾性強和工作準確可靠而著稱。

 
另一個特點是蛻變時間很長,這決定了放射性同位素電池可長期使用。放射性同位素電池采用的放射性同位素來主要有鍶-90(Sr-90,半衰期為28年)、鈈-238(Pu-238,半衰期 89.6年)、釙-210(Po-210半衰期為138.4天)等長半衰期的同位素。將它製成圓柱形電池。燃料放在電池中心,周圍用熱電元件包覆,放射性同位素發射高能量的α射線,在熱電元件中將熱量轉化成電流。 放射性同位素電池的核心是換能器。目前常用的換能器叫靜態熱電換能器,它利用熱電偶的原理在不同的金屬中產生電位差,從而發電。它的優點是可以做得很小,隻是效率頗低,熱利用率隻有10%~20%,大部分熱能被浪費掉。放射性同位素電池圖在外形上,放射性同位素電池雖有多種形狀,但最外部分都由合金製成,起保護電池和散熱的作用;次外層是輻射屏蔽層,防止輻射線漏泄出來;第三層就是換能器了,在這裏熱能被轉換成電能;最後是電池的心髒部分,放射性同位素原子在這裏不斷地發生蛻變並放出熱量。

 

    第一個放射性同位素電池是在1959年1月16日由美國人製成的,它重1800克,在280天內可發出11.6度電。在此之後,核電池的發展頗快。 1961年美國發射的第一顆人造衛星“探險者1號”,上麵的無線電發報機就是由核電池供電的。1976年,美國的“海盜1號”、“海盜2號”兩艘宇宙飛船先後在火星上著陸,在短短5個月中得到的火星情況,比以往人類曆史上所積累的全部情況還要多,它們的工作電源也是放射性同位素電池。因為火星表麵溫度的晝夜差超過100℃,如此巨大的溫差,一般化學電池是無法工作的。

大海的深處,也是放射性同位素電池的用武之地。在深海裏,太陽能電池根本派不上用場,燃料電池和其他化學電池的使用壽命又太短,所以隻得派核電池去了。例如,現在已用它作海底潛艇導航信標,能保證航標每隔幾秒鍾閃光一次,幾十年內可以不換電池。人們還將核電池用作水下監聽器的電源,用來監聽敵方潛水艇的活動。還有的將核電池用作海底電纜的中繼站電源,它既能耐五六千米深海的高壓,安全可靠地工作,又少花費成本,令人十分稱心。 在醫學上,放射性同位素電池已用於心髒起搏器和人工心髒。它們的能源要求精細可靠,以便能放入患者胸腔內長期使用。以前在無法解決能源問題時,人們隻能把能源放在體外,但連結體外到體內的管線卻成了重要的感染渠道,很是使人頭疼。現在可好了,眼下植入人體內的微型核電池以鉭鉑合金作外殼,內裝150毫克鈈238,整個電池隻有 160克重,體積僅 18立方毫米。它可以連續使用10年以上。原子電池是利用放射性同位素放出的.



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