同位素热源成月球上仪器的“暖宝宝”

文章作者:管理一号 | 2019-01-28
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来历:科技日报

绵长的月夜,加之近310℃的昼夜温差,没有空气,人类要在月球上生计好不容易。能长时间进行主动查询的仪器成为人类了解月球的“千里眼”。无疑,仪器的动力供给是件大事。

据媒体报道,上一年年末发射的“嫦娥四号”同位素动力供给完成了新打破:选用同位素温差发电与热电运用相结合的供能方法。

这是一种什么样的动力技术?有何独到之处?科技日报记者就此专访了我国同位素动力专家、我国原子能科学研究院同位素研究所研究员蔡善钰。

衰变能为太空根究供给自我按捺动力

“同位素热源和同位素电源统称为同位素动力。这类动力来自放射性同位素衰变时发生的‘衰变能’”。蔡善钰通知记者,衰变能与裂变能、聚变能,构成了核能运用三大途经。

与裂变能、聚变能比较,衰变能能量要小得多,但用于月球勘探和深空根究却有独到之处:无需依托外来动力,能长时间、自我按捺、可靠地供给动力,且对环境具有超卓的适应能力。

迄今为止,人类已发现118种元素,每一种元素有不同数量同位素,其间安稳同位素276种,放射性同位素3000余种。

但蔡善钰说,若依照具有较长半衰期、较高功率密度、较轻屏蔽质量、较小生物毒性和较低生产成本等准则进行挑选,可作为动力燃料的放射性同位素不过十余种。依据衰变特性,同位素热源大致可分红α、β和γ热源三类。

α热源的最大特点是所需的屏蔽资料质量小,可大大下降火箭发射费用,最适合空间运用。20世纪发射至太空的同位素动力,燃料大多选用钋-210和钚-238,后者占绝大多数。

“钋-210比功率高,但半衰期短,适用于演示设备或短期航天使命;钚-238比功率较低,但半衰期长,可用于长时间航天使命。”蔡善钰阐明。

同位素热源成月球上仪器的“暖宝宝”

放射性同位素的衰变能可转变为光能、热能和电能。

蔡善钰通知记者,放射性同位素衰变时发射的高速带电粒子与物质相互效果,当动能被阻挡或吸收后,周围物质如包裹放射性同位素的容器温度会升高,衰变能即转变为热能。

同位素热源内部为同位素燃料做成的源芯,外部为密封源芯的燃料盒,可直接被运用。如苏联先后发射的“月球车-1 号”“月球车-2号”均组织有800瓦钋-210热源,专门为月面查询仪器树立恒温环境;美国前期发射的月面科学试验站运用了2台15瓦钚-238热源,供月震仪保温用。

我国于2013年发射的“嫦娥三号”月球勘探器,在着陆器和月球车内均组织有钚-238,以保证仪器仓内温暖如春,搭载的仪器安靖度过月夜。一旦阳光照耀,仪器仰仗太阳能电池,从头生动起来。

蔡善钰通知记者,与同位素热源比较,同位素电源还需要直接或间接地经过热电转化器(换能器),进一步将同位素衰变发生的热能转变为电能。正因如此,同位素电池除了同位素热源,还包含换能器。现在在空间运用最老到且已实用化的换能器,为同位素温差发电器,其利益是无运动部件、发电安全可靠,但热电转化功率只需4%—8%。作为换能器的一种,动态转化可行进热电转化功率,但由于有运动部件,制作难度大。

“能够估计,我国日益丰富的航天活动必将对空间核电源提出更多需求,空间核电源的研发效果也将为我国航天事业打开供给更广阔空间。”蔡善钰在展望同位素动力远景时说。

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