核电池发展历程_核电池发展趋势

　　核电池的基本原理及种类

　　放射性同位素电池的热源是放射性同位素。它们在蜕变过程中会不断以具有热能的射线的形式，向外放出比一般物质大得多的能量。这种很大的能量有两个令人喜爱的特点。一是蜕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、电磁场的影响，因此，核电池以抗干扰性强和工作准确可靠而著称。另一个特点是蜕变时间很长，这决定了放射性同位素电池可长期使用。

　　放射性同位素电池采用的放射性同位素来主要有锶-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。将它制成圆柱形电池。燃料放在电池中心，周围用热电元件包覆，放射性同位素发射高能量的α射线，在热电元件中将热量转化成电流。

　　放射性同位素电池的核心是换能器。目前常用的换能器叫静态热电换能器，它利用热电偶的原理在不同的金属中产生电位差，从而发电。

　　它的优点是可以做得很小，只是效率颇低，热利用率只有10%～20%，大部分热能被浪费掉。在外形上，放射性同位素电池虽有多种形状，但最外部分都由合金制成，起保护电池和散热的作用;次外层是辐射屏蔽层，防止辐射线泄漏出来;第三层就是换能器了，在这里热能被转换成电能;最后是电池的心脏部分，放射性同位素原子在这里不断地发生蜕变并放出热量。

　　按能量转换机制，核电池一般可分为直接转换式和间接转换式。更具体地讲，包括直接充电式核电池、气体电离式核电池、辐射伏特效应能量转换核电池、荧光体光电式核电池、热致光电式核电池、温差式核电池、热离子发射式核电池、电磁辐射能量转换核电池和热机转换核电池等。

　　按提供的电压的高低， 核电池可分为高压型（几百至几千V）和低压型（几十mV— 1 V 左右）两类。高电压型核电池以含有β射线源（锶-90或氚）的物质制成发射极，周围用涂有薄碳层的镍制成收集电极，中间是真空或固体介质。低电压型核电池又分为温差电堆型、气体电离型和荧光-光电型三种结构。

　　核电池发展历程

　　第一个放射性同位素电池是在1959年1月16日由美国人制成的，它重1800克，在280天内可发出11.6度电。在此之后，核电池的发展颇快。

　　1961年美国发射的第一颗人造卫星“探险者1号”，上面的无线电发报机就是由核电池供电的。1976年，美国的“海盗1号”、“海盗2号”两艘宇宙飞船先后在火星上着陆，在短短5个月中得到的火星情况，比以往人类历史上所积累的全部情况还要多，它们的工作电源也是放射性同位素电池。

　　2012年，美国“好奇”号登录火星。“好奇”重量超过900公斤，是2004年登陆火星的“勇气”号和“机遇”号重量的约5倍。

　　“好奇”号的动力由一台多任务放射性同位素热电发生器提供，其本质上是一块核电池。该系统主要包括两个组成部分：一个装填钚-238二氧化物的热源和一组固体热电偶，可以将钚-238产生的热能转化为电力。这一系统设计使用寿命为14年，也高于太阳能电池板。该系统足以为“好奇”号同时运转的诸多仪器提供充足能量。

　　核电池发展趋势

　　核微型电池的未来发展取决于以下几个方面的因素：安全、能源转换效率和成本。如果我们可以把电池中放射性材料数量维持在足够低的水平，从而使其发出的辐射足够少，那末仅仅电池的简单包装就能够将其阻挡而保证安全。同时，我们还必须找到各种途径，进一步提高核微型电池提供的能量，特别是在转化效率方面。

　　另一个主要挑战是：如何使放射性同位素电源价格低廉，而且易于与电子器件集成。例如，在我们的实验系统中，曾使用了1毫居里的镍-63，其成本为25美元，这对于大规模生产的电子设备来说太昂贵了。可能的比较便宜的替代物是同位素氚，它是某些核反应堆工作时大量产生的副产品。就一个核微型电池所需要氚的量来说，也许只需花费几美分。一旦克服了上述挑战，核微型电池将很快应用在手机和PDA等手持设备中。就像前面提到的那样，核电池还可以为传统电池供电。