钚-239 一节核电池比战斗机还贵,真能用1万年吗?60年前已在汽车试验

太空探测器是人类揭开宇宙神秘面纱最有效的工具,探测器上会携带很多精密仪器,对探测对象开展科学研究,那你是否思考过,这些仪器到底是如何工作的?对于地球上的精密仪器而言,必须通电才能够工作,同样,就算是这些精密仪器被搬到太空,依然离不开电能。钚-239 一节核电池比战斗机还贵,真能用1万年吗?60年前已在汽车试验
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最早,航天的太空探测器都是采用太阳能提供能量,免费还相对好用的东西不用白不用。不过,免费的东西还是有弊端,一旦探测器进入星球的背面,就彻底没有了能源,整个设备不仅无法工作,而且太空低达-270℃的温度,低温状态下,这些仪器会损坏。纵观世界范围内,能在太空中利用的能源中,目前只有核电池是寿命最长,稳定性最好的。钚-239 一节核电池比战斗机还贵,真能用1万年吗?60年前已在汽车试验
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小发电站其实,核电池用到探测器上已经不是什么新闻了,早在几十年前,美俄冷战时期就有大量航天器使用核电池。其实,核电池并不是严格意义上的电池,它的全称是放射性同位素热电发生器,简称RTG。钚-239 一节核电池比战斗机还贵,真能用1万年吗?60年前已在汽车试验
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核电池的原理并不难,跟核发电站有异曲同工之妙,它利用了放射性元素衰变过程中产生的热能,热能推动发电设备工作,产生电能,航天器上采用的核电池一般是放射性元素钚-238。钚的威力比铀还要大,钚和铀都是原子弹的材料,当年,美国在日本广岛用的是铀原子弹,在长崎用的是钚原子弹。钚-239 一节核电池比战斗机还贵,真能用1万年吗?60年前已在汽车试验
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不过核电池用的钚和原子弹不同,原子弹的钚是钚-239(239Pu),而大部分RTG则使用钚的另一种同位素钚-238(238Pu),它比前者的原子核中少一个中子。少了这颗中子非常重要,钚-238不会爆炸。顺便说一句,1940年末,美国科学家麦克米伦用60英寸回旋加速器加速的氘核,在轰击铀时发现钚238,次年发现了钚-239,四年过后,就用钚-239就毁灭了长崎市。钚-239 一节核电池比战斗机还贵,真能用1万年吗?60年前已在汽车试验
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真正将钚-238用到太空探测器是在美阿波罗计划。钚-238衰变一般来说,放射性元素衰变包括阿尔法衰变、贝塔衰变和伽马衰变,不过,衰变没有聚变那么厉害。钚-239 一节核电池比战斗机还贵,真能用1万年吗?60年前已在汽车试验
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钚-238衰变过程中,仅会释放一个氦-4原子核(α粒子),当然这一过程属于α衰变。钚-239 一节核电池比战斗机还贵,真能用1万年吗?60年前已在汽车试验
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每克钚-238在衰变的过程中,自发产生的热量可以产生0.568W的电能。钚-239 一节核电池比战斗机还贵,真能用1万年吗?60年前已在汽车试验
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核电池有多贵由于钚-238是在高速器中人工合成的,这个合成的过程,成本极高,就目前来看,美俄有能力大规模生产。所以,核电池的热电转换效率非常重要,比如美好奇号毅力号核电池效率达到6.3%,在核电池领域算是效率很高的,如果转换率低化,意味着需要更多钚-238,成本会更高。那一个核电池组件究竟有多贵呢?美毅力号探测器钚-239 一节核电池比战斗机还贵,真能用1万年吗?60年前已在汽车试验
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美国当地时间2月18日下午,美国毅力号火星探测器成功登陆火星,成为美国第五个成功登陆火星的探测器,毅力号此行有一个重要目的,采集火星样本,试图找到有生命存在的证据。钚-239 一节核电池比战斗机还贵,真能用1万年吗?60年前已在汽车试验
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美国火星探测器毅力号,毅力号中有一个火星漫游车,重量达到1.03吨,长度接近3米,整个尺寸与小汽车差不多,它采用了RTG核电池,整个电池用了4.8公斤钚氧化物,总重量达到了45公斤,功率仅为110W,设计寿命14年,造价达到了7000万美元。钚-239 一节核电池比战斗机还贵,真能用1万年吗?60年前已在汽车试验
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▲毅力号漫游车(圆圈为核电池)一个核电池的价格比俄罗斯最贵战机米格35还要贵,确实是太贵了。钚-239 一节核电池比战斗机还贵,真能用1万年吗?60年前已在汽车试验
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天问一号没有核电池晚上怎么办?上一节说的美国毅力号是在今年7月30日发射,而我国的天问一号是在7月23日发射的,它们共同的目的都是火星。那么问题来了,美毅力号漫游车可是携带了核电池,我国天问一号仅携带了太阳能电池板,而火星表面,晚上温度为零下70度,天问一号保温成了一个比较大的问题,它晚上该如何过夜呢?

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