同位素热源成月球上仪器的“暖宝宝”

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。