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    原子电池怎样长寿又可靠

    2018/1/11 9:37:43

    放射性同位素原子核衰变不断发出射线,射线与物质相互作用,可以将动能转换成热能、电能或光能。

    1.什么是原子电池

    原子电池就是放射性同位素电池,也称核电池。采用的诱发同位素主要有锶-90,钚-238和钋-210。目前用得最多的是锶-90和钚-238两种原子电池。

    自从1954年美国首先研制成钋-210原子电池(电功率0.0018瓦)以来,已研制成各种各样的原子电池。原子电池的工作原理有两种:一是将放射性同位素衰变产生的热能转变成电能,这就是热转换型电池;二是将放射性同位素衰变放出粒子的动能或它的次级效应转变成电能,这就是动态换能型。目前研究最为成熟,并且已经实际应用的是静态热电型电池,又称温差型原子电池。它是利用温度变化产生电位差而发电。热电偶转换装置结构简单,尺寸小,重量轻,性能稳定,但转换效率较低,只有5%~10%,这种电池功率比较小,只有几瓦到几百瓦。

    原子电池不需阳光照射,不受电磁干扰,可以在失重、强风暴、极低温等恶劣环境下工作,使用寿命长,因此可用作人造卫星、太空探测器的辅助电源。美国“阿波罗”月面试验站、“雨云号”气象卫星、“先驱号”木星探测器、“海盗号”火星登陆器,都安装了钚-238同位素电池。

    2002年统计,美国在8颗人造卫星、5艘登月飞船,9个探测器等22个航天器上,安装了40台钚-238同位素电池。钚同位素电池重量轻、寿命长、安全可靠。月球上白天温度高达102℃,晚上降到-150℃,昼夜高温和严寒交替,变化幅度十分大,条件非常恶劣。而且,月亮上的夜晚要比地球上的夜晚长14倍。美国“阿波罗”登月计划中,在月球上设置了5台钚-238同位素电池,为25台仪器供电,使它们长期维持正常工作。

    原子电池受航天事业的推动,取得了较大发展,主要表现在:一是功率有了较大提高,现在已出现近千瓦功率的原子电池;二是热电转换功率的提高。美国布什政府于2003年批准的耗资近10美元的“普罗米修斯”计划,其主要内容之一就是发展新型高效率同位素电源系统。

    2.长寿电源

    在地面上使用的放射性同位素电池,如气象站、灯塔、航标、极地观察站,电源的体积和重量大一些无妨,人们常采用放射性同位素锶-90作电源。

    美国在南极曾设置过一个无人气象观察站,使用放射性同位素热电偶型电池,给铅蓄电池充电。这套发电装置总重量达850千克,连续运行8年之久,没有出过故障。

    若用镍-63做成原子电池,体积可以小到1立方毫米,可为微电子机械系统供电。这种电池送入人体中,可进行不开刀的手术;装在航天器中,可实行长期遥控指挥;做成盗听器,可非常隐蔽地搜集情报。镍-63的半衰期为93年,发射纯βˉ放射性射线,易防护,可不间断供电50年以上,这是一种很有前景的长寿电源。

    3.微型电源

    心脏是人生命的发动机。心律不齐或心动过缓的人,不仅不能正常生活和工作,还可能危及生命。医生常给这样的病人装上个心脏起搏器,这样,人就不会感到难受也不用担忧生命安全了。

    心脏起搏器可用一种超小型放射性同位素电池作能源,功率不到千分之一瓦,以每分钟60~70次速率给心脏电刺激,使心脏保持正常的跳动。

    原子电池心脏起搏器常用钚-238作能源,可使用约10年。前苏联领导人勃列日涅夫在1975年就安装了原子电池心脏起搏器。

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