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危险又好用的特殊电源——同位素电池!

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瀚海狼山军事号 2021-05-04 00:25
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电池是人类最近100年来的重大发明之一。人类目前一行一动都离不开电力。而电力的提供方式分为多种,最大的叫做电网。大型电网的总容量往往高达数千万千瓦,可以确保超级城市、省级单位甚至一个中型国家的全部用电负荷。而中小电网则可以确保一艘独立大船的全部用电。其总容量一般是几万到几千千瓦。而到了陆地上的机动车辆,也有自己独立的电力系统,容量从上千千瓦到几百千瓦,已经算不上是电网。还有更小的独立用电系统,比如现在几乎人人都具备的移动手机,其供电就需要通过专门的电池来提供。从过去的镍锌电池到目前流行的锂电池。电池的特点是可以为一个独立的小型用电系统提供持续的电力供应。电池又可以分为一次性使用的电池与可以多次重复充电使用的电池。虽然现代的电池形态繁多。

但是大部分寿命都是有限的。一次性使用的普遍化学电池,最多维持几个月到1到2年的正常使用寿命;就算是可以反复充电数千次的手机电池,最终也不过可以用到4到5年的时间。可重复充电数千次,使用寿命4到5年,对大多数民用小型移动用电设备基本足够了。但是对上天飞行的卫星和探测器来说,寿命还是不够长。因为当代大多数先进卫星基本设定寿命至少20年。有些飞到深空的探测器甚至起步设计寿命就是40到50年,目前所有的常规电池都达不到如此长的寿命。而且在火星到木星轨道以外的深空,太阳能已经非常微弱,因此在地球附近可以长时间使用,反复发电和充电的太阳光伏设备和充电电池也不能用了。于是同位素电池出现了。“放射性同位素电池”简称同位素电池。由放射性同位素的衰变能转换为电能为基本原理。

放射性同位素的衰变能如何转变成电能,目前技术途径已经有十几种之多。最常用的是放射性温差发电器简称RTG;另外还有“辐射伏特效应”、“衰变耦合磁共振”、“往复式震荡悬臂梁”、“热离子发射”等等。放射性同位素温差发电器于1956首次研制成功,是第一种实用化的同位素电池。出现后就立即用于航天设备的供电。具有减轻发射重量、确保设备连续工作多年的优势。放射性同位素电池的热源是放射性同位素。其在衰变过程中会不断以具有热能的射线的形式,向外放出能量。放射性同位素电池采用的放射性同位素来主要有锶90,半衰期为28年;钚238半衰期 89.6年。同位素放在电池中心,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。从以上常用放射性同位素的半衰期来看,从28年到接近90年。因此瀚海狼山(匈奴狼山)认为,同位素电池基本可以确保30年甚至60年的长时间稳定供电。

而且不受任何外界温度和环境的干扰。也不需要外来的能量助力。因此非常好用。但是缺点也显而易见,毕竟具备高放射性的物质,到哪里都是人见人怕。而美苏都有早期卫星上的放射性电池随着卫星残骸坠落,曾经引发恐慌。因此后来同位素电池只在有去无回的深空探测器上使用,近地航天器仍然使用基本无放射性的太阳帆板发电。同位素电池的另外一个弱点,就是发电能力很弱,只能提供几瓦,最多到百瓦级别的电能。与几万到百万千瓦级别的压水堆等大功率核电模式无法对比,因此更加限制了其应用的范围。

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