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具有长期高性能的微型钚电池:美国国家航空航天局想要更多

热电放射性同位素发电机庞大而不实用,但却能提供永久性电力。(图片:NASA/JPL-加州理工学院)
热电放射性同位素发电机庞大而不实用,但却能提供永久性电力。(图片:NASA/JPL-加州理工学院)
这不是一座小型核电站,但美国国家航空航天局(NASA)提出的新能源研究却大有可为。它的永久输出功率足以满足大型系统的需要,太阳系中的新目的地指日可待。
Astronomy / Space Science

我们是从电子游戏《辐射》系列中了解到它的。在这里,每辆汽车都由核裂变发动机提供动力,这在游戏过程中多次导致毁灭性爆炸,并释放出大量辐射。

因此,热电放射性同位素发生器(RTG)只在远离居民区的地方使用,更确切地说,是在前往外星球的任务中使用,也就不足为奇了。毕竟,钚 238 是一种强大的阿尔法发射体,半衰期不到 90 年。

它是一种特别致命的元素,尤其是在直接接触中,即在食物链中。它还可以用来制造连锁反应,即最终制造一枚核弹。

好在α辐射不费吹灰之力就能阻挡,这样钚 238 就能派上用场了。为此离开我们的星球也许不是一个坏主意。

以钚为基础的电池能将辐射能量转化为红外线形式的能量。这种 RTG 以前相当重,但同时只能提供几瓦的电力。原因很简单,因为不宜结合过多的钚 238,否则会引发无法预测和控制的核裂变过程。

因此,美国国家航空航天局尝试在预先确定的限度内提高效率,这在初步研究中取得了显著成功。这种新型电池可以用 100 多克的钚 238 产生 8 瓦特的电能,而且可以稳定地使用几十年。发射红外光只需要一个不到 30 x 30 厘米(1 x 1 英尺)的区域。

现在,第二阶段的研究工作将带来进一步的改进。目前,钚电池的效率几乎是其前身的五倍。通过使用改良材料,可以进一步提高同样的效率。

最重要的是,这将进一步减小结构的尺寸,以便能够建造出尽可能小而轻的卫星,在没有阳光的情况下也能正常运行。电子设备和附加测量仪器的电力供应仍将在很长一段时间内得到保证。

虽然这种电池的性能值可能绝对惊人,但卫星、能源和钚 238 有可能直接坠落到地球表面。如果发生这种情况,也应该是尽可能小的剂量,否则最好是在土星、海王星或奥尔特云附近。

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Mario Petzold, 2024-05- 8 (Update: 2024-05- 8)