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钠离子电池的优缺点 核能电池能用多久

很多人觉得“核电池”是个神奇的东西 。一方面是核能驱动，看起来很高大上；另一方面，有人声称这种电池可以使用“一万年” 。似乎有了核电池，电能就用之不竭了 。真的是这样吗？
核电池真的有放射性“核电池”原名“放射性同位素热电发电机”，英文名为“放射性同位素热电发电机”，因此有“RTG”的简称 。从这个名字我们可以大致理解，所谓的“核电池”，其实就是一种利用放射性同位素在衰变过程中产生热能，然后利用热能发电的设备 。它实际上和我们传统的核能发电是不一样的 。
大多数RTG使用放射性元素钚 。众所周知，钚是一种非常危险的物质，很多原子弹都是用它制造的 。原子弹大致分为铀弹和钚弹 。钚比铀更有威力 。通常铀弹的核装药量是15~25公斤，而用钚引爆只需要5~10公斤 。美国用铀弹轰炸了广岛，用钚弹轰炸了长崎 。
左边是广岛铀弹，右边是长崎空上钚弹的蘑菇云 。
幸运的是，核电池中使用的钚与原子弹中使用的钚并不相同 。原子弹的钚是钚-239(239Pu)，而大多数RTG使用钚的另一种同位素钚-238(238Pu)，它比前者的原子核少一个中子 。这一点非常重要 。意味着核电池中的钚不会爆炸，只会慢慢衰变为铀-234(234U)，是一种相对安全的产品 。
钚-238的α衰变释放出一个氦-4原子核 。
钚-238在衰变过程中会释放出一个氦-4核(α粒子)，所以钚-238的衰变也叫α衰变 。α粒子比较大，速度也不快，所以很容易被挡住 。你只需要一张纸挡住它 。
每一个阿尔法粒子从原子核中发射出来时都携带着5.593MeV(兆电子伏特，相当于8.96× 10-13焦耳)的动能 。当α粒子在物质中受阻减速时，这种动能会迅速转化为热能释放出来 。根据计算，每克238Pu衰变时产生的自发热可以产生0.568W的电能 。
热钚-238核心
核电池用热发电从上一节的分析可以看出，钚-238具有放射性，它在衰变过程中会产生α粒子 。α粒子的动能转化为热能，使钚-238变热 。但是在这个过程中，没有自由电子被释放出来 。核电池是如何发电的？
这里还需要提一个概念:热电效应 。
热能发电 。准确地说，在一定条件下，温差可以产生电流 。核电池利用热电效应发电 。
每隔一段距离连接几段铜线和铁丝，形成一个回路 。当你加热它时，回路中就会产生电流 。这是因为不同金属中自由电子的能级不同 。加热时会产生电位差，进而在回路中形成电流 。这就是热电效应中的塞贝克效应 。
塞贝克效应
我们身边有很多利用热电效应制作传感器的例子，比如我们日常使用的燃气灶中间的熄火传感器 。当火焰燃烧时，传感器产生电流，但当火焰意外熄灭时，电流消失，燃气灶阀门将关闭 。
热电偶熄火传感器
核电池利用钚-238的衰变热能加热电路，从而产生稳定的电能输出 。
核电池的应用到目前为止，核电池主要用于Tai 空探测领域 。几十年前，人们试图将其安装在起搏器中，但后来放弃了 。
而美国和前苏联曾经大量使用核电池为航天器供电 。主要原因不是它能坚持一万年，而是它不受阳光影响，能长时间保持稳定供电 。
说到卫星和其他航天器，我们自然会想到太阳能电池，因为阳光是取之不尽的 。但太阳能电池的缺点也很明显:需要持续稳定的太阳光来保证当飞船飞得太远或者背对太阳时，太阳能电池会失去作用 。核电池不存在这个问题 。
朱诺探测器巨大的太阳能电池板
1977年，美国宇航局实施了太阳系深空探测计划，先后发射了旅行者1号和旅行者2号两个探测器，任务是飞到太阳系边缘进行科学探测 。由于远离太阳的深空空光线暗淡且极其寒冷，科学家在“旅行者”号探测器上安装了三个放射性同位素热电发电机(RTG) 。同时，RTG工作时会产生高温，它们被固定在探测器的一个旋臂上，以避免对其他传感器产生不利影响 。
旅行者1号上安装的核电池及其内部结构
不仅仅是旅行者，美国的先锋10号、先锋11号、伽利略号、尤利西斯号、卡西尼号、新堀藏ns号、火星科学实验室、好奇号火星车、阿波罗12~17号都使用过核电池供电 。美国宇航员在月球表面安装了被动地震实验仪器(PSE)、太阳风谱仪(SWS)和月球表面磁强计(LSM) 。为了给这些探测设备持续供电，NASA给它们配备了特殊的核电池 。
阿波罗12号宇航员安装了探测设备，黄色箭头指示的黑色物体是核电池 。
【钠离子电池的优缺点 核能电池能用多久】从另一张图中可以更清楚地看到核电池:阿波罗12号的宇航员正在将RTG从飞船中取出，并准备将其安装在地面的核电池散热器中 。这是因为核电池不断释放热能，所以多余的热量需要通过辐射来释放 。


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