斗轉星移，咫尺深空，人類從未停止過探索

孤獨的旅行者一號

旅行者一號是迄今為止離開地球最遠的人類探測器，目前位於距離太陽211億公里的位置，並且繼續以大約17公里每秒的速度遠離太陽系。它於1977年9月發射升空，至今已有42年，然而它攜帶的三塊放射性同位素溫差電池至今還在源源不斷的為它提供能量，據NASA科學家推測，三塊電池還能繼續工作到2025年左右，到那時候，我們將徹底和旅行者一號失去聯繫，它將依靠慣性繼續孤零零的在星際空間流浪！為什麼放射性同位素溫差電池能夠如此穩定耐用呢？

首先我們先來了解一下放射性同位素溫差電池的工作原理。

放射性同位素溫差電池是利用放射性元素的衰變和塞貝克效應來進行工作的。

我們知道地球上的核電站是利用原子的核裂變釋放出的強大能量將水變為熱蒸汽，從而推動發電機進行發電。核動力航母的核反應堆工作原理也是如此，只不過相對於核電站，核動力航母所需要的技術更加高端，需要的反應堆也更加小巧，這也是至今為止只有美國能裝備核動力航母的原因。從這裡我們知道，哪怕是像核動力航母那麼大的塊頭，要為其安裝一臺核反應堆都是極其有技術含量的，那麼對於旅行者一號探測器來說，如果採用核裂變的方式提供能量，那顯然是不太切合實際的，畢竟人類目前還不能造出如此小巧可控，同時也安全的核反應堆。

利用高溫將水蒸發為水蒸氣推動汽輪機發電的電機示意圖

鈈元素的衰變

鈈元素有鈈238，鈈239，鈈242以及鈈-244等多種同位素，旅行者一號所搭載的電池用的是鈈238，其半衰期約為88年，鈈238由於其特殊的性質被廣泛運用到同位素電池中。鈈238在衰變過程中其質量會減小，這部分減小的質量雖然很微小，但是其釋放的熱能卻非常可觀。因此放射性元素在衰變的過程中是不斷產生熱量的過程。

採用放射性元素製作電池的優點：

1、能量來自於衰變過程中的質量虧損，所以只需極少的衰變物質，就可產生大量且持續的能量。

2、由於衰變不受溫度、壓力以及各種環境因素的影響，所以核電池的能量輸出非常穩定。

塞貝克效應與溫差電偶

塞貝克效應（Seebeck effect）又稱作第一熱電效應，是指由於兩種不同電導體或半導體的溫度差異而引起兩種物質間的電壓差的熱電現象。

簡單來說就是如果兩種不同的金屬或半導體A和B組成一個緊密的迴路，當A和B的兩個結點保持在不同溫度的環境中，那麼迴路中會由於溫差而產生溫差電動勢，從而回路中就會產生電流。這就是塞貝克效應。而這種由兩種物理性質均勻的導體或半導體組成的上述裝置被稱為溫差電偶（或熱電偶）。當然，對於金屬和半導體而言，他們形成電流的微觀原理是不一樣的，這裡我們不多做解釋。塞貝克效應中由於溫差而產生的電動勢有下面兩個基本的性質：

1、中間溫度規律。即溫差電動勢僅與兩結點的溫度有關，與兩結點間導線的溫度無關。

2、中間金屬規律。即由A和B導體接觸形成的溫差電動勢與兩結點間是否插入第三種金屬C無關，只與兩結點的溫度有關。

塞貝克效應原理圖

鈈238作為熱源的溫差電池原理

以鈈238作為放射性元素的溫差電池原理圖（如有錯誤，還請海涵指正）

以鈈238作為放射性元素產生熱源，將半導體（或導體）的一端結點固定在熱源中，另一端通過外接導線進行連接固定在冷源中，從而形成一個迴路，在溫差的作用下形成溫差電動勢，正電荷通過N型半導體往冷源（B端）集中，負電荷通過P型半導體往冷源（A端）集中，從而形成電流，通過外接導線直接給用電器供電。

在這裡我們要清楚，放射性同位素溫差電池雖然採用的原料是人類用來製造原子彈的鈈元素，但是並不代表該電池是利用核裂變來提供能量的。在該電池中，放射性元素的功能是利用其自身衰變釋放出的能量作為熱源，為塞貝克效應發點提供必要的能量。這個過程是自發的、穩定的、長期的。而並非核裂變。

由於鈈238的放射穩定性和可持續性、塞貝克效應原理以及其中的溫差電動勢的基本性質等我們便可以知道，旅行者一號所搭載的放射性同位素溫差電池為何如此穩定耐用了！