2020-03-09 02:26:13 佚名

餘萬涵

可以啊，這不已經在中國“探月工程”中實踐過了嗎？2013年12月，“嫦娥三號”探測器發射升空，並在12月14日成功登臨月球，並釋放了“玉兔”號月球車，成為三十多年來人類再次訪問月球的使者。其中，嫦娥三號探測器和玉兔號月球車都搭載了“鈈-238放射性同位素電池”（當然也叫做“放射性同位素熱電產生器”或者“核電池”）。2016年8月初，嫦娥三號最終停止了工作，工作時間超出其設計壽命（設計1年使用壽命）約19個月，成為人類史上在月球表面工作時間最長的探測器，並且除了完成既定探月任務外，也驗證了包括“核電池”（放射性同位素熱電產生器）在內的諸多技術的可靠性。

▲中國“玉兔”號月球車

但是需要注意的是，我們的“放射性同位素電池”技術只是剛剛起步，比如說嫦娥三號和玉兔上的“核電池”僅僅是用作保溫熱源。嫦娥三號和玉兔月球車還是主要依靠太陽能電池板工作為蓄電池充能，以蓄電池作為其主要能源。雖然月球白天的太陽能非常充沛，但是夜間太陽能電池板就無法工作了，所以設備只能在夜間進入“休眠”狀態，這是因為月球夜間的溫度能達到“零下180攝氏度”，設備儀器都需要進行保溫，否則就可能被超低溫損壞，而依靠蓄電池儲備的能量既保持設備工作，又為設備提供保溫是不現實的（月球的一晝夜大約是28天，一個晚上就是14天左右）。

▲嫦娥三號月球探測器

因為我們的“核電池”技術在嫦娥三號時還處於技術驗證階段，用作主要能源可能風險過大，而探月設備的儀器有需要大量的能源作為夜間保溫加熱使用，所以我國在嫦娥三號和玉兔車上使用“鈈-238放射性同位素電池”作為保溫加熱電源使用。

▲放射性同位素電池（核電池）示意

關於放射性同位素電池的核材料

其實核電池在美蘇兩國的航天事業中已經被長期使用，以美國為例，其阿波羅12號、阿波羅14-17號飛船、伽利略號木星探測器、旅行者系列深空探測器、好奇號火星車、卡西尼號土星探測器、先驅者系列行星探測器等都使用了“基於鈈-238同位素的溫差核電池（RTGs）”，可以說技術儲備十分深厚。

▲阿波羅14號宇航員安裝了探測裝置和其使用的“放射性同位素電池”

當然“放射性同位素電池”除了使用“鈈-238”以外，還可以使用“Cm-242”等材料，但是使用“鈈-238”有其固有優勢，所以美、俄、中等國在大多數情況下都會選擇238作為核電池的能量材料。鈈-238衰變產生的各種子體幾乎沒有伽瑪射線（相對其他材料來說），所以能夠將輻射防護結構設計的儘量簡單和輕便；其半衰期也比較適合航天任務（大約88年），使其能夠在相當長的時間裡為設備提供穩定的電力，以滿足任務週期長久的深空探測任務。

▲放射性同位素電池製造後，進行輻射值測量

以目前世界各國的技術來說，雖然“鈈-238放射性同位素電池”有諸多優點，但是鈈-238本身則是一種非常昂貴且很難製備的放射性元素，高純度的“鈈-238”需要用“鎿-237”在反應堆輻照中生產，而"鎿-237"又是生產器鈈或後處理反應堆乏燃料的副產品。壓水堆產生的乏燃料每噸只能生產出不到7公斤“鎿-237”，用這些"鎿-237"在反應堆輻照中生產“鈈-238”時，還得確保“鎿-237”是新生產的（避免其衰變產物鈾-233的積累汙染），同時還得確保用於反應堆輻照的鈈-236的純淨度（避免同位素汙染）。所以有些時候真別覺得核武器材料有多尖端，整個冷戰時期美國生產了大約100噸武器級鈈（鈈-239），但是隻能生產出約0.3噸“鈈-238”。所以製造核電池的“鈈-238”無論從價值還是製造難度上都遠超製作核武器的“鈈-239”。而用“鈈-238”製造的“放射性同位素電池”的價格基本上都是以“每公斤數千萬美金”計算的，堪稱天價。

▲裝備了核電池的中國探測器

上面基本上已經把相關問題說清楚了，另外雖然在核電池領域我們起步較晚，但是目前“鈈-238放射性同位素電池”技術已經經過驗證併成熟。前文我們所說的嫦娥三號上攜帶的核電池只用於保溫，而在嫦娥四號上已經裝備了用於作為主能源和夜間保溫雙作用的核電池，使嫦娥四號在夜間不必進入休眠狀態，可以依靠核電池提供能量供給設備儀器工作，並提供熱量保證探測器處於合理溫度。