沒(méi)錯(cuò)，今天本文要說(shuō)的就是核電池，它非常毒，但人類已經(jīng)離不開(kāi)它，尤其是在太空探索上，為什么呢？咱們從“機(jī)遇號(hào)”這家伙說(shuō)起。

話說(shuō)，火星上的“機(jī)遇號(hào)”探測(cè)器，花邊新聞可真不少，原因是NASA不斷放出新聞，今天說(shuō)它遇到沙塵暴，得不到足夠的陽(yáng)光導(dǎo)致電力不足，怠工；過(guò)段時(shí)間又說(shuō)它正在獲得越來(lái)越多的陽(yáng)光，但因?yàn)樘?yáng)能面板上的塵埃太多需要清除，怠工……

瞧，這就是太空探索使用太陽(yáng)能的局限，那么，如果使用核能呢？

最成功的典范

一想到外太空的能源獲取，不少人第一個(gè)想到的是外太空沒(méi)有大氣層遮擋，陽(yáng)光猛電力足。但是，如果我們仔細(xì)分析，在宇宙探索上，核能實(shí)在是要比太陽(yáng)能優(yōu)越得多！

上圖是從各大行星上觀看太陽(yáng)時(shí)，太陽(yáng)的視角大小對(duì)比。可以看見(jiàn)，在火星上還好一些，太陽(yáng)并不比從地球看上去小多少，但是如果想在探索土星、天王星、海王星還有冥王星的時(shí)候使用太陽(yáng)能，不是說(shuō)不可以，而是難度實(shí)在是太大了，幾乎沒(méi)有可行性。

怎么辦？難道人類的太空探索只能局限于水星、金星和火星？顯然，這是不可能的，而此時(shí)，核能的使用已經(jīng)不再是一個(gè)可選方案，它是一個(gè)必選方案。

實(shí)際情況也如此：

探索冥王星的“新視野號(hào)”也使用了核電池。

除了以上探測(cè)器，使用核電池的探測(cè)器還有旅行者1號(hào)、旅行者2號(hào)、尤利西斯號(hào)，還有好奇號(hào)火星車等等。

旅行者1號(hào)1977年9月5日發(fā)射升空，至今已飛行38年多。2015年，旅行者1號(hào)距離地球超過(guò)199億千米，這相當(dāng)于地球到太陽(yáng)的133倍。如果您能從旅行者1號(hào)上看太陽(yáng)，您會(huì)發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)的亮度已經(jīng)跟一顆普通的星星沒(méi)什么區(qū)別了。此時(shí)，旅行者1號(hào)周圍是一片黑暗的太空，無(wú)法獲取太陽(yáng)能。

按照NASA的說(shuō)法，旅行者1號(hào)已經(jīng)離開(kāi)太陽(yáng)系，信號(hào)雖然以光速傳播，但從旅行者1號(hào)上傳到地球也需要18個(gè)半小時(shí)，即使如此，它也還在不斷地為人類送來(lái)太陽(yáng)系邊緣的信息，這種狀態(tài)將持續(xù)到2025年，直到它上面的核電池不再工作。

從1977到2025年，這期間足足48年，接近半個(gè)世紀(jì)，如此漫長(zhǎng)的工作時(shí)間，除了核電池，還有什么電池能代替它呢？目前沒(méi)有。

核電池與核電站的區(qū)別

核電站發(fā)電，核電池也發(fā)電，兩者有何區(qū)別？

區(qū)別一：

核電站的反應(yīng)堆，里面主要進(jìn)行的是裂變反應(yīng)，也就是在一個(gè)中子的轟擊下，鈾235分裂成兩個(gè)中等大小的原子核，并放出兩到三個(gè)中子。

而核電池主要使用钚238，通過(guò)钚238的自身衰變，放出阿爾法粒子α，并產(chǎn)生熱量，這熱量被用來(lái)發(fā)電。

圖為钚238的氧化物：二氧化钚。

圖為钚238。

钚是第94號(hào)元素，它是自然界中天然存在的質(zhì)量最重的元素，比鈾還要重。其穩(wěn)定的同位素是钚244，半衰期大約是八千萬(wàn)年，微量存在于自然界。

而钚238的半衰期為87.74年，衰變時(shí)釋放阿爾法粒子，同時(shí)放出大量熱，這使得即使它的量很少，钚238在某些條件下也能自燃。

钚能自燃，這使它看起來(lái)就像一塊還在發(fā)光的余燼。（圖片來(lái)自美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室）

1千克钚238的熱功率相當(dāng)于一個(gè)功率為570瓦的電爐，且持續(xù)時(shí)間以數(shù)十年計(jì)，從不間斷。

例如，好奇號(hào)上采用的核電池，也是利用钚-238，在任務(wù)初期可以在任何狀況下穩(wěn)定地提供大約125瓦的功率輸出，而14年后功率還可以保持在100瓦左右。

區(qū)別二：

核電站中裂變產(chǎn)生的熱，是通過(guò)冷卻劑循環(huán)把熱量帶出來(lái)，接著冷卻劑加熱第二回路的水，產(chǎn)生高溫蒸氣沖擊汽輪機(jī)并發(fā)電。

而核電池是采用熱電效應(yīng)來(lái)發(fā)電，我們先來(lái)演示一下熱電效應(yīng)：

上圖中的兩個(gè)杯子，左面的裝著冷水，右邊的一會(huì)兒加入熱水。

把熱水倒入右邊的杯子中，然后……

電風(fēng)扇開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)了。

金屬中都有自由電子，而自由電子具有的能量和速度各不同。那么，什么因素能決定電子的能量和速度？熱是一個(gè)重要的因素之一，當(dāng)金屬導(dǎo)體的兩端有溫度差異時(shí)，電子更容易從熱的那一端“擴(kuò)散”到冷的那一端，從而形成電壓，這就是熱電效應(yīng)。

熱電效應(yīng)簡(jiǎn)單示意圖。

圖為“卡西尼－惠更斯號(hào)”上的核電池，1997年10月升空的“卡西尼－惠更斯號(hào)”，攜帶有3塊核電池，燃料為钚238，它被制成二氧化钚的陶瓷壓塊，1997年時(shí)可提供880瓦的功率，十多年后，也就是2010年，該核電池還能提供670瓦的功率。

圖為旅行者1號(hào)上的核電池，中間暗紅色的部件為二氧化钚。

圖為登月宇航員艾倫·賓從阿波羅12號(hào)上取出核電池的畫(huà)面。實(shí)際上，從阿波羅12號(hào)，一直到阿波羅17號(hào)都使用了核電池，型號(hào)為SNAP-27。

被遺棄在月球上的核電池SNAP-27，其使用了3.8千克的钚238，熱能功率達(dá)1480瓦，轉(zhuǎn)化的電功率為73瓦。

核電池?zé)犭娹D(zhuǎn)化率不是很高，然而，核電池也不光只可以用來(lái)發(fā)電，尤其是在月球上，長(zhǎng)達(dá)半個(gè)月的黑夜，其溫度可達(dá)零下兩百多攝氏度。而核電池提供的熱能可以使航天器上的某些敏感部件經(jīng)受住低溫的考驗(yàn)。

登月時(shí)，美國(guó)人把5塊核電池留在了月球表面，另一塊再入地球時(shí)，落入太平洋6100米深的海溝里。

兩相對(duì)比，還是留在月球上的好。月球上沒(méi)人，等以后月球住滿人時(shí)，這些核電池肯定早就衰變得差不多了。

另外，我們還可以暢想一下，下一個(gè)最可能載人登月的國(guó)家，中國(guó)可能性最大。到時(shí)，我國(guó)航天員無(wú)聊的時(shí)候可把這些核電池收集起來(lái)，暖腳，或者……

去年上映的《火星救援》，里面的男主角也是在火星上挖出了以前被埋在火星上核電池取暖，這才得以駕車遠(yuǎn)行的。

左起第一個(gè)為機(jī)遇號(hào)火星車，第二個(gè)像一個(gè)玩具車，它是探路者號(hào)，中間為工程師，最右邊的是好奇號(hào)火星車，好奇號(hào)沒(méi)有使用太陽(yáng)能面板，依靠核電池供電，你瞧它那塊頭！

核電池讓好奇號(hào)擁有充足的能源，使它得以發(fā)射激光融化巖石以供研究。

從1961年核能第一次應(yīng)用于太空，到現(xiàn)在已有半個(gè)多世紀(jì)，如今，人類在太空探索中正越來(lái)越多地利用核能。未來(lái)，人類若想在太空探索上取得更多的進(jìn)步，或者說(shuō)若想沖出太陽(yáng)系，遨游并探索外面的精彩宇宙，那么核技術(shù)和核能將是一個(gè)必選的方案。

也許這就是事實(shí)，靠山吃山離不開(kāi)山，靠海吃海離不了海。

擺脫不了對(duì)陽(yáng)光的依賴，又怎能沐浴在另一顆恒星的陽(yáng)光下？