嫦娥三号探测器已采用核动力推进美俄惊呼.ppt

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嫦娥三号探测器已采用核动力推进美俄惊呼

嫦娥三号探测器已采用核动力推进 美俄惊呼 我国嫦娥三号月球探测器发射在即,为了能够在月球上过夜;嫦娥三号需要长时间经受严寒带来的极大挑战。为了突破这一难关,我国嫦娥三号,将携带核能电池飞天。如能成功,就将使我国成为继美俄之后,成为世界上第三个将核动力应用于太空探测的国家。 那么,什么是核能电池?其作用是什么?世界上,对核电池研究、使用情况如何?我国嫦娥三号月球探测器,为什么需要安装核电池? 核能不仅是核裂变产生的,核衰变也产生核能   提起核能、核动力,人们也许马上连想起核电站、核潜艇;马上与核反应堆等“大家伙”联系在一起。其实这是一种误解。 目前广泛采用核动力是利用可控核裂变反应来获取能量,从而得到动力,热量和电能。利用可控核裂变反应来获取能量的原理是:当裂变材料(例如铀-235)在受人为控制的条件下发生核裂变时,核能就会以热的形式被释放出来,这些热量会被用来驱动蒸汽机,直接提供动力,也可以连接发电机来产生电能。核能每年为人类提供所需能量的7%,或所需电能中的15.7%。  这是嫦娥三号月球探测器,包括着陆器和巡视器,是我国研制的首次在外天体实施软着陆的航天器。 什么是核电池   核电池(又称原子能电池或放射性同位素发电装置)是指那些使用放射性同位素衰变时产生的能量转化为电力的装置。核电池也叫同位素电池。(注:同位素是指有相同质子数,不同中子数的原子。如氕与氘互为同位素。核素是指具有一定质子数的原子,是一种具体的原子,如氕或氘就是核素。同一元素的不同核素互为同位素。) 同理,同位素电池,就是利用同位素材料衰变过程中产生的能量放出的热量,进行热电转化。其装置名称RTG(Radioisotope Thermoelectric Generator)是“放射性同位素热电发电机”这个词的缩写。 核电池是通过半导体换能器,将鈈238、鈾238(放射性同位素)衰变过程中,释放出射线(放出载能粒子α、β和γ粒子射线)的热能,转变为电能。目前,核电池已成功地用作航天器的电源。(还用于医学心脏起搏器和一些特殊的军事用途方面)。2012年8月7日,美国发射的好奇号火星车,顺利抵达火星,其所用的核电池寿命长达14年。  核电池的类型和属性   按提供的电压的高低,核电池可分为高压型(几百至几千V)和低压型(几十mV—1V 左右)两类;按能量转换机制,它可分为九类之多(直接转换式和间接转换式。更具体地讲,包括直接充电式核电池、气体电离式核电池、辐射伏特效应能量转换核电池、荧光体光电式核电池、热致光电式核电池、温差式核电池、热离子发射式核电池、电磁辐射能量转换核电池和热机转换核电池等)。 目前应用最广泛的是温差式核电池和热机转换核电池。核电池取得实质性进展始于20世纪50年代,由于其具有体积小、重量轻和寿命长的特点,而且其能量大小、速度不受外界环境的温度、化学反应、压力、电磁场等影响,因此,它可以在很大的温度范围和恶劣的环境中工作。 由美国密苏里大学计算机工程系教授权载完(音译)率领的研究组曾成功为“核电池”瘦身,所研发出的“核电池”体积小但电力强。他们做出的核电池大小只是略大于1美分硬币(直径1.95厘米,厚1.55毫米),但其输出能量远比一般化学电池为高,发出的电力高达普通化学电池的100万倍。 核电池的另一诱人之处是,核电池比起一般电池有很长的寿命,提供电能的同位素工作时间非常长,甚至可能达到5000年。在不久的将来,只需要一个硬币大小的核电池,就可以让你的手机不充电使用5000年。 在航天领域,在航天器上,核能往往就是以这种种“微型电池化”的方式被利用的。尤其在外太空行星探测领域中,由于空间探测器远离太阳,难以利用太阳能电池的能量,必须采用核电源。所以,核动力卫星在外行星探测中占据重要位置。 美国航天器使用核电池的历史   从上世纪中叶起,美国在“先驱者”10号、11号探测器,“旅行者”1号、2号探测器,木星和土星探测器中,都使用了同位素温差发电器作为电源。就是因为采用核电源,美国“旅行者1号”行星探测器,才创造了世界卫星远航史上的辉煌纪录。目前它是离地球最远(飞行约近200亿公里)和飞行速度最快的人造卫星。它用了36年的时间,飞行到了太阳系的边缘。 美国在1965年发射的一颗军用卫星中,用反应堆温差发电器作为电源。但由于电源调节器出现故障仅工作43天。1968年5月“雨云”号气象卫星发射失败时,核电源落入圣巴巴拉海峡,后被打捞上来。 前苏联航天器使用核电池的情况   另据了解,前苏联在1967~1982年期间,共发射了24颗核动力卫星,都属于海洋监视卫星。卫星带有以浓缩铀235为燃料的热离子反应堆,核能功率为5~10千瓦。不过核动力并不是用来驱动卫星,只是利用放射性元素衰变时放出的热量,通过热电偶产生电能给卫星

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