中国造核电池将助“嫦娥三号”探月 嫦娥四号核电池

　　明年，我国自主研发的核电池将随“嫦娥三号”软着陆月球，用于我国的着陆器和月球车上。月球上一个黑夜相当于地球上的14天，最低温度可低至在零下180℃，核电池将为“嫦娥三号”的仪器保温。
　　提起“核”，人们总想到核武器、核电站这样的“大块头”。但是通过核衰变工作的核电池却是另一番光景。明年，我国自主研发的核电池将随嫦娥三号软着陆月球，用于我国的着陆器和月球车上。届时核电池将与太阳能电池一起工作，各司其职。
　　“不是混合动力驱动车”
　　同时使用太阳能和核能作为能源，那么月球车也是辆“混合动力车”吗？并非如此。中国绕月探测工程首席科学家、中国科学院院士欧阳自远告诉记者，“太阳能负责提供月球车各种仪器的工作能源和驱动月球车行驶，而核能负责在夜晚期间给月球车的仪器保温。可以说，它们是‘各干各的’”。之所以这么分工，与月球环境和嫦娥三号要完成的任务密切相关。
　　欧阳自远介绍，嫦娥三号降落在月球后在着陆器内会“放”出月球车，它将在几公里的范围内对月球进行区域性的精细巡视探测。白天，太阳能驱动月球车行驶并支持月球车上各种探测仪器开展探测；晚上，月球车休眠，等待天亮再工作。
　　与地球不同，月球的白昼、黑夜各持续大约14天，且夜晚温度可低至零下180℃。而月球车上的仪器可承受的最低温约零下40℃。这也就是说，如果在月球的漫漫寒夜中，没有足够能源给仪器保温，全部仪器要冻坏，在下一个白昼来临之时，月球车将无法“醒过来”。
　　那么，利用蓄电池把白天积累的太阳能在晚上释放出来行不行呢？欧阳自远表示，这样做月球车将过于沉重，且蓄电池的延续工作时间也达不到14天。同样的，其他电池也行不通，不仅提供的能量功耗和供能时长达不到标准，也难以抵抗月球黑夜的超低温。
　　如此，核电池成了唯一的选择。它可以“耐得住”月球恶劣环境，且长期提供能量使月球车上的仪器保持不低于零下40℃甚至更高的温度环境。在它的保温下，月球车可以“熬”过黑夜，等到白天继续进行探测工作。
　　驱动好奇号的核电池
　　与嫦娥三号一样，日前成功登陆火星的NASA（美国航空航天局）好奇号上也有核电池的身影。不同的是，火星车上的核电池和锂电池取代了太阳能电池翼片，独立驱动其行驶。所以，好奇号才算是“核动力驱动车”。
　　欧阳自远表示，火星与地球的昼夜时长相仿，昼夜的温差远不如月球，因此黑夜给仪器带来的影响不大。不过，火星离太阳比地球远得多，在火星表面太阳能的能量密度比地球小得多，单靠太阳能难以驱动好奇号这个重量超过900公斤的庞然大物，需要核电池提供能量。当然，月球车和火星车都没有必要“跑”得快，只需要以每小时几米的速度前进，所以核能驱动的功率不必很大。
　　据NASA报道，好奇号上的核电池学名叫做“多任务放射性同位素热电发生器”，重达45公斤，其中包含4.8公斤的核燃料——钚氧化物，长66厘米，直径约64厘米，功率约140瓦，至少可以保证14年的供能。在核电池外部，有几层保护材料，确保一旦出现意外时核燃料不会泄漏。
　　按照NASA的计划，好奇号将行驶超过19公里，并将在火星表面爬坡。这时，核电池能够驱动火星车前进并完成探测任务，还能够与地球保持联系。
　　核电池依靠放射性元素衰变供能
　　无论是嫦娥三号月球车，还是好奇号火星车，车上的核电池原料都是钚238。它的半衰期约为80年，衰变过程中释放出能量，可保持二三十年的生命力。
　　由于使用了核燃料，核电池难免与核武器、核电站联系在一起，令人产生爆炸、污染等担忧。好奇号使用核电池就曾引发环保组织的强烈抗议，并推迟了发射日期。
　　对此，国家核电技术公司科研部处长朱书堂告诉记者，核武器、核电站的原理是核裂变，产生的能量大，过程剧烈，需要一系列控制系统，否则就会产生核爆炸。而核电池靠的是某些不稳定的原子核自然衰变（不稳定元素衰变后形成另外一种元素），这一过程中释放出能量，一般为热能，这一能量比核裂变产生的能量小很多。此外，核衰变比裂变“温柔”得多，不存在核爆炸的危险，但是因其原料具有放射性，一旦发生泄漏有核污染的可能。
　　以嫦娥三号和好奇号所用的钚238来说，它在不断地衰变中，射出阿尔法粒子，释放出热量，此时金属表面会变得通红，温度可达五六百度，再经由温差热电转换器形成电能，期间会有一定能量损失。
　　“之所以选择钚238，是因为它的半衰期80余年，也就是说核电池内的钚238的原子数减少到一半需要80年”，欧阳自远告诉记者。这样的半衰期，意味着它衰变得比较快，可以让核电池提供热源。同时又不会衰减得过于快，能够保证核电池二三十年内正常运转。而有的放射性元素半衰期太短，核电池的使用寿命也太短；有的放射性元素半衰期过长，可以达到几百万年甚至几十亿年，核电池的功率太低。
　　我们需要核电池么？
　　朱书堂表示，早在上世纪五六十年代，核电池的理论就已出现，早已是一项比较成熟的技术。但是技术可行，并不意味着能够完美“做”出核电池。尤其是核电池用于太空探索，更需要注意稳定性、安全性，还要尽量做得小、紧凑。因此，在控制技术达不到的情况下，很难做出核电池。
　　此外，我国之前没有把核电池用于太空探索还有另一个原因：是否需要使用它。欧阳自远介绍，之前嫦娥一号、二号都是月球探测卫星，太阳能电池足以完成探测的能源需求，完全没有必要使用核电池。
　　同样的，虽然嫦娥三号使用了核电池，也不意味着我国今后的太空探索都会用核电池。正如欧阳自远所说，对于核电池不必“谈核色变”，也不必认为它是太空中不可或缺的。
　　与此类似，朱书堂认为，核电池民用还不太现实。虽然目前有核电池汽车、核电池手机的设想，但是造价极高，又有其他能源可替代，完全没有必要。