據了解，當放射性物質衰變時，能夠釋放出帶電粒子，如果正确利用的話，能夠産生電流。通常不穩定(即具有放射性)的原子核會發生衰變現象，在放射出粒子及能量後可變得較為穩定。核電池正是利用放射性物質衰變會釋放出能量的原理所制成的，此前已經有核電池應用于軍事或者

小型核電池 航空航天領域，但是體積往往很大。 過去在電池的研發過程中面臨的重大難關之一，就是為了提高性能，電池大小往往比産品本身還大。由美國密蘇裡大學計算機工程系教授權載完(音)率領的研究組成功為“核電池”瘦身，研發出的“核電池”體積小但電力強。但權載完教授組研發出的核電池隻是略大于1美分硬币(直徑1.95厘米，厚1.55毫米)，但電力是普通化學電池的100萬倍。密蘇裡大學研究團隊稱他們研制小型核電池的目的是，為微型機電系統或者納米級機電系統找到合适的能量來源。如何為微型或納米級機電系統找到足夠小的能量來源裝置，同微型裝置一樣是一個熱門研究領域。

外觀結構

一般核電池在外形上與普通幹電池相似，呈圓柱形。在圓柱的中心密封有放射性同位素源，其外面是熱離子轉換器或熱電偶式的換能器。換能器的外層為防輻射的屏蔽層，最外面一層是金屬筒外殼。

優缺點

優點：

核電池在衰變時放出的能量大小、速度，不受外界環境中的溫度、化學反應、壓力、電磁場等的影響。

核電池提供電能的同位素工作時間非常長，甚至可能達到5000年。

缺點：

有放射性污染，必須妥善防護；而且一旦電池裝成後，不管是否使用，随着放射性源的衰變，電性能都要衰降。

類型

核電池可分為高電壓型和低電壓型兩種類型。

按能量轉換機制，它可分為九類之多：直接充電式核電池、氣體電離式核電池、輻射伏特效應能量轉換核電池、熒光體光電式核電池、熱緻光電式核電池、溫差式核電池、熱離子發射式核電池、電磁輻射能量轉換核電池和熱機轉換核電池等。

應用最廣泛的是溫差式核電池和熱機轉換核電池。 [1]

高電壓型

高電壓型核電池以含有β射線源（锶-90或氚）的物質制成發射極，周圍用塗有薄碳層的鎳制成收集電極，中間是真空或固體介質。以氚為放射源的試驗電池,直徑為9.5毫米，長度為13.5毫米，電壓500伏時電流為160毫安，12年衰降50%（若用锶-90，25年衰降50%）。

低電壓型

低電壓型核電池又分為溫差電堆型、氣體電離型和熒光－光電型三種結構。溫差電堆型的原理同以放射性同位素為熱源的溫差發電器相同，故又稱同位素溫差發電器。氣體電離型核電池是利用放射源使兩種不同逸出功的電極材料間的氣體電離，再由兩極收集載流子而獲得電能。這種電池有較高的功率。熒光－光電型核電池利用放射性同位素衰變時産生的射線激發熒光材料發光，再使用光電轉換闆（太陽能電池闆）将熒光轉化為電力。這種電池效率較低。

應用

在醫學領域的應用

在醫學上,這種體積小重量輕的長壽命的核電池已經廣泛應用于心髒起搏器,全世界已經有成千上萬的心髒病患者植入了核電池驅動的心髒起搏器,挽救了他們的生命,使他們能夠重新享受人生的幸福。心髒起搏器的電源體積非常小,比1節2号電池還小,重量僅100多克,若用放射源為238Pu,150mg即可保證心髒起搏器在體内連續工作10年以上。如換用産生同樣功率的化學電池,要保證同樣的使用壽命,其重量幾乎與成人的體重一樣。核電池保證患者不必再為更換埋在體内已經不能再工作的化學電池而冒着生命危險,忍受極大痛苦,反複進行開胸手術。

心髒搏動調節裝置

人造心髒的放射性同位素動力源用的燃料是钚－238。

航天領域的應用

衛星

在太空中要有的衛星，它對電源的要求特别嚴格，既要重量輕、體積小，能經受強烈的振動，而且還要求使用壽命長。因此，國外在70年代初期相繼發射的幾個木星探測器上，都裝有用氧化钚和钼制做的高性能核電池。後來發射的火星探測器，也裝有類似的核電池。

衛星 在氣象衛星雨雲号上也安裝了放射性同位素電池。這種氣象衛星環繞地球周圍的軌道飛行，可以用來拍攝雲圖，或者對大氣層和地球表面的地形進行勘察和調查。

在探查木星的衛星——先驅号上面裝置了四個30瓦的放射性同位素電池。

1976年，火星的衛星飛船“海盜号”在火星表面成功地進行了無人着陸，在這個衛星船上也安置了兩個35瓦的放射性同位素電池。

航空、航空導航等領域的應用

水下監聽器和海底電纜的中繼站

在深海裡，太陽能電池派不上用場，其他如燃料電池和化學電池的使用壽命又太短，因此已将核電池用作水下監聽器和海底電纜的中繼站的電源，用來監聽敵潛水艇的活動和通訊。

阿波羅飛船

1969年7月21日，人類第一次成功地登上月球，使用的是阿波羅11号飛船。在阿波羅11号飛船上，安裝了兩個放射性同位素裝置，其熱功率為15瓦，用的燃料為钚－238。但是，阿波羅11号上的放射性同位素裝置是供飛船在月面上過夜時取暖用的，也就是說它僅僅用于提供熱源。所以，該裝置又叫做ALRH（Apolo Lunar RI Heater）裝置，意思是阿波羅在月球上用的放射性同位素發熱器。

但是，在後來發射的用于探索月面的阿波羅宇宙飛船上，安裝的放射性同位素裝置全部是為了發電用的。這就是SNAP－27A裝置。它用的燃料是钚－238，設計的電輸出功率為63.5瓦，整個裝置重量為31千克，設計壽命為一年。主要是用于阿波羅月面探查的一系列科學實驗。

在阿波羅12号飛船上首次裝載的放射性同位素電池——SNAP－27A裝置，其壽命遠遠超過設計時考慮的一年，并能連續供給70瓦以上的電力，完全符合預期的設計要求。由于這一實驗獲得成功.後來在1970年發射的阿波羅14号以及随後的阿彼羅15号、16号、17号等飛船上都相繼安裝了SNAP－27A裝置。

美國“好奇号”火星車

“好奇”号重量超過900公斤，是2004年登陸火星的“勇氣”号和“機遇”

号重量的約5倍，其着陸過程将首次使用一種被稱作“天空起重機”的輔助設備助降。由于難度高、風險大，美國航天局稱之為“恐怖7分鐘”。

“好奇”号的動力由一台多任務放射性同位素熱電發生器提供，其本質上是一塊核電池。該系統主要包括兩個組成部分：一個裝填钚-238二氧化物的熱源和一組固體熱電偶，可以将钚-238産生的熱能轉化為電力。這一系統設計使用壽命為14年，也高于太陽能電池闆。該系統足以為“好奇”号同時運轉的諸多儀器提供充足能量。 [2]

中國“嫦娥三号”月球車

随“嫦娥三号”登月的我國首輛月球車，也将裝載核動力裝置。這将使我國成為繼美俄之後，第三個将核動力 應用于太空探測的國家。 [3]

在微型電動機械中的應用

微型電動機械(MEMS)是一個飛速發展的領域,從汽車安全氣囊的觸發感應器到環境監控系統的藥品釋放,微型電動機械已經應用到了人們的日常生活中,并有希望生産大量不同的具有創新意義的設備。但這些設備受到缺乏随機電源的限制,正在研究的解決方法包括燃料電池、礦物燃料以及

化學電池都有其局限性,最大的問題就是體積太大。Cornell大學和Wisconsin Madison大學在早期研發的核電池裝置基本上就是由一小量63Ni放置在一個普通的PN 結所組成。63Ni所放射出來的粒子把二極管的原子電離,得到分離的空穴和電子對而産生電流。在此基礎上,又研發了改進的核電池能作為小型機械發電機的電源。

在電動汽車上的應用

電動汽車是環保型汽車發展的一個方向,電動汽車所用的電池多為化學電池,體積龐大,增加了自身的負載,且也同樣存在充電後使用時間短和壽命短的問題。當前,世界上有部分科學家大膽地提出在電動汽車上使用核電池的設想。随着深海等領域用核電池的成熟,核電池必将在汽車這一能源大戶中得到應用。

因此,可以預計在21世紀科學家們将會在電動汽車上應用一種長期工作不需維修、高效大功率、小體積、低成本的核電池。

研發國家

美國航天器使用核電池的曆史

從上世紀中葉起，美國在 “先驅者”10号、11号探測器，“旅行者”1号、2号探測器，木星和土星探測器中，都使用了同位素溫差發電器作為電源。就是因為采用核電源，美國“旅行者1号”行星探測器，才創造了世界衛星遠航史上的輝煌紀錄。它是離地球最遠(飛行約近200億公裡)和飛行速度最快的人造衛星。它用了36年的時間，飛行到了太陽系的邊緣。

以钚238放射性同位素作熱源的同位素溫差發電器，曾用于美國“子午儀”号導航衛星(低軌道導航衛星系列。又稱海軍導航衛星系統，英文縮寫為NNSS。主要功用是：為核潛艇和各類海面艦船等提供高精度斷續的二維定位，用于海上石油勘探和海洋調查定位、陸地用戶定位和大地測量等。從1960年4月到80年代初共發射30多顆。美國在1964年4月發射“子午儀”号導航衛星時，因發射失敗衛星所攜帶的放射性同位素源被燒毀，钚238散布在大氣層中并擴散至全球。後來改用特種石墨作同位素源外殼，以防燒毀。)、“林肯”号試驗衛星(早在1965年，美國林肯号試驗衛星上便使用钚 238放射性同位素作熱源的同位素溫差發電器)和“雨雲”号衛星(是美國第二代試驗氣象衛星系列。從1964年8月到1978年10月共發射了7顆。雨雲号衛星的任務是試驗新的氣象觀測儀器和探測方法。美國在1965年發射的一顆軍用衛星中，用反應堆溫差發電器作為電源。但由于電源調節器出現故障僅工作43天。1968年5月“雨雲”号氣象衛星發射失敗時，核電源落入聖巴巴拉海峽，後被打撈上來。)。

第一個放射性同位素電池是在1959年1月16日由美國人制成的，它重1800克，在280天内可發出11.6度電。在此之後，核電池的發展頗快。 [4]

1961年美國發射的第一顆人造衛星“探險者1号”，上面的無線電發報機就是由核電池供電的。1976年，美國的“海盜1号”、“海盜2号”兩艘宇宙飛船先後在火星上着陸，在短短5個月中得到的火星情況，比以往人類曆史上所積累的全部情況還要多，它們的工作電源也是放射性同位素電池。因為火星表面溫度的晝夜差超過100℃，如此巨大的溫差，一般化學電池是無法工作的。 [5]

前蘇聯航天器使用核電池的情況

另據了解，前蘇聯在1967～1982年期間，共發射了24顆核動力衛星，都屬于海洋監視衛星。衛星帶有以濃縮鈾235為燃料的熱離子反應堆，核能功率為5～10千瓦。不過核動力并不是用來驅動衛星，隻是利用放射性元素衰變時放出的熱量，通過熱電偶産生電能給衛星上的設備供電。這些核動力衛星，多在200多公裡的低軌道上工作，完成任務後核反應堆艙段與衛星體分離，并将小型火箭推到大約1000公裡的軌道，可運行600年。

1978年1月24日，蘇聯“宇宙”954号核動力衛星發生故障，核反應堆艙段未能升高而自然隕落，未燃盡的帶有放射性的衛星碎片散落在加拿大境内，造成嚴重污染。1983年1月“宇宙”1402号核動力衛星發生類似故障，核反應堆艙段在南大西洋上空再入大氣層時完全燒毀。

随着後來美蘇太空競賽的冷卻，人類探索深空的腳步放緩。由于在近地軌道，核電池的性價比不及太陽能電池，此外，全球钚238主要産自俄羅斯，燃料來源的局限也拖累了核電池的發展、應用。 [4]

中國在自主研發的核電池上邁出大步

月球在繞地球公轉的同時進行自轉，周期27.32166日，正好是一個恒星月，所以我們看不見月球背面。這種現象我們稱“同步自轉”，幾乎是衛星世界的普遍規律。由于月球自轉和公轉都是28天，所以“月球夜”會長達14天(月球日即白晝也有14天)。由于月球晝夜要半個月交替一次，溫差高達300℃，那裡是零下150度到180度，太冷了，月球車上的所有的儀器全部要凍壞。普通電池無法應對。所使用的各種高級的蓄電池，什麼锂電池、氫電池，各種各樣的電池對我們來說都沒有用。長時間經受極大溫差對我國月球探測器是個極大挑戰。迫使我們一定要想出新的辦法，于是我們國家自己研制了原子能的電池，歐陽自遠院士說，我國的月球車實際上在同時使用太陽能和核能作為能源。黑暗中的月面，溫度驟降到零下100多攝氏度，為防止車載儀器被凍壞，休眠中的月球車就得靠核電池的能量來保溫，并維持與地面的通訊。而一旦新一個白晝來臨，太陽能電池就能重新驅動月球車工作。

中國第一塊放射性同位素電池于1971年3月12日誕生于中科院上海原子核所，以钋210為燃料，輸出電功率為1.4瓦，熱功率35.5瓦，并進行了模拟太空應用的地面試驗。随着我國核電站數量的增加，由乏燃料後處理提取的镎237原料的逐漸積累，為後來開發钚238電池，提供了物質基礎。

據歐陽自遠院士介紹，近年來，我國在自主研發的核電池上邁出了大步。我國月球車搭載的核電池，是由中國原子能科學研究院牽頭研發的。

從中國原子能科學研究院該院官方網站上，可以得知，從2004年開始，該院正式啟動航天用同位素電池的研發；到2006年，研制出我國第一顆钚238同位素電池；2008年通過了專家組的鑒定。這顆電池的研制成功，填補了我國長期以來在該研究領域的空白，标志着我國在核電源系統研究上邁出了重要的一步。

核電池的用武之地不僅僅局限于太空。在高山、深海、南北極乃至人體中到處可以找到它的影蹤。心髒起搏器用的核電池重量僅40克，體積很小，壽命可達十年。病人免除了經常做開胸手術的痛苦。在極地、海島、高山、沙漠、深海等條件惡劣、交通不便的地方都是RTG的大顯身手之地。自動無人氣象站、浮标和燈塔、地震觀察站、飛機導航信标、微波通訊中繼站、海底電纜中繼站等都可以使用免維護、長壽命的RTG供電。

據原子能院的官網文章介紹，第一顆“國産”同位素電池的各項指标均超過了預期要求，研制全過程安全無誤，功率為百毫瓦級。這将保證中國首次将核能用于航天器。據悉，為了保證着陸器的能源供應，嫦娥三号就是使用了這種原子能電池(RTG同位素電池)。

我國首次實用核電池将随“嫦娥三号”軟着陸月球，并用于嫦娥三号的着陸器和月球車上。這種原子能電池可以連續工作30年。有了它，再不怕月球晚上溫度驟降到零下150度到180度。完全可以确保探測器上儀器不至于被凍壞。為防止車載儀器被凍壞，夜間休眠中的月球車可以靠核電池放出來的熱量保溫。而一旦新一個白晝來臨，太陽能電池就能替代核電池，重新驅動月球車工作。

對嫦娥三号來說，核電池中的钚金屬塊238它相當于一個熱源。這一熱源對将在月球環境下生存的嫦娥三号的保溫作用是至關重要的。其釋放出的熱量及經過溫差熱電轉換器的轉換形成的電流，充分滿足了嫦娥三号的能量需求。它的能力雖不足以讓火箭升空，卻可以用于小規模供電，支持嫦娥三号所帶月球車低速移動；支持嫦娥三号所帶設備正常工作；支持嫦娥三号與地球之間的通訊。 [4]

中國第一個钚－238同位素電池

中國第一個钚－238同位素電池是在中國原子能科學研究院誕生的，同位素電池的研制成功标志着中國在核電源系統研究上邁出了重要的一步。

2004年，原子能院同位素所承擔了“百毫瓦級钚－238同位素電池研制”任務，在兩年時間裡要完成總體設計和一系列相關工藝研究，研制出樣品。

同位素所和協作單位并按制定的研究方案開展了大量的模拟實驗、示蹤實驗、熱實驗等工作。最終檢測表明電池性能完全達到了技術指标要求，輻射防護檢測的各項指标均符合國家安全要求。中國第一個钚－238同位素電池誕生了。

小型核電池

雖然在很久之前核電池就已經應用在航天領域，但是在因為大小的限制，在地球上核電池的應用還很少。大多數核電池通過固态半導體截獲帶電粒子，因為粒子的能量非常高所以半導體随着時間的推移将受到損傷，為了能讓電池長期使用，核電池被制造的非常大。

中國第一塊放射性同位素電池于1971年3月12日誕生于中科院上海原子核所，以钋210為燃料，輸出電功率為1.4瓦，熱功率35.5瓦，并進行了模拟太空應用的地面試驗。随着我國核電站數量的增加，由乏燃料後處理提取镎237原料的逐漸積累，為今後開發钚238電池提供了物質基礎。從2004年開始，中國原子能科學研究院啟動了太空同位素電池的研發，2006年該院研制出我國第一顆钚238同位素電池。

我國将于2013年發射“嫦娥三号”探測器在月球進行軟着陸并施放月球車。前不久月球探測工程首席科學家歐陽自遠院士接受媒體采訪時透露，中國月球車将配備核電池來幫助月球車進行“冬眠”，等到太陽再次在月面上升起時，電池自動重啟，月球車開始進入工作狀态，這樣的核電池可持續工作30年。

目的：為微型機電系統或者納米級機電系統找到合适的能量來源。

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