三、核電池與核電站有什么區(qū)別
區(qū)別一:
核電站的反應(yīng)堆,里面主要進行的是裂變反應(yīng),也就是在一個中子的轟擊下,鈾235分裂成兩個中等大小的原子核,并放出兩到三個中子。
而核電池主要使用钚238,通過钚238的自身衰變,放出阿爾法粒子并產(chǎn)生熱量。這熱量被用來發(fā)電。
圖為钚238
钚是第94號元素,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年。
而钚238的半衰期為87.74年,衰變時釋放阿爾法粒子,同時放出大量熱,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,這使它看起來就像一塊還在發(fā)光的余燼。
1千克钚238的熱功率相當(dāng)于一個570瓦功率的電爐,且持續(xù)時間以數(shù)十年計,從不間斷。
好奇號上采用的核電池,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,是通過冷卻劑循環(huán)把熱量帶出來,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并發(fā)電。而核電池是采用熱電效應(yīng)來發(fā)電。
我們先來演示一下熱電效應(yīng):
上圖中的兩個杯子,左面的裝著冷水,右邊的一會兒加入熱水。
把熱水倒入右邊的杯子中
電風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動了
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,什么因素能決定電子的能量和速度?熱是一個重要的因素之一,當(dāng)金屬導(dǎo)體的兩端有溫度差異時,電子更容易從熱的那一端擴散到冷的那一端,形成電壓,這就是熱電效應(yīng)。
熱電效應(yīng)示意圖
圖為“卡西尼-惠更斯號”上的核電池,1997年10月升空的“卡西尼-惠更斯號”,攜帶有3塊核電池,核電池燃料為钚238,它被制成二氧化钚的陶瓷壓塊,1997年時可提供880瓦的功率,十多年后,也就是2010年,“卡西尼-惠更斯號”上的核電池還能提供670瓦的功率。
圖為宇航員艾倫˙賓從阿波羅12號上取出的核電池的畫面。
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發(fā)電,尤其是在月球上,長達半個月的黑夜,其溫度可達零下兩百多攝氏度。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。