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放射性同位素熱電機 - 维基百科,自由的百科全书 とべ转到内容ないよう

放射ほうしゃせい同位どういもとねつ電機でんき

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卡西あまさがせ测器上所かみところ使用しようてき放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえしめせ

放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ英語えいごRadioisotope Thermoelectric Generator),简称RTGあるRITEGいちかく电池,它使用しよういち热电偶つうふさが贝克こうはたごう放射ほうしゃせい材料ざいりょうおとろえところ释放てき热能转换なり电能,这种发电つくえぼつゆうかつ动部けん

放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえやめ用作ようさく人造じんぞう卫星ふとしそらさがせ测器以及无人值守てき远程设施如苏联ざいきた极圈うち建造けんぞうてきいち系列けいれつとうてき电源。ざい燃料ねんりょう电池蓄电ある发电つくえ无法长时间经济地提供ていきょうすうひゃくかわらあるさらひく)电力てきじょう况下,以及ざいふとし阳能电池实用てき地方ちほう,这种发电つくえ通常つうじょうさい理想りそうてき无需维护がた电源,ただし它的安全あんぜん使用しよう要求ようきゅうざい装置そうち使用しよう结束きさき很长一段时间内对放射ほうしゃせい同位どういもと进行严格管理かんり製造せいぞう非常ひじょうあさはん需要じゅよう使用しようかく反應はんのうてきはいりょう進行しんこう合成ごうせいいん此,放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえてき成本なりもと往往おうおうきりせいりょう它们ざい罕见ある特殊とくしゅ场合てき应用。

历史 [编辑]

卡西あまとぎ略号りゃくごうさがせ测器じょう放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ所用しょようてき氧化钚238たましん。该照へんざいよう石墨せきぼく毯将しょうだま保温ほおんすうふん钟,しかきさき撤去てっきょつつみ裹毯はく摄的。よし放射ほうしゃせいおとろえ变(主要しゅようαあるふぁ粒子りゅうし)产生てき热量,きゅうしんてい炽红じょうはつはじめ输出こうりつ为62かわら

放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ1954ねんよし墩实验室(Mound Laboratories)两位科学かがく“肯·乔丹”(Ken Jordan)かず“约翰·はくとう”(John Birden)しょ发明,2013ねん两人ひとしにゅう国家こっか发明名人めいじんどう[1][2]。1957ねん1がつ1にち,乔丹はくとうあずか美国びくに陆军信号しんごう队签订了一份放射性材料和热电偶研究合同(R-65-8- 998 11-SC-03-91),这些材料ざいりょう热电偶适よう于将钋-210产生てき热能直接ちょくせつ转换为电のう。20せい纪50年代ねんだいまつにわかにわかしゅう迈阿みつ斯堡てき墩实验室すえあずか美国びくに原子げんしのう员会签订てき合同ごうどう,开发りょう放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ。项目负责じん为伯とく伦·C·ぬの兰克博士はかせ[3]

美国びくに发射いたふとむなしてきだい一台放射性同位素热能发电机是1961ねん搭载ざいうみ军子うま仪卫ぼし(Transit satellite)じょうよし96かつ金属きんぞく钚-238驱动てきかく辅助电力けい统(斯纳3Bがた);而最はやざい陆地じょうてき应用あんれいいち,则是1966ねん美国びくにかい军在おもねひしげ斯加无人居住きょじゅうてきしょう岛-费鲁ほこりがん(Fairway Rock)てき使用しようちょくいた1995ねん,该地てんいちちょくざい使用しよう

放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえてきつね见应ようさく为太そらこうてんてき电源,かく辅助电力けい(SNAP)装置そうち主要しゅよう应用ざい远离ふとし阳,ふとし阳能电池ばんおこり作用さよう地方ちほうてきさがせ测器じょう,如さき驱者10ごうさき驱者11ごう旅行りょこうしゃ1ごう旅行りょこうしゃ2ごうとぎ略号りゃくごうゆう西にし斯号卡西あまごうしん视野ごう火星かせい科学かがく实验しつひとし。该发电机也曾よう于驱动两辆うみぬすめごう陆器,以及阿波あわ罗12ごういた17ごう宇航员安ざいつきだまじょうてき科学かがく实验装置そうち(斯纳27がた)。よし阿波あわ罗13ごうとうがついん故障こしょう半途はんと中止ちゅうし,它的放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ沉落ざい汤加うみ附近ふきんてき南太平洋みなみたいへいようなか[4]放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ还应ようざい气象(Nimbus)、导航(Transit)かず实验(LES)卫星じょうあい较之使用しよう成熟せいじゅくかくはん应堆てきふとむなし飞行则只ぞく少数しょうすう:仅有苏联てきかみなり达型海洋かいよう监视系列けいれつ卫星(RORSAT)和美かずみこくてきSNAP-10A卫星。

じょこうてんがいぜん苏联建造けんぞうりょうすうせんよし放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえきょう电的无人值守とうとう导航しん[5][6]

美国びくにそら使用しよう放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ主要しゅよう为位于おもねひしげ斯加てき“Top-ROCC”かず“SEEK IGLOO”监视かみなり达系统的はるかかん站供电[7]

ざい过去,小型こがた“钚电”(非常ひじょうしょうてきよし238きょう电的放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ)ようこころ脏起搏器なか,以确非常ひじょう长的“电池寿命じゅみょう[8]。截至2004ねんだい约有90だい仍在使用しようすえ报道,いた2007ねんそこ,这一数字降到仅9だい[9]。1966ねん6がつ1にち墩实验室あずかかく燃料ねんりょうあずか设备公司こうし(NUMEC)合作がっさく,开始实施こころ脏起搏器项目[10]とう认识到过程ちゅう放射ほうしゃせい热源かいかんこう无损时,该项计划于1972ねん取消とりけしいん为无ほう完全かんぜん确保这些装置そうちかいあずか使用しようしゃてき遗体いちおこり掉。

设计[编辑]

かくわざ准看じゅんかん放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえてき设计原理げんり很简单:主要しゅようけん一只坚固的放射性物质(燃料ねんりょう)容器ようきはた热电偶插入そうにゅう容器ようきかべちゅうまいささえ热电偶的がいはし连接ざい热片燃料ねんりょうてき放射ほうしゃせいおとろえ变产せい热量,燃料ねんりょう热器间的ゆたか使热电偶产せい发电。

热电偶是いち利用りよう帕尔じょう-ふさが贝克こうはた热能直接ちょくせつ转换为电能てき热电こう装置そうち。它由两种のう导电てき金属きんぞく(あるはん导体)せいなり,如果ざい一个闭合回路中它们相互连接,并且两个连接てんてき温度おんど不同ふどう,则将かいざい回路かいろちゅう产生りゅう动电りゅう通常つうじょうはた大量たいりょう热电偶串联在一起可产生更高的电压。

すえあさしょう理工りこう学院がくいんてきからちぇ瑟豪斯夫じん提出ていしゅつてきとう-ちぇ瑟豪斯理论”,[11][12] ひさげだか电子-そらあなてき对称せい增加ぞうか有效ゆうこう带隙、带边对齐とう方法ほうほうざいだい多数たすうはん导体材料ざいりょうちゅうひとし以提だか热电つくえちゅう发电材料ざいりょうけい统的のうげん转换りつ通常つうじょう也可けん材料ざいりょう纳米てき方法ほうほうただし该方ほうさら适合运用于低载流浓度てき热电发电材料ざいりょう体系たいけい[13][14] 这种改良かいりょうきさきてき放射ほうしゃせい同位どういもと热电つくえ常用じょうよう人造じんぞう卫星无人こうてんせんていなか

燃料ねんりょう [编辑]

同位どういもと选择标准[编辑]

放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえちゅう使用しようてき放射ほうしゃせいぶつ质必须具备以几种特性とくせい:

  1. 它的はんおとろえ必须あし够长,以便ざい合理ごうりてき时间ない以相对恒じょうてきそくりつ释放のうりょう。给定てき每次まいじ释出のうりょう(こうりつ)あずかはんおとろえ期成きせいはんはんおとろえ为两ばい且每おとろえ变能りょうしょうどうてき同位どういもとはた以每一半的速率释放能量。よし此,放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ所用しょよう放射ほうしゃせい同位どういもとてき典型てんけいはんおとろえ为几じゅうねんつきかんはんおとろえ较短てき同位どういもと可用かよう特殊とくしゅ用途ようと
  2. 对于こうてん用途ようとまい单位质量からだ(密度みつど)てき燃料ねんりょう必须のう产生大量たいりょうてきのうりょうじょゆう尺寸しゃくすんげんせい密度みつど重量じゅうりょう对于陆地用途ようと并不重要じゅうよう。如果やめ放射ほうしゃせいおとろえ变前きさきてき辐射のうりょうある质量损失,おとろえ变能计算出来でき每次まいじおとろえ变释放てきのうりょうあずかまいてき发电りょうなりせいαあるふぁおとろえ释放てきのうりょう通常つうじょう-90ある-137βべーたおとろえてき10ばい。  
  3. 辐射必须えき吸收きゅうしゅう转化为热辐射てき类型,さいこうαあるふぁ辐射βべーた辐射どおり韧致辐射てき辐射,发出大量たいりょうてきとぎ马射线/ X线辐しゃいん此需よう加重かじゅうへい蔽。同位どういもと不能ふのう产生大量たいりょうてきとぎ马射线、中子なかご辐射ある一般いっぱんどおり过其ほかおとろえ变模しきあるおとろえ变链导致てき贯穿辐射。

ぜん两项标准はたせいかくもとひょううち可能かのうてき燃料ねんりょうげんせいざい原子げんしすう为30以下いかてき同位どういもとじょう[15]

钚-238锔-244锶-90さいつね引用いんようてきこう选同もと,其他同位どういもと钋-210钷-147铯-137-144、钌-106钴-60-242、-241とう也都研究けんきゅう过。

材料ざいりょう へい こうりつ密度みつど(かわら/かつ) はんおとろえ(とし)
238 ひく 0.54 0.54
 
 
87.7 87.7
 
90  こう  0.46 0.46
 
 
28.8 28.8
 
210 てい  140 140
 
  
0.378 0.378
 
241 なか  0.114 0.114
 
432 432
 

238[编辑]

钚-238てきはんおとろえ为87.7ねん合理ごうりてきこうりつ密度みつど为每かつ0.57かわら[16],以及とく别低てきとぎ马射线和中子なかご辐射水平すいへい。钚238まとへい要求ようきゅう最低さいていただゆう三种候选同位素符合最后一项标准(并非所有しょゆう以上いじょうれつてき同位どういもと),而且仅需あつたびしょう于25毫米てき铅板就可へだた离辐,而钚238(这三种中最好的)てき需求りょうしょう于2.5毫米,并且ざい多情たじょう况下钚238ざい放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえちゅう需要じゅようへい蔽,いん为套かん本身ほんみ就足够了。钚238氧化钚(PuO2)てき形式けいしきなり放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ使用しようさい普遍ふへんてき燃料ねんりょうしか而,とみ氧的天然てんねん氧化钚以~23x103个/びょう/かつてき辐射りつ放出ほうしゅつ钚-238中子なかごそう较于金属きんぞく钚-238,这一辐射率相对偏高。含轻元素げんそ杂质てき金属きんぞく钚-238释出~2.8x103个/びょう/かつ,这些中子なかご钚-238发裂变产せいてき

金属きんぞく氧化ぶつ辐射りつてき不同ふどう主要しゅよう归因于αあるふぁはん应,そく中子なかごあずか氧化ぶつちゅうてき氧-18氧-17发生てきはん应。以天然てんねん形式けいしき存在そんざいてき氧-18正常せいじょうりょう为0.204%,而氧-17てき正常せいじょうりょう为0.037%。二氧化钚中氧-17氧-18含量てき少将しょうしょうかい使氧化物的ぶってき中子なかご辐射りつだいだいくだてい,这可以通过氧16てき气相交换ほうらい实现。つね规批りょう产出てき氧化钚238沉淀为氢氧化ぶつ颗粒,表明ひょうめいざいつね规基础上てきだい批量せい产能实现氧16てき交换。高温こうおんあぶ烧过てき氧化钚238ほろたま成功せいこう交换りょう16,显示无论氧化钚238以前いぜんてき热处如何いか都会とかい发生交换[17]

1966ねんざい墩实验室てきこころ脏起搏器研究けんきゅうちゅう发现,含有がんゆう正常せいじょう氧气てき二氧化钚中子辐射率降低了五倍,部分ぶぶん原因げんいん墩实验室从1960ねんおこりせい产稳てい同位どうい素的すてき经验。对于だい热源てきなま产,如没ゆう必需ひつじゅてきへい蔽措ほどこせ,这一过程はた禁止きんし[18]

与本よもと节讨论的其他三种同位素不同,钚238必须经过专门合成ごうせいさく为核废料产品它并たかしひろし目前もくぜんただゆうにわか罗斯保持ほじりょうだか产量,而美こくざい2013ねんいたり2018ねん间,总产りょうちょう过50かつ(1.8盎司)[19]美国びくにしょう关机构希望きぼう每年まいとし300いた400かつ(11いた14盎司)てき产量せい产这种材りょう。如果这一计划得到资助,其目标将建立こんりゅう动化规模处理线,以便いた2025ねん平均へいきん每年まいとし产量达到1.5せんかつ(3.3磅)[20][19]

90[编辑]

锶-90曾被ぜん苏联使用しよう于陆がた放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえちゅう,锶90つう过伴ゆう少量しょうりょうγがんま线的βべーた辐射逐步おとろえ减。虽然它的28.8ねんてきはんおとろえ238たんとくただし其衰变能也较ていこうりつ密度みつど为0.46かわら/かつ[21]よし于其のうりょう输出较低,いん此它产生てき温度おんどてい于钚238,导致发电つくえ效率こうりつ较低。锶90一种高产量的核裂变废料,以低廉ていれんてき价格大量たいりょうきょう[21]

210[编辑]

美国びくに原子げんしのう员会ざい1958ねんくびせいづくりてき一些同位素热能发电机原型中曾使用过钋-210。 这种同位どういもとよし于其だかおとろえ变率,产生惊人てきこうりつ密度みつど(纯钋210てき辐射りつ达140かわら/かつ),ただしよし于它138てんてき极短はんおとろえ使つかい用途ようと有限ゆうげんはんかつ210就可达到摄氏500°(华氏900°)以上いじょうてき高温こうおん[22]よし于钋-210いち种纯αあるふぁ线放射ほうしゃたい发射あかり显的とぎ马或X线辐いん此,へい要求ようきゅう也比钚-238てい

241[编辑]

镅-241一种潜在的候选同位素,其半おとろえ238さら长:镅241てきはんおとろえ为432ねん以假设一台装置可提供数世纪的电源,ただし241てきこうりつ密度みつど仅为钚238てき1/4,且镅241つう过衰变链产物产生てき穿ほじとおる辐射238さらおお需要じゅようさらあつてきへい蔽保护层。ざい放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえちゅうへい要求ようきゅうぞく于第さんてい于钚238かず210ざいとうぜんぜんたま238たんかけてきじょう况下[23]おうしゅうそら间局せいざい研究けんきゅうはた241さく为同もと热能发电つくえてき燃料ねんりょう[24]。2019ねん英国えいこく国家こっかかく实验しつ宣布せんぷ可用かよう于发电[25]あずか238そう,它的一个优势是作为核废料产物,几乎纯净てき同位どういもと。为5–50かわら放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ设计てき241原型げんけい发电つくえ预计こうりつ达2-2.2 かわら/せんかつざい这一功率范围内与钚238发电つくえ相当そうとう[26]

寿命じゅみょうまたがたび[编辑]

やぶきゅう不堪ふかんてきぜん苏联90热能发电つくえ

だい多数たすう放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ使用しようはんおとろえ为87.7ねんてき238燃料ねんりょういん此,使用しよう这种材料ざいりょうてき发电つくえ每年まいとし输出こうりつはた下降かこう1–0.51/87.74ある0.787%。

方面ほうめんてきいち个示れい旅行りょこうしゃさがせ测器うえ使用しようてきすう百瓦级放射性同位素热能发电机。截止2000ねんそく运行23ねんきさき,该发电机内的ないてき放射ほうしゃせいぶつ质功りつ下降かこうりょう16.6%,そく输出こうりつただ为初はじめこうりつてき83.4%;从开はじめ时的470かわらこうりつ,经过这いちだん时间きさきくだいたり392かわら。此外,旅行りょこうしゃごう发电つくえ另一相关的功率损失因素是将热能转换为电能てきそう金属きんぞく热电偶性能せいのう下降かこう,发电つくえ目前もくぜんてきこうこう处于其原そのはらはじめ总功りつてき67%水平すいへいじょう,而非预期てき83.4%。いた2001年初ねんしょ,“旅行りょこうしゃ1ごうかず旅行りょこうしゃ2ごうてき同位どういもと热能发电つくえ发电りょうしょうぶん别降いたり315かわら319かわら[27]

にん放射ほうしゃせい同位どういもと热电发生[编辑]

美国びくにこうてんきょくせいざい开发いちにん放射ほうしゃせい同位どういもと热电发生(MMRTG),其中热电偶将よしかた砷钴矿物(skutterudite),いち砷化ぶつ(CoAs3)せいなりあずか目前もくぜんもとてき设计しょう,它可作用さよう于更しょうゆたか。这意味いみ一台类似的同位素热能发电机在任务开始时会多提供25%以上いじょうてき电能,而在17ねんきさきいたりしょうかい增加ぞうか50%以上いじょう美国びくにたいそらそうしょ希望きぼうざいしたいちしん疆界にん务中使用しよう这种设计[28]

效率こうりつ[编辑]

放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ使用しよう热传导はた放射ほうしゃせいぶつ质的热量转化为电のう。热电块,虽然非常ひじょうもたれ持久じきゅうただし效率こうりつ非常ひじょうひく,从未达到10%以上いじょうてき效率こうりつだい部分ぶぶん同位どういもと热能发电つくえてきこうこうざい3-7%これ间。までこん为止,こうてんにん务中てき热电材料ざいりょう包括ほうかつ硅锗合金ごうきん、碲化铅和锑碲化物ばけもの、锗及银(TAGS)とう目前もくぜん利用りよう其他わざ术提だか热能发电效率こうりつてき研究けんきゅう业已完成かんせい,实现さらだかてき效率こうりつ意味いみただ需更しょうてき放射ほうしゃせい燃料ねんりょう就可产生どう样的电能,いん此发电机てき重量じゅうりょうかいさら轻,这也こうてん发射成本なりもと需考虑的一项至关重要的因素。

热离转换-いち种基于热离辐射原理げんりてきのうりょう转换装置そうち,其效りつ达到10–20%これ间,ただし要求ようきゅうてき温度おんどだか于标じゅん同位どういもと热能发电つくえ运行时的温度おんどいち些钋210热能发电つくえ原型げんけいやめ使用しようりょう热离わざ术,其他极有可能かのうてき放射ほうしゃせい同位どういもと也可以通过这种方ほう提供ていきょうのうりょうただしはんおとろえ过短てき同位どういもと不可ふかぎょう少数しょうすうふとむなしかくはん应堆也采ようりょう热离わざ术,ただしかくはん应堆通常つうじょうふとおも,无法ざいだい多数たすうふとむなしさがせ测器じょう使用しよう

“热光ふく电池”(Thermophotovoltaic cell)てき工作こうさく原理げんりあずかふとし阳能电池あいどうただ它们はた热表めん辐射てき红外线ひかり而不见光转化为电のう。热光ふく电池てき效率こうりつ热电块(TEMs)ややこう,并且以覆盖在其上,ゆう可能かのう使效率こうりつ倍增ばいぞうつう过电热器拟带ゆう放射ほうしゃせい同位どういもと发电つくえてきけい统已经证あかり其效りつ达到20%[29]ただし还没有用ゆうよう放射ほうしゃせい同位どういもと进行过测试。一些理论上的热光伏电池设计效率高达30%,ただし这些还没ゆう产或证实。热光ふく电池硅材りょうてきくだかい速度そくど金属きんぞく材料ざいりょうかいゆう其是ざい电离辐射环境

动态发电つくえ提供ていきょうちょう过同もと热能发电つくえ四倍转换效率的电能。美国びくにこうてんきょくのうげん一直在开发称之为斯特りん放射ほうしゃせい同位どういもと发电つくえ(SRG)てき一代放射性同位素燃料发电机,它通过自由じゆう活塞かっそくしき斯特りん发动つくえあずか线性交流こうりゅう发电つくえ耦合,はた热量转化为电のう。斯特りん发电つくえ样机てき平均へいきん效率こうりつ为23%,进一步提高发电机冷、热端间的温度おんど还可获得さらだかてき效率こうりつざい试验装置そうちちゅう使用しよう接触せっしょく运动つくえけんこうつかれ劳弯きょく轴承以及无润すべり密封みっぷう环境,经多ねん测试运行,ぼつゆうひょう现出あかり显的退化たいか损耗。实验结果表明ひょうめい,斯特りん放射ほうしゃせい同位どういもと发电つくえ连续运行すう十年而无需维护。つくえ械振动可どおり过实ほどこせ动态平衡へいこうある使用しようそうはんこう运动活塞かっそくしょうじょ。斯特りん放射ほうしゃせい同位どういもと发电けい统的应用范围涵盖ふかむなし火星かせいがつだまさがせ测及其它科学かがく探索たんさくにん务。

斯特りん放射ほうしゃせい同位どういもと发电つくえ效率こうりつてきひさげますどおり过热力学りきがく特性とくせいてき论比较来证明,如下しょしめせ。计算过程やめ简化且没こう虑所よう同位どういもとはんおとろえ较长而导致的热功りつ输入おとろえ减因もと。该分析ぶんせきてきかり前提ぜんていざい实验过程ちゅうしょ观察到てき两台处于稳定运行じょう态的けい统(所用しょようすう值见下表かひょう)。这两种发电机简化为热引擎,以便较它们对应卡诺效率こうりつてき发电效率こうりつじょ热源热片がい,这二台系统被假定为组件[30][31][32]

热效りつひょう达符ηいーたthゆかり以下いか公式こうしきとく

这里てきじょう撇符 ( ' ) 表示ひょうじ时间导数。

按照热力がくだい一定律的常规形式,こうりつひょう达为:

かり设系统在稳定じょう态下运行,则,

则可计算出さんしゅつηいーたth为11かわら/ 200かわら= 5.5% (斯特りん放射ほうしゃせい同位どういもと发电つくえ为140かわら/ 500かわら= 28%)。另外,だい定律ていりつ效率こうりつ表示ひょうじηいーたIIよし以下いか公式こうしきとく:

ざいηいーたth,rev为卡诺效りつゆかり:

其中:Theat sink为外温度おんど(やめ测量いたにん放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ(MMRTG)为510 K,而斯とくりん放射ほうしゃせい同位どういもと发电つくえ则为363 K),Theat sourceにん放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ燃料ねんりょうしんてき温度おんどかり设为823 K(斯特りん放射ほうしゃせい同位どういもと发电つくえ为1123 K)。这使とくにん放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえてきだい定律ていりつ效率こうりつ为14.46%,而斯とくりん放射ほうしゃせい同位どういもと发电つくえ为41.37%)。

安全あんぜんせい[编辑]

放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ通用つうよう热源かたぎ块堆しめせ

偷盗[编辑]

放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえちゅう含有がんゆうてき放射ほうしゃせいぶつ质属危险ひん,甚至以用于恶目的もくてき。它们对真正しんせいてきかく武器ぶき几乎ぼつ有用ゆうよう处,ただし仍可应用于“脏弹”。ぜん苏联よう锶-90(锶90)建造けんぞうりょう许多无人值守とうとう导航しん标。它们非常ひじょうもたれ提供ていきょうりょう稳定てき电源,ただしだい多数たすうぼつゆう护措ほどこせ,甚至ぼつゆう围栏ある警告けいこく标志。よし于记录保存ほぞん不善ふぜん,一些设施的位置已经不为人所知。ゆういち,一名小偷曾打开了放射性隔间[5];而在另一起案きあんれいちゅうかく鲁吉亚察伦吉哈区てき三名伐木工发现了两只陶瓷装同位素热能发电机热源,它们てきへい蔽保护层やめへず离,其中两人いん负热げんきさき严重辐射烧伤而住いん疗。さい终,这些设施回收かいしゅう并隔离[33]にわか罗斯境内けいだいだい约有1000だい这样てき放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ所有しょゆう这些发电つくえはややめちょう过所设计てき10ねん使用しよう期限きげんだい多数たすう发电つくえ可能かのうやめさい工作こうさく需要じゅよう拆除。つきかんゆう放射ほうしゃせい污染危险,它们ちゅうてき一些金属外壳还是已被金属じつあらしゃへず[34]

放射ほうしゃせい污染[编辑]

放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ存在そんざい放射ほうしゃせい污染风险:如果そうゆう燃料ねんりょうてき容器ようき泄漏,放射ほうしゃせい材料ざいりょう可能かのうかい造成ぞうせい环境污染。

对于こうてん而言,主要しゅよう关切てき,如果ざいこうてん发射あるずいきさき接近せっきん地球ちきゅうてき过程ちゅう发生事故じこ有害ゆうがいぶつ质可能会のうかい释放いただい气中。よし此,ざいこうてん其他地方ちほう使用しよう有害ゆうがいぶつ质已引起そう[35][36]ただし目前もくぜん同位どういもと热能发电つくえおけてき设计ふと可能かのうかい现这种情况。れい如,1997ねん发射てき卡西あま-めぐみさら斯探测器てき环境かげ研究けんきゅう充分じゅうぶん评估りょうにん务各阶段发生污染事故じこてき可能かのうせいざい发射きさき最初さいしょてき3.5ふん钟内,3だい发电つくえちゅうてきいちだいあるだい(ある129だい放射ほうしゃせい同位どういもと热器)发生放射ほうしゃせい泄漏事故じこてきがいりつ估计为1/1400;せっらい进入轨道きさきてき泄漏がいりつ为1/476;ざい此之きさき意外いがい泄漏てき可能かのう性急せいきゅう剧降いたりひゃくまんふんいち以下いか[37]かり如在发射阶段发生りょう可能かのう造成ぞうせい污染てき事故じこ(如航てんのういた达轨どう),则放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ实际造成ぞうせい污染てきがいりつ估计约为じゅうふんいち[38]。 ただしさい终发しゃ圆满成功せいこう,“卡西あま-めぐみさら斯号”顺利いた达了土星どせい

这些同位どういもと热能发电つくえちゅう所用しょよう钚-238てきはんおとろえ为87.74ねん,而かく武器ぶきかくはん应堆ちゅう使用しようてき钚-239てきはんおとろえ为24110ねんはんおとろえ较短てき结果钚-238てき放射ほうしゃせい约为钚-239てき275ばい(そく17.3きょさと(640よし贝克)/かつ0.063きょさと(よし贝克)/かつ[39])。れい如,3.6せんかつ钚-238每秒まいびょう发生てき放射ほうしゃせいおとろえ变次すうあずか1吨钚-239そうどう[40]よし于两种同素的すてき放射ほうしゃせい致病りつ几乎完全かんぜんしょうどういん此,钚-238てき毒性どくせい钚-239てき275ばい

にんなん一种同位素发出的αあるふぁ辐射かい穿ほじとおるかわ肤,ただし如果吸入きゅうにゅうある摄入钚,它可以照射しょうしゃない脏,ゆう其危险的骨骼こっかく,其表めん可能かのう吸收きゅうしゅう同位どういもと,以及かんざいさと同位どういもとはた汇集并浓缩。

事故じこ[编辑]

やめ经发せい过几おこりわたる放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえきょう电的こうてん事故じこ

  1. だいいち1964ねん4がつ21にち发生てき卫星发射しつ败,美国びくにうま仪5BN3”导航卫星のう进入轨道,ざいじゅうかえしいたり马达斯加以北いほく上空じょうくう时烧毁[41]。它的斯纳9Aがた同位どういもと热能发电つくえちゅう17000きょさと(630ふとし贝克)てき金属きんぞく燃料ねんりょうざい南半球みなみはんきゅうだい气层ちゅう烧毁,すうがつきさきざい地区ちく检测到りょう微量びりょう钚-238。这一事件じけん导致美国びくにたいそらそうしょ安全あんぜん员会要求ようきゅう未来みらい发射てき放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ必须かん整地せいちかえしかい地球ちきゅう,这反过来またかげ响了かんみちがた同位どういもと热能发电つくえてき设计。
  2. だいあめうん B1ごう”气象卫星,其运载火箭かせんざい1968ねん5がつ21にち发射きさきひさいん轨道稳定而被れい摧毁。从范登堡空军基发射てき斯纳9Aがた同位どういもと热能发电つくえちゅう含有がんゆうしょう对惰せいてき氧化钚,五个月后在圣巴巴拉海峡海底完好无损地被收回,ぼつゆう发现环境污染[42]
  3. 1969ねんだい一辆月球车任务的发射失败,ざいにわか罗斯だいかた地区ちく撒落りょう钋-210 [43]
  4. 1970ねん4がつ阿波あわ罗13ごうにん务失败,意味いみ舱登がつはた携带一台放射性同位素热能发电机返回大气层,并在斐济上空じょうくう烧毁。它所携带てき这台斯纳27がた同位どういもと热能发电つくえちゅう含有がんゆう44500きょさと(1650ふとし贝克)てき氧化钚,そうざいちゃく陆器ももじょうてきいち个石すみおけちゅうざいじゅういれ地球ちきゅうだい气层时被かん好地こうち保存ほぞんらいせい如事さき规划てきみち,轨道てきやすはい使它能够落にゅうざい太平洋たいへいよう汤加うみ6-9おおやけ里深さとみてき海底かいていだい气和かい水取みずとり样没ゆう发现钚-238污染,证实りょう燃料ねんりょうおけざいうみ床上ゆかうえかんこう无损てきかり设。预计该燃料ねんりょうおけちゅうてき燃料ねんりょういたりしょう还有10个半おとろえ(そく870ねん)。美国びくにのうげんやめ进行りょう海水かいすい测试,并确てい设计よう于抵じゅうかえしだい气层てき石墨せきぼくがい壳是稳定てきかい发生钚泄漏。ずいきさきてき调查发现,该地区ちくてき自然しぜん背景はいけい辐射ぼつゆう增加ぞうか阿波あわ罗13ごう事故じこ代表だいひょうりょう一种极端的情况,いん为飞せんがつ轨道そら(地球ちきゅうだい气层与がつだま间的区域くいき)かえしかい时的速度そくど极高。这次事故じこ验证りょうしん一代放射性同位素热能发电机的设计是高度安全的。
  5. 1996ねんにわか罗斯发射りょう火星かせい96ただしのう离开地球ちきゅう轨道,すうしょう时后又重またしげかえしだい气层。こうてんじょうてき两台同位どういもと热能发电つくえ总共携带りょう200かつ钚,并被认为のう按设计要求ようきゅうざいじゅうかえし过程中幸なかさいわいそんらい。现在估计它们跌落ざい范围为320公里くり长×80公里くり宽,东北-西南せいなんはしこうてき椭圆がた区域くいきてきぼう处,该椭圆区てき中心ちゅうしんさとしもとかつ以东32公里くり[44]
阿波あわ罗14ごうふとしそらじんやすてきいちだいかく辅助动力けい统计划27がた同位どういもと热能发电つくえあずか阿波あわ罗13ごうかえしかい时丢しつてき热能发电つくえしょうどう

1965ねんいちだいめい斯纳19Cがたてき放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえざい印度いんどくすのき达德维山やま顶附きん丢失。とう时它们被やすざいやま附近ふきんてき岩石がんせきちゅうめん临暴风雪。原本げんぽんあんそうきさき为中じょうきょく远程动站きょう电,该站主要しゅよう收集しゅうしゅう中国ちゅうごく火箭かせん测试基地きちてきはるか测数すえ。总共有きょうゆう7けん设备つつみ雪崩なだれまき入山にゅうざん谷中たになかてき冰川,さい也没找到,很可能かのうやめとおるてき冰川粉碎ふんさいよし此钚238锆合きん燃料ねんりょう氧化りょう冰川以羽りゅう形式けいしきうつり动的土壤どじょう颗粒[45]

苏联很多为とう和信かずのぶ提供ていきょう电力てき"贝塔Mがた"(Beta-M)放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえやめなり为“しつひかえてき辐射げん。其中一些装置为获取废金属而被非法拆除(导致锶-90みなもとかんぜん暴露ばくろ)、另一些已落入海洋かいようあるいん设计不当ふとうある物理ぶつり损坏使へい蔽层缺陷けっかん美国びくに国防こくぼうくだてい合作がっさく计划表示ひょうじ担心,"贝塔Mがた"(Beta-M)放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ材料ざいりょう恐怖きょうふ组织もちいせいづくり脏弹[5]

あずかきれ变反应堆てき[编辑]

放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえあずかきれ变反应堆使用しよう不同ふどうてきかくはん应方しき

かく动力はん应堆(包括ほうかつよう于太そらてき小型こがたはん应堆)ざい链式はんちゅう进行受控きれ变,はん应速りつ以通过中子なかご吸收きゅうしゅうひかえせいぼうらい调节。よし此功りつ以根すえ需要じゅよう而变ある完全かんぜん关闭(几乎)以进ぎょう维护,ただし需谨まき避免危险てきだかこうりつ水平すいへいてき受控操作そうさ,甚至ばく炸或かく熔毁

放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえちゅうかい发生链式はん应,热能どおり过自发的放射ほうしゃせいおとろえ产生てき,其速りつ不可ふか调节且稳てい下降かこう,并只决于同位どういもと燃料ねんりょうてき数量すうりょう及其はんおとろえざい同位どういもと热能发电つくえちゅう,热能てき产生不能ふのうずい需求变化,也无ほうざい需要じゅよう时关闭,并且不可能ふかのうどおり过降ていこう耗来节省さらてきのうりょうよし此,可能かのう需要じゅよう辅助电源(如可たかし电电)らい满足よう电高ほうてき需求,而且还必须始终提供ていきょうあし够的冷却れいきゃく包括ほうかつざいふとしそらにん务发ぜん飞行早期そうき阶段。放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ不可能ふかのう现像かく熔毁あるかくばく炸那样的惊人事故じこただし一旦いったん火箭かせんばく炸,ある装置そうちざいじゅうかえしだい气层时解体かいたい,则仍ゆう放射ほうしゃせい污染てき风险。

亚临かい倍增ばいぞう同位どういもと热能发电つくえ[编辑]

よし于钚-238てきたんかけ目前もくぜん提出ていしゅつりょう一种亚临界反应辅助的新型放射性同位素热能发电机[46]ざい这种放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえちゅう放射ほうしゃせい同位どうい素的すてきαあるふぁおとろえ变也よう含有がんゆうあい元素げんそてきαあるふぁ-中子なかごはん应中,这样就产せいりょう长寿がたてき中子なかごげんよし于系统在接近せっきんただししょう于1てき临界じょう态下工作こうさくそく有效ゆうこう中子なかご倍增ばいぞう因子いんしKeff<1,从而实现りょう亚临かい倍增ばいぞう增加ぞうかりょう背景はいけい中子なかご并从きれ变反应中产生のうりょうつきかん放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえちゅう产生てききれ变数りょう非常ひじょうすくな(它的とぎ马辐以忽りゃく计),ただしよし于每きれ变反应释放てきのうりょう每次まいじαあるふぁおとろえ变的30ばい以上いじょう(200ちょう电子ふくとく,而非6兆电子伏特),いん此可以获とく10%てきのうりょう增益ぞうえき,这意味いみ每次まいじにん务对钚238てき需求りょうかい减少。这一そうほう于2012ねんひさげ交给美国びくにたいそらそうしょ,以加入かにゅう每年まいとし一度的恩斯皮尔(NSPIRE)竞赛,2013ねんまた转交爱达しゅう国家こっか实验しつ进行ぎょうせい研究けんきゅう[47]ただし基本きほん要素ようそ仍未あらため变。

ほし际探测器よう同位どういもと热能发电つくえ[编辑]

放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえやめけん议应よう于实际的ぼし际先驱任务和ぼし际探测器じょう[48],这方面ほうめんてき一个示例是美国太空總署提出的“创新がたほし际探测器”(2003ねんいたりいま)提案ていあん[49]。2002ねん,为该类任务提出ていしゅつりょう使用しよう241てき放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ[48],它可将星しょうせい际探测器てきにん务运ぎょう时间のべ长至1000ねんいん为从长期らいのうりょう输出下降かこうてき速度そくど钚慢[48]ざい这项研究けんきゅうちゅう也检验了应用于同もと热能发电つくえてき其他同位どういもと考察こうさつりょう诸如かわら/かつはんおとろえ及衰变产ぶつとう特性とくせい[48]。1999ねんてきいち项星际探测器提案ていあんけん使用しよう三种先进的放射性同位素能源(ARPS)[50]

放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえてき电能科学かがく仪器、地球ちきゅう通信つうしん提供ていきょう电力[48],一项任务曾提议使用电力来为离子推力すいりょく提供ていきょう动力,しょう这种方法ほうほう为“放射ほうしゃせい同位どういもと电力推进”(REP)[48]

せい增强ぞうきょうがた放射ほうしゃせい同位どういもと热源[编辑]

やめ提出ていしゅつてき一种基于自感应静电场的放射性同位素热源功率增强方法[51]すえ提出ていしゅつしゃてき说法,使用しようてき测试げんやめ实现だか达10%てきひさげ增幅ぞうふく

かたごう[编辑]

つね规的放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえどおり放射ほうしゃせいおとろえらい提供ていきょう动力,其特てんはた热能转换为电のうただし为了进一步了解具体情况,ざい包括ほうかつりょう一些在概念上有所变化的系统。

ふとむなしかく电力けい[编辑]

やめ知的ちてきさがせ测器/かく动力けい统及结局。かく动力けい统面临着かく种各样的结局,れい如,阿波あわ罗飞せんてき斯纳27がた同位どういもと热能发电つくえとめざいりょうがつだまじょう[52]。其他一些探测器也有小型放射性同位素加热器,如每火星かせいさがせ测车ゆういちだい1かわらてき放射ほうしゃせい同位どういもと热器さがせ测器使用しようりょう不同ふどう数量すうりょうてき材料ざいりょうれい火星かせい科学かがく实验しつ携带てき好奇こうきごう火星かせい车上就有4.8せんかつ氧化钚-238[53],而卡西あまごうさがせ测器じょう则有32.7せんかつ[54]

名称めいしょうがたごう さがせ测器及台すう 最大さいだい输出值  放射ほうしゃせい
同位どういもと
所用しょよう燃料ねんりょうりょう(せんかつ) 质量(せんかつ) こうりつ/质量(发电 かわら/せんかつ)
电力(かわら) 热能(かわら)
にん务型
MMRTG
火星かせい科学かがく实验しつ/好奇こうきごう火星かせいあつしりょくごう/火星かせい2020火星かせい 110 c. 2000 238 c. 4 <45 2.4
通用つうようがた
GPHS
卡西あまごう(3)しん视野ごう(1)とぎ略号りゃくごう(2)ゆう西にし斯号(1) 300 4400 钚 238 7.8 55.9–57.8[55] 5.2–5.4
すうひゃくかわら
MHW
はやし肯实验卫ぼし8/9ごう旅行りょこうしゃ1ごう(3)旅行りょこうしゃ2ごう(3) 160[55] 2400[56] 238 c. 4.5 37.7[55] 4.2
斯纳3Bがた
SNAP-3B
うま仪4Aごう卫星(1) 2.7[55] 52.5 238 ? 2.1[55] 1.3
斯纳9Aがた
SNAP-9A
うま仪5BN1/2ごう卫星(1) 25[55] 525[56] 238 c. 1 12.3[55] 2.0
斯纳19がた
SNAP-19
あめうん3ごう卫星(2)、さき驱者10ごう(4)さき驱者11ごう(4) 40.3[55] 525 238 c. 1 13.6[55] 2.9
あらため进版斯纳19がた うみぬすめ1ごう(2)、うみぬすめ2ごう(2) 42.7[55] 525 238 c. 1 15.2[55] 2.8
斯纳27がた
SNAP-27
阿波あわ罗12-17ごう实验つつみ(1) 73 1480 238[57] 3.8 20 3.65
(きれ变反应堆)ぬのかつ(やま榉5がた)** 海洋かいよう侦察卫星(1) 3000 100000 こう浓缩铀235 30 1000 3.0
(きれ变反应堆)斯纳10Aがた*** かく辅助动力けい统10Aごう(1) 600[58] 30,000 こう浓缩铀235    431 1.4
さき进斯とくりん发电つくえ 原型げんけい设计(发射),发现计划 c. 140 (2x70) c. 500 238 1 34 4.1

**やま榉5がたあるぬのかつはん应堆一个快速增殖反应堆,它使用しようもと于半导体てき热电偶将热量直接ちょくせつ转化为电のう真正しんせいてき放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ[59][60]

***斯纳10Aがた并非真正しんせいてき放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえ,它使用しよう浓缩铀燃料ねんりょう,氢化锆作为慢剂,えき态钠钾合きん冷却れいきゃく剂,よう反射はんしゃたいげきかつある停止ていし[58]はん应堆为热电转换系统供热的方式ほうしきらい发电[58]

****真正しんせいてき放射ほうしゃせい同位どういもと热能发电つくえさき进斯とくりん放射ほうしゃせい同位どういもと发电つくえ(ASRG)一台使用放射性同位素供热来运行的斯特りん发电装置そうち(见斯特りん放射ほうしゃせい同位どういもと发电つくえ)。

陆地がた[编辑]

名称めいしょうがたごう 应用 最大さいだい输出值 放射ほうしゃせい同位どういもと 最大さいだいのう
(せんかつ)
质量(せんかつ)
电力(かわら) 热能(かわら)
贝塔Mがた 废弃てきぜん苏联无人值守とうとう和信かずのぶ 10 230 90 0.26 560
Efir-MA 30 720 ? ? 1250
IEU-1    80 2200 90 ? 2500
IEU-2    14 580 ? ? 600
Gong 18 315 ? ? 600
Gorn 60 1100 ? ? 1050
IEU-2M 20 690 ? ? 600
IEU-1M 120 (180) 2200 (3300) 90 ? 2(3) × 1050
哨兵しょうへい25がた[61] 美国びくにきた极远ほど监听站 9–20 钛酸锶(SrTiO3) 0.54 907–1814
哨兵しょうへい100Fがた[61] 53 氧化钛锶(Sr2TiO4 1.77 1234
涟漪 X[62] 浮标、とう 33[63] 钛酸锶(SrTiO3) 1500

另请さん[编辑]

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Notes

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