卡西尼 あま 探 さがせ 测器 上所 かみところ 使用 しよう 的 てき 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 示 しめせ 意 い 图
放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ (英語 えいご :Radioisotope Thermoelectric Generator ),简称RTG 或 ある RITEG ,是 ぜ 一 いち 种核 かく 电池 ,它使用 しよう 一 いち 组热电偶 通 つう 过塞 ふさが 贝克效 こう 应将 はた 合 ごう 适放射 ほうしゃ 性 せい 材料 ざいりょう 衰 おとろえ 变所 ところ 释放的 てき 热能转换成 なり 电能 ,这种发电机 つくえ 没 ぼつ 有 ゆう 活 かつ 动部件 けん 。
放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 已 やめ 被 ひ 用作 ようさく 人造 じんぞう 卫星 、太 ふとし 空 そら 探 さがせ 测器 以及无人值守的 てき 远程设施如苏联 在 ざい 北 きた 极圈内 うち 建造 けんぞう 的 てき 一 いち 系列 けいれつ 灯 ひ 塔 とう 的 てき 电源。在 ざい 燃料 ねんりょう 电池 、蓄电池 ち 或 ある 发电机 つくえ 无法长时间经济地提供 ていきょう 数 すう 百 ひゃく 瓦 かわら (或 ある 更 さら 低 ひく )电力的 てき 情 じょう 况下,以及在 ざい 太 ふとし 阳能电池不 ふ 实用的 てき 地方 ちほう ,这种发电机 つくえ 通常 つうじょう 是 ぜ 最 さい 理想 りそう 的 てき 无需维护型 がた 电源,但 ただし 它的安全 あんぜん 使用 しよう 要求 ようきゅう 在 ざい 装置 そうち 使用 しよう 期 き 结束后 きさき 很长一段时间内对放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 进行严格管理 かんり 。製造 せいぞう 也非常 ひじょう 麻 あさ 煩 はん ,需要 じゅよう 使用 しよう 核 かく 反應 はんのう 爐 ろ 的 てき 廢 はい 料 りょう 進行 しんこう 合成 ごうせい ,因 いん 此,放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 的 てき 成本 なりもと ,往往 おうおう 限 きり 制 せい 了 りょう 它们在 ざい 罕见或 ある 特殊 とくしゅ 场合下 か 的 てき 应用。
历史 [ 编辑 ]
卡西尼 あま 和 わ 伽 とぎ 利 り 略号 りゃくごう 探 さがせ 测器上 じょう 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 所用 しょよう 的 てき 二 に 氧化钚238 球 たま 芯 しん 。该照片 へん 是 ぜ 在 ざい 用 よう 石墨 せきぼく 毯将小 しょう 球 だま 保温 ほおん 数 すう 分 ふん 钟,然 しか 后 きさき 撤去 てっきょ 包 つつみ 裹毯拍 はく 摄的。由 よし 于放射 ほうしゃ 性 せい 衰 おとろえ 变(主要 しゅよう 是 ぜ α あるふぁ 粒子 りゅうし )产生的 てき 热量,球 きゅう 芯 しん 呈 てい 现炽红 状 じょう ,初 はつ 始 はじめ 输出功 こう 率 りつ 为62瓦 かわら 。
放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 是 ぜ 1954年 ねん 由 よし 土 ど 墩实验室(Mound Laboratories)两位科学 かがく 家 か “肯·乔丹”(Ken Jordan)和 かず “约翰·伯 はく 登 とう ”(John Birden)所 しょ 发明,2013年 ねん 两人均 ひとし 入 にゅう 选国家 こっか 发明家 か 名人 めいじん 堂 どう [1] [2] 。1957年 ねん 1月 がつ 1日 にち ,乔丹和 わ 伯 はく 登 とう 与 あずか 美国 びくに 陆军信号 しんごう 部 ぶ 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 和 わ 热电偶适用 よう 于将钋-210 产生的 てき 热能直接 ちょくせつ 转换为电能 のう 。20世 せい 纪50年代 ねんだい 末 まつ ,位 い 于俄 にわか 亥 い 俄 にわか 州 しゅう 迈阿密 みつ 斯堡的 てき 土 ど 墩实验室根 ね 据 すえ 与 あずか 美国 びくに 原子 げんし 能 のう 委 い 员会 签订的 てき 合同 ごうどう ,开发出 で 了 りょう 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 。项目负责人 じん 为伯特 とく 伦·C·布 ぬの 兰克博士 はかせ [3] 。
美国 びくに 发射到 いた 太 ふと 空 むなし 的 てき 第 だい 一台放射性同位素热能发电机是1961年 ねん 搭载在 ざい 海 うみ 军子午 うま 仪卫星 ぼし (Transit satellite)上 じょう ,由 よし 96克 かつ 金属 きんぞく 钚-238 驱动的 てき 核 かく 辅助电力系 けい 统(斯纳普 ふ 3B型 がた ) ;而最早 はや 在 ざい 陆地上 じょう 的 てき 应用案 あん 例 れい 之 の 一 いち ,则是1966年 ねん 美国 びくに 海 かい 军在阿 おもね 拉 ひしげ 斯加无人居住 きょじゅう 的 てき 小 しょう 岛-费鲁埃 ほこり 岩 がん (Fairway Rock)的 てき 使用 しよう ,直 ちょく 到 いた 1995年 ねん ,该地点 てん 都 と 一 いち 直 ちょく 在 ざい 使用 しよう 。
放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 的 てき 常 つね 见应用 よう 是 ぜ 作 さく 为太空 そら 航 こう 天 てん 器 き 的 てき 电源,核 かく 辅助电力系 けい 统 (SNAP)装置 そうち 主要 しゅよう 应用在 ざい 远离太 ふとし 阳,太 ふとし 阳能电池板 ばん 不 ふ 起 おこり 作用 さよう 地方 ちほう 的 てき 探 さがせ 测器上 じょう ,如先 さき 驱者10号 ごう 、先 さき 驱者11号 ごう 、旅行 りょこう 者 しゃ 1号 ごう 、旅行 りょこう 者 しゃ 2号 ごう 、伽 とぎ 利 り 略号 りゃくごう 、尤 ゆう 利 り 西 にし 斯号 、卡西尼 あま 号 ごう 、新 しん 视野号 ごう 、火星 かせい 科学 かがく 实验室 しつ 等 ひとし 。该发电机也曾用 よう 于驱动两辆海 うみ 盗 ぬすめ 号 ごう 着 き 陆器,以及阿波 あわ 罗12号 ごう 到 いた 17号 ごう 宇航员安放 ひ 在 ざい 月 つき 球 だま 上 じょう 的 てき 科学 かがく 实验装置 そうち (斯纳普 ふ 27型 がた )。由 よし 于阿波 あわ 罗13号 ごう 登 とう 月 がつ 因 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 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 沉落在 ざい 汤加海 うみ 沟 附近 ふきん 的 てき 南太平洋 みなみたいへいよう 中 なか [4] 。放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 还应用 よう 在 ざい 气象(Nimbus)、导航(Transit)和 かず 实验(LES)卫星上 じょう 。相 あい 较之下 か ,使用 しよう 成熟 せいじゅく 核 かく 反 はん 应堆的 てき 太 ふと 空 むなし 飞行器 き 则只属 ぞく 少数 しょうすう :仅有苏联的 てき 雷 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 国 こく 的 てき SNAP-10A卫星。
除 じょ 航 こう 天 てん 器 き 外 がい ,前 ぜん 苏联 还建造 けんぞう 了 りょう 数 すう 千 せん 座 ざ 由 よし 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 供 きょう 电的无人值守灯 とう 塔 とう 和 わ 导航信 しん 标[5] [6] 。
美国 びくに 空 そら 军使用 しよう 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 主要 しゅよう 为位于阿 おもね 拉 ひしげ 斯加的 てき “Top-ROCC”和 かず “SEEK IGLOO”监视雷 かみなり 达系统的遥 はるか 感 かん 站供电[7] 。
在 ざい 过去,小型 こがた “钚电池 ち ”(非常 ひじょう 小 しょう 的 てき 由 よし 钚238 供 きょう 电的放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ )被 ひ 用 よう 于心 こころ 脏起搏器中 なか ,以确保 ほ 非常 ひじょう 长的“电池寿命 じゅみょう ”[8] 。截至2004年 ねん ,大 だい 约有90台 だい 仍在使用 しよう 。据 すえ 报道,到 いた 2007年 ねん 底 そこ ,这一数字降到仅9台 だい [9] 。1966年 ねん 6月 がつ 1日 にち ,土 ど 墩实验室与 あずか 核 かく 燃料 ねんりょう 与 あずか 设备公司 こうし (NUMEC)合作 がっさく ,开始实施心 こころ 脏起搏器项目[10] 。当 とう 认识到火 ひ 化 か 过程中 ちゅう 放射 ほうしゃ 性 せい 热源不 ふ 会 かい 完 かん 好 こう 无损时,该项计划于1972年 ねん 被 ひ 取消 とりけし ,因 いん 为无法 ほう 完全 かんぜん 确保这些装置 そうち 不 ふ 会 かい 与 あずか 使用 しよう 者 しゃ 的 てき 遗体一 いち 起 おこり 火 ひ 化 か 掉。
从核 かく 技 わざ 术 标准看 じゅんかん ,放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 的 てき 设计原理 げんり 很简单:主要 しゅよう 部 ぶ 件 けん 是 ぜ 一只坚固的放射性物质(燃料 ねんりょう )容器 ようき ,将 はた 热电偶 插入 そうにゅう 容器 ようき 壁 かべ 中 ちゅう ,每 まい 支 ささえ 热电偶的外 がい 端 はし 连接在 ざい 散 ち 热片 ,燃料 ねんりょう 的 てき 放射 ほうしゃ 性 せい 衰 おとろえ 变产生 せい 热量,燃料 ねんりょう 和 わ 散 ち 热器之 の 间的温 ゆたか 差 さ 使 し 热电偶产生 せい 发电。
热电偶是一 いち 种利用 りよう 帕尔帖 じょう -塞 ふさが 贝克效 こう 应 将 はた 热能 直接 ちょくせつ 转换为电能 的 てき 热电效 こう 应 装置 そうち 。它由两种都 と 能 のう 导电的 てき 金属 きんぞく (或 ある 半 はん 导体)制 せい 成 なり ,如果在 ざい 一个闭合回路中它们相互连接,并且两个连接点 てん 的 てき 温度 おんど 不同 ふどう ,则将会 かい 在 ざい 回路 かいろ 中 ちゅう 产生流 りゅう 动电流 りゅう 。通常 つうじょう 将 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。
根 ね 据 すえ 麻 あさ 省 しょう 理工 りこう 学院 がくいん 的 てき 唐 から 爽和 わ 崔 ちぇ 瑟豪斯夫人 じん 提出 ていしゅつ 的 てき “唐 とう -崔 ちぇ 瑟豪斯理论 ”,[11] [12] 提 ひさげ 高 だか 电子-空 そら 穴 あな 的 てき 非 ひ 对称性 せい 、增加 ぞうか 有效 ゆうこう 带隙、带边对齐等 とう 方法 ほうほう 在 ざい 大 だい 多数 たすう 半 はん 导体材料 ざいりょう 中 ちゅう 均 ひとし 可 か 以提高 だか 热电机 つくえ 中 ちゅう 发电材料 ざいりょう 系 けい 统的能 のう 源 げん 转换率 りつ 。通常 つうじょう 也可附 ふ 件 けん 材料 ざいりょう 纳米化 か 的 てき 方法 ほうほう ,但 ただし 该方法 ほう 更 さら 适合运用于低载流子 こ 浓度的 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 后 きさき 的 てき 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热电机 つくえ 常用 じょうよう 于人造 じんぞう 卫星 、无人航 こう 天 てん 器 き 、潜 せん 艇 てい 中 なか 。
燃料 ねんりょう [ 编辑 ]
同位 どうい 素 もと 选择标准[ 编辑 ]
放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 中 ちゅう 使用 しよう 的 てき 放射 ほうしゃ 性 せい 物 ぶつ 质必须具备以下 か 几种特性 とくせい :
它的半 はん 衰 おとろえ 期 き 必须足 あし 够长,以便在 ざい 合理 ごうり 的 てき 时间内 ない 以相对恒定 じょう 的 てき 速 そく 率 りつ 释放能 のう 量 りょう 。给定的 てき 每次 まいじ 释出能 のう 量 りょう (功 こう 率 りつ )与 あずか 半 はん 衰 おとろえ 期成 きせい 反 はん 比 ひ ,半 はん 衰 おとろえ 期 き 为两倍 ばい 且每次 じ 衰 おとろえ 变能量 りょう 相 しょう 同 どう 的 てき 同位 どうい 素 もと 将 はた 以每摩 ま 尔 一半的速率释放能量。因 よし 此,放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 所用 しょよう 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 的 てき 典型 てんけい 半 はん 衰 おとろえ 期 き 为几十 じゅう 年 ねん ,尽 つき 管 かん 半 はん 衰 おとろえ 期 き 较短的 てき 同位 どうい 素 もと 可用 かよう 于特殊 とくしゅ 用途 ようと 。
对于航 こう 天 てん 用途 ようと ,每 まい 单位质量 和 わ 体 からだ 积 (密度 みつど )的 てき 燃料 ねんりょう 必须能 のう 产生大量 たいりょう 的 てき 能 のう 量 りょう 。除 じょ 非 ひ 有 ゆう 尺寸 しゃくすん 限 げん 制 せい ,密度 みつど 和 わ 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 。如果已 やめ 知 ち 放射 ほうしゃ 性 せい 衰 おとろえ 变前后 きさき 的 てき 辐射能 のう 量 りょう 或 ある 质量损失,衰 おとろえ 变能可 か 被 ひ 计算出来 でき 。每次 まいじ 衰 おとろえ 变释放的 てき 能 のう 量 りょう 与 あずか 每 まい 摩 ま 尔的 てき 发电量 りょう 成 なり 正 せい 比 ひ 。α あるふぁ 衰 おとろえ 变 释放的 てき 能 のう 量 りょう 通常 つうじょう 是 ぜ 锶 -90或 ある 铯 -137β べーた 衰 おとろえ 变的 てき 10倍 ばい 。
辐射必须易 えき 于吸收 きゅうしゅう 和 わ 转化为热辐射的 てき 类型,最 さい 好 こう 是 ぜ α あるふぁ 辐射 。β べーた 辐射可 か 通 どおり 过韧致辐射 的 てき 二 に 次 じ 辐射,散 ち 发出大量 たいりょう 的 てき 伽 とぎ 马射线 / X射 い 线辐射 しゃ ,因 いん 此需要 よう 加重 かじゅう 屏 へい 蔽。同位 どうい 素 もと 不能 ふのう 产生大量 たいりょう 的 てき 伽 とぎ 马射线、中子 なかご 辐射或 ある 一般 いっぱん 通 どおり 过其他 ほか 衰 おとろえ 变模式 しき 或 ある 衰 おとろえ 变链 导致的 てき 贯穿辐射。
前 ぜん 两项标准将 はた 整 せい 个核 かく 素 もと 表 ひょう 内 うち 可能 かのう 的 てき 燃料 ねんりょう 限 げん 制 せい 在 ざい 原子 げんし 数 すう 为30以下 いか 的 てき 同位 どうい 素 もと 上 じょう [15] 。
钚-238 、锔-244 和 わ 锶-90 是 ぜ 最 さい 常 つね 被 ひ 引用 いんよう 的 てき 候 こう 选同位 い 素 もと ,其他同位 どうい 素 もと 如钋-210 、钷-147 、铯-137 、铈 -144、钌-106 、钴-60 、锔 -242、镅 -241和 わ 铥 等 とう 也都被 ひ 研究 けんきゅう 过。
材料 ざいりょう
屏 へい 蔽
功 こう 率 りつ 密度 みつど (瓦 かわら /克 かつ )
半 はん 衰 おとろえ 期 き (年 とし )
钚238
低 ひく
0.54
0.54
87.7
87.7
锶90
高 こう
0.46
0.46
28.8
28.8
钋210
低 てい
140
140
0.378
0.378
镅241
中 なか
0.114
0.114
432
432
钚238 [ 编辑 ]
钚-238的 てき 半 はん 衰 おとろえ 期 き 为87.7年 ねん ,合理 ごうり 的 てき 功 こう 率 りつ 密度 みつど 为每克 かつ 0.57瓦 かわら [16] ,以及特 とく 别低的 てき 伽 とぎ 马射线和中子 なかご 辐射水平 すいへい 。钚238 的 まと 屏 へい 蔽要求 ようきゅう 最低 さいてい 。只 ただ 有 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 列 れつ 出 で 的 てき 同位 どうい 素 もと ),而且仅需厚 あつ 度 たび 小 しょう 于25毫米的 てき 铅板就可隔 へだた 离辐射 い ,而钚238 (这三种中最好的)的 てき 需求量 りょう 小 しょう 于2.5毫米,并且在 ざい 许多情 たじょう 况下钚238 在 ざい 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 中 ちゅう 不 ふ 需要 じゅよう 屏 へい 蔽,因 いん 为套管 かん 本身 ほんみ 就足够了。钚238 以二 に 氧化钚 (PuO2 )的 てき 形式 けいしき 成 なり 为放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 使用 しよう 最 さい 普遍 ふへん 的 てき 燃料 ねんりょう 。然 しか 而,富 とみ 氧的天然 てんねん 二 に 氧化钚以~23x103 个/秒 びょう /克 かつ 的 てき 辐射率 りつ 释放出 ほうしゅつ 钚-238中子 なかご ,相 そう 较于金属 きんぞく 钚-238,这一辐射率相对偏高。不 ふ 含轻元素 げんそ 杂质的 てき 金属 きんぞく 钚-238释出~2.8x103 个/秒 びょう /克 かつ ,这些中子 なかご 是 ぜ 钚-238自 じ 发裂变产生 せい 的 てき 。
金属 きんぞく 和 わ 氧化物 ぶつ 辐射率 りつ 的 てき 不同 ふどう 主要 しゅよう 归因于α あるふぁ 反 はん 应,即 そく 中子 なかご 与 あずか 氧化物 ぶつ 中 ちゅう 的 てき 氧-18和 わ 氧-17发生的 てき 反 はん 应。以天然 てんねん 形式 けいしき 存在 そんざい 的 てき 氧-18正常 せいじょう 量 りょう 为0.204%,而氧-17的 てき 正常 せいじょう 量 りょう 为0.037%。二氧化钚中氧-17和 わ 氧-18含量的 てき 减少将 しょうしょう 会 かい 使 し 氧化物的 ぶってき 中子 なかご 辐射率 りつ 大 だい 大 だい 降 くだ 低 てい ,这可以通过氧16 的 てき 气相交换法 ほう 来 らい 实现。常 つね 规批量 りょう 产出的 てき 二 に 氧化钚238 沉淀为氢氧化物 ぶつ 颗粒,表明 ひょうめい 在 ざい 常 つね 规基础上的 てき 大 だい 批量生 せい 产能实现氧16 的 てき 交换。高温 こうおん 焙 あぶ 烧过的 てき 二 に 氧化钚238 微 ほろ 球 たま 成功 せいこう 交换了 りょう 氧16 ,显示无论二 に 氧化钚238 以前 いぜん 的 てき 热处理 り 如何 いか ,都会 とかい 发生交换[17] 。
1966年 ねん 在 ざい 土 ど 墩实验室的 てき 心 こころ 脏起搏器研究 けんきゅう 中 ちゅう 发现,含有 がんゆう 正常 せいじょう 氧气的 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 是 ぜ 土 ど 墩实验室从1960年 ねん 起 おこり 生 せい 产稳定 てい 同位 どうい 素的 すてき 经验。对于大 だい 热源的 てき 生 なま 产,如没有 ゆう 必需 ひつじゅ 的 てき 屏 へい 蔽措施 ほどこせ ,这一过程将 はた 被 ひ 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 ,作 さく 为核废料产品它并不 ふ 充 たかし 裕 ひろし 。目前 もくぜん ,只 ただ 有 ゆう 俄 にわか 罗斯保持 ほじ 了 りょう 高 だか 产量,而美国 こく 在 ざい 2013年 ねん 至 いたり 2018年 ねん 间,总产量 りょう 不 ふ 超 ちょう 过50克 かつ (1.8盎司 )[19] 。美国 びくに 相 しょう 关机构希望 きぼう 以每年 まいとし 300到 いた 400克 かつ (11到 いた 14盎司)的 てき 产量生 せい 产这种材料 りょう 。如果这一计划得到资助,其目标将是 ぜ 建立 こんりゅう 自 じ 动化和 わ 规模化 か 处理线,以便到 いた 2025年 ねん 平均 へいきん 每年 まいとし 产量可 か 达到1.5千 せん 克 かつ (3.3磅)[20] [19] 。
锶90 [ 编辑 ]
锶-90 曾被前 ぜん 苏联使用 しよう 于陆地 ち 型 がた 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 中 ちゅう ,锶90 通 つう 过伴有 ゆう 少量 しょうりょう γ がんま 射 い 线的β べーた 辐射逐步衰 おとろえ 减。虽然它的28.8年 ねん 的 てき 半 はん 衰 おとろえ 期 き 比 ひ 钚238 短 たん 得 とく 多 た ,但 ただし 其衰变能也较低 てい ,功 こう 率 りつ 密度 みつど 为0.46瓦 かわら /克 かつ [21] 。由 よし 于其能 のう 量 りょう 输出较低,因 いん 此它产生的 てき 温度 おんど 低 てい 于钚238 ,导致发电机 つくえ 效率 こうりつ 较低。锶90 是 ぜ 一种高产量的核裂变废料,以低廉 ていれん 的 てき 价格大量 たいりょう 供 きょう 应[21] 。
钋210 [ 编辑 ]
美国 びくに 原子 げんし 能 のう 委 い 员会在 ざい 1958年 ねん 首 くび 次 じ 制 せい 造 づくり 的 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 素 もと 由 よし 于其高 だか 衰 おとろえ 变率 ,产生出 で 惊人的 てき 功 こう 率 りつ 密度 みつど (纯钋210 的 てき 辐射率 りつ 达140瓦 かわら /克 かつ ),但 ただし 由 よし 于它138天 てん 的 てき 极短半 はん 衰 おとろえ 期 き ,使 つかい 其用途 ようと 有限 ゆうげん 。半 はん 克 かつ 钋210 就可达到摄氏500°(华氏900°)以上 いじょう 的 てき 高温 こうおん [22] 。由 よし 于钋-210是 ぜ 一 いち 种纯α あるふぁ 射 い 线放射 ほうしゃ 体 たい ,不 ふ 发射明 あかり 显的伽 とぎ 马或X射 い 线辐射 い ,因 いん 此,屏 へい 蔽要求 ようきゅう 也比钚-238低 てい 。
镅241 [ 编辑 ]
镅-241 是 ぜ 一种潜在的候选同位素,其半衰 おとろえ 期 き 比 ひ 钚238 更 さら 长:镅241 的 てき 半 はん 衰 おとろえ 期 き 为432年 ねん ,可 か 以假设一台装置可提供数世纪的电源,但 ただし 镅241 的 てき 功 こう 率 りつ 密度 みつど 仅为钚238 的 てき 1/4,且镅241 通 つう 过衰变链产物产生的 てき 穿 ほじ 透 とおる 辐射比 ひ 钚238 更 さら 多 おお ,需要 じゅよう 更 さら 厚 あつ 的 てき 屏 へい 蔽保护层。在 ざい 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 中 ちゅう 屏 へい 蔽要求 ようきゅう 属 ぞく 于第三 さん 低 てい :次 じ 于钚238 和 かず 钋210 。在 ざい 当 とう 前 ぜん 全 ぜん 球 たま 钚238 短 たん 缺 かけ 的 てき 情 じょう 况下[23] ,欧 おう 洲 しゅう 空 そら 间局正 せい 在 ざい 研究 けんきゅう 将 はた 镅241 作 さく 为同位 い 素 もと 热能发电机 つくえ 的 てき 燃料 ねんりょう [24] 。2019年 ねん ,英国 えいこく 国家 こっか 核 かく 实验室 しつ 宣布 せんぷ 可用 かよう 于发电[25] 。与 あずか 钚238 相 そう 比 ひ ,它的一个优势是作为核废料产物,几乎是 ぜ 纯净的 てき 同位 どうい 素 もと 。为5–50瓦 かわら 电 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 设计的 てき 镅241 原型 げんけい 发电机 つくえ 预计功 こう 率 りつ 可 か 达2-2.2 瓦 かわら 电 /千 せん 克 かつ ,在 ざい 这一功率范围内与钚238 发电机 つくえ 相当 そうとう [26] 。
寿命 じゅみょう 跨 またが 度 たび [ 编辑 ]
破 やぶ 旧 きゅう 不堪 ふかん 的 てき 前 ぜん 苏联锶90 热能发电机 つくえ
大 だい 多数 たすう 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 都 と 使用 しよう 半 はん 衰 おとろえ 期 き 为87.7年 ねん 的 てき 钚238 为燃料 ねんりょう ,因 いん 此,使用 しよう 这种材料 ざいりょう 的 てき 发电机 つくえ 每年 まいとし 输出功 こう 率 りつ 将 はた 下降 かこう 1–0.51/87.74 或 ある 0.787%。
这方面 ほうめん 的 てき 一 いち 个示例 れい 是 ぜ 旅行 りょこう 者 しゃ 探 さがせ 测器上 うえ 使用 しよう 的 てき 数 すう 百瓦级放射性同位素热能发电机 。截止2000年 ねん ,即 そく 运行23年 ねん 后 きさき ,该发电机内的 ないてき 放射 ほうしゃ 性 せい 物 ぶつ 质功率 りつ 下降 かこう 了 りょう 16.6%,即 そく 输出功 こう 率 りつ 只 ただ 为初始 はじめ 功 こう 率 りつ 的 てき 83.4%;从开始 はじめ 时的470瓦 かわら 功 こう 率 りつ ,经过这一 いち 段 だん 时间后 きさき ,降 くだ 至 いたり 392瓦 かわら 。此外,旅行 りょこう 者 しゃ 号 ごう 发电机 つくえ 另一相关的功率损失因素是将热能 转换为电能 的 てき 双 そう 金属 きんぞく 热电偶性能 せいのう 下降 かこう ,发电机 つくえ 目前 もくぜん 的 てき 工 こう 效 こう 处于其原 そのはら 始 はじめ 总功率 りつ 的 てき 67%水平 すいへい 上 じょう ,而非预期的 てき 83.4%。到 いた 2001年初 ねんしょ ,“旅行 りょこう 者 しゃ 1号 ごう ”和 かず “旅行 りょこう 者 しゃ 2号 ごう ”的 てき 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 发电量 りょう 将 しょう 分 ぶん 别降至 いたり 315瓦 かわら 和 わ 319瓦 かわら [27] 。
多 た 任 にん 务放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热电发生器 き [ 编辑 ]
美国 びくに 航 こう 天 てん 局 きょく 正 せい 在 ざい 开发一 いち 种多 た 任 にん 务放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热电发生器 き (MMRTG),其中热电偶将由 よし 方 かた 砷钴矿物(skutterudite),一 いち 种钴 砷化物 ぶつ (CoAs3 )制 せい 成 なり ,与 あずか 目前 もくぜん 基 もと 于碲 的 てき 设计相 しょう 比 ひ ,它可作用 さよう 于更小 しょう 温 ゆたか 差 さ 下 か 。这意味 いみ 着 ぎ 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 的 てき 电能,而在17年 ねん 后 きさき 至 いたり 少 しょう 会 かい 增加 ぞうか 50%以上 いじょう 。美国 びくに 太 たい 空 そら 總 そう 署 しょ 希望 きぼう 在 ざい 下 した 一 いち 个新 しん 疆界任 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 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 使用 しよう 热传导 将 はた 放射 ほうしゃ 性 せい 物 ぶつ 质的热量转化为电能 のう 。热电模 も 块,虽然非常 ひじょう 可 か 靠 もたれ 和 わ 持久 じきゅう ,但 ただし 效率 こうりつ 非常 ひじょう 低 ひく ,从未达到10%以上 いじょう 的 てき 效率 こうりつ ,大 だい 部分 ぶぶん 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 的 てき 工 こう 效 こう 在 ざい 3-7%之 これ 间。迄 まで 今 こん 为止,航 こう 天 てん 任 にん 务中的 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)等 とう 。目前 もくぜん 利用 りよう 其他技 わざ 术提高 だか 热能发电效率 こうりつ 的 てき 研究 けんきゅう 业已完成 かんせい ,实现更 さら 高 だか 的 てき 效率 こうりつ 意味 いみ 着 ぎ 只 ただ 需更少 しょう 的 てき 放射 ほうしゃ 性 せい 燃料 ねんりょう 就可产生出 で 同 どう 样的电能,因 いん 此发电机的 てき 总重量 じゅうりょう 会 かい 更 さら 轻,这也是 ぜ 航 こう 天 てん 发射成本 なりもと 需考虑的一项至关重要的因素。
热离子 こ 转换器 き -一 いち 种基于热离子 こ 辐射原理 げんり 的 てき 能 のう 量 りょう 转换装置 そうち ,其效率 りつ 可 か 达到10–20%之 これ 间,但 ただし 要求 ようきゅう 的 てき 温度 おんど 高 だか 于标准 じゅん 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 运行时的温度 おんど 。一 いち 些钋210 热能发电机 つくえ 原型 げんけい 已 やめ 使用 しよう 了 りょう 热离子 こ 技 わざ 术,其他极有可能 かのう 的 てき 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 也可以通过这种方法 ほう 提供 ていきょう 能 のう 量 りょう ,但 ただし 半 はん 衰 おとろえ 期 き 过短的 てき 同位 どうい 素 もと 则不可 ふか 行 ぎょう 。少数 しょうすう 太 ふと 空 むなし 核 かく 反 はん 应堆也采用 よう 了 りょう 热离子 こ 技 わざ 术,但 ただし 核 かく 反 はん 应堆通常 つうじょう 太 ふと 重 おも ,无法在 ざい 大 だい 多数 たすう 太 ふと 空 むなし 探 さがせ 测器上 じょう 使用 しよう 。
“热光伏 ふく 电池”(Thermophotovoltaic cell)的 てき 工作 こうさく 原理 げんり 与 あずか 太 ふとし 阳能电池相 あい 同 どう ,只 ただ 是 ぜ 它们将 はた 热表面 めん 辐射的 てき 红外线 光 ひかり 而不是 ぜ 可 か 见光转化为电能 のう 。热光伏 ふく 电池的 てき 效率 こうりつ 比 ひ 热电模 も 块(TEMs)稍 やや 高 こう ,并且可 か 以覆盖在其上,有 ゆう 可能 かのう 使 し 效率 こうりつ 倍增 ばいぞう 。通 つう 过电加 か 热器模 も 拟带有 ゆう 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 发电机 つくえ 的 てき 系 けい 统已经证明 あかり 其效率 りつ 可 か 达到20%[29] ,但 ただし 还没有用 ゆうよう 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 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%,但 ただし 这些还没有 ゆう 出 で 产或证实。热光伏 ふく 电池和 わ 硅材料 りょう 的 てき 降 くだ 解 かい 速度 そくど 比 ひ 金属 きんぞく 材料 ざいりょう 快 かい ,尤 ゆう 其是在 ざい 电离辐射环境下 か 。
动态发电机 つくえ 可 か 提供 ていきょう 超 ちょう 过同位 い 素 もと 热能发电机 つくえ 四倍转换效率的电能。美国 びくに 航 こう 天 てん 局 きょく 和 わ 能 のう 源 げん 部 ぶ 一直在开发称之为斯特林 りん 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 发电机 つくえ (SRG)的 てき 下 か 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 式 しき 斯特林 りん 发动机 つくえ 与 あずか 线性交流 こうりゅう 发电机 つくえ 耦合,将 はた 热量转化为电能 のう 。斯特林 りん 发电机 つくえ 样机的 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、热端之 の 间的温度 おんど 比 ひ 还可获得更 さら 高 だか 的 てき 效率 こうりつ 。在 ざい 试验装置 そうち 中 ちゅう ,使用 しよう 非 ひ 接触 せっしょく 运动机 つくえ 件 けん 、抗 こう 疲 つかれ 劳弯曲 きょく 轴承以及无润滑 すべり 和 わ 密封 みっぷう 环境,经多年 ねん 测试运行,没 ぼつ 有 ゆう 表 ひょう 现出明 あかり 显的退化 たいか 损耗。实验结果表明 ひょうめい ,斯特林 りん 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 发电机 つくえ 可 か 连续运行数 すう 十年而无需维护。机 つくえ 械振动可通 どおり 过实施 ほどこせ 动态平衡 へいこう 或 ある 使用 しよう 双 そう 反 はん 向 こう 运动活塞 かっそく 来 き 消 しょう 除 じょ 。斯特林 りん 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 发电系 けい 统的应用范围可 か 涵盖深 ふか 空 むなし 、火星 かせい 和 わ 月 がつ 球 だま 探 さがせ 测及其它科学 かがく 探索 たんさく 任 にん 务。
斯特林 りん 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 发电机 つくえ 效率 こうりつ 的 てき 提 ひさげ 升 ます 可 か 通 どおり 过热力学 りきがく 特性 とくせい 的 てき 理 り 论比较来证明,如下所 しょ 示 しめせ 。计算过程已 やめ 被 ひ 简化且没考 こう 虑所用 よう 同位 どうい 素 もと 半 はん 衰 おとろえ 期 き 较长而导致的热功率 りつ 输入衰 おとろえ 减因素 もと 。该分析 ぶんせき 的 てき 假 かり 设前提 ぜんてい 是 ぜ 在 ざい 实验过程中 ちゅう 所 しょ 观察到的 てき 两台处于稳定运行状 じょう 态的系 けい 统(所用 しょよう 数 すう 值见下表 かひょう )。这两种发电机都 と 可 か 简化为热引擎,以便比 ひ 较它们对应卡诺效率 こうりつ 的 てき 发电效率 こうりつ 。除 じょ 热源和 わ 散 ち 热片外 がい ,这二台系统被假定为组件[30] [31] [32] 。
热效率 りつ 表 ひょう 达符η いーた th ,由 ゆかり 以下 いか 公式 こうしき 得 とく 出 で :
η いーた
th
=
Desired Output
Required Input
=
W
out
′
Q
in
′
{\displaystyle \eta _{\text{th}}={\frac {\text{Desired Output}}{\text{Required Input}}}={\frac {W'_{\text{out}}}{Q'_{\text{in}}}}}
这里的 てき 上 じょう 撇符 ( ' ) 表示 ひょうじ 时间导数。
按照热力学 がく 第 だい 一定律的常规形式,功 こう 率 りつ 表 ひょう 达为:
Δ でるた
E
′
sys
=
Q
in
′
+
W
in
′
−
Q
out
′
−
W
out
′
{\displaystyle \Delta E'^{\text{sys}}=Q'_{\text{in}}+W'_{\text{in}}-Q'_{\text{out}}-W'_{\text{out}}\,}
假 かり 设系统在稳定状 じょう 态下运行,则
W
in
′
=
0
{\displaystyle W'_{\text{in}}=0\,}
,
W
out
′
=
Q
in
′
−
Q
out
′
{\displaystyle W'_{\text{out}}=Q'_{\text{in}}-Q'_{\text{out}}\,}
则可计算出 さんしゅつ η いーた th 为11瓦 かわら / 200瓦 かわら = 5.5% (斯特林 りん 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 发电机 つくえ 为140瓦 かわら / 500瓦 かわら = 28%)。另外,第 だい 二 に 定律 ていりつ 效率 こうりつ ,表示 ひょうじ 为η いーた II 由 よし 以下 いか 公式 こうしき 得 とく 出 で :
η いーた
II
=
η いーた
th
η いーた
th,rev
{\displaystyle \eta _{\text{II}}={\frac {\eta _{\text{th}}}{\eta _{\text{th,rev}}}}}
在 ざい 此η いーた th,rev 为卡诺效率 りつ ,由 ゆかり :
η いーた
th
=
1
−
T
heat sink
T
heat source
{\displaystyle \eta _{\text{th}}=1-{\frac {T_{\text{heat sink}}}{T_{\text{heat source}}}}}
其中:Theat sink 为外部 ぶ 温度 おんど (已 やめ 测量到 いた 多 た 任 にん 务放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ (MMRTG)为510 K,而斯特 とく 林 りん 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 发电机 つくえ 则为363 K),Theat source 是 ぜ 多 た 任 にん 务放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 燃料 ねんりょう 芯 しん 的 てき 温度 おんど ,假 かり 设为823 K(斯特林 りん 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 发电机 つくえ 为1123 K)。这使得 とく 多 た 任 にん 务放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 的 てき 第 だい 二 に 定律 ていりつ 效率 こうりつ 为14.46%,而斯特 とく 林 りん 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 发电机 つくえ 为41.37%)。
安全 あんぜん 性 せい [ 编辑 ]
放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 通用 つうよう 热源模 かたぎ 块堆示 しめせ 意 い 图
放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 中 ちゅう 含有 がんゆう 的 てき 放射 ほうしゃ 性 せい 物 ぶつ 质属危险品 ひん ,甚至可 か 以用于恶意 い 目的 もくてき 。它们对真正 しんせい 的 てき 核 かく 武器 ぶき 几乎没 ぼつ 有用 ゆうよう 处,但 ただし 仍可应用于“脏弹 ”。前 ぜん 苏联用 よう 锶-90 (锶90 )建造 けんぞう 了 りょう 许多无人值守灯 とう 塔 とう 和 わ 导航信 しん 标。它们非常 ひじょう 可 か 靠 もたれ ,提供 ていきょう 了 りょう 稳定的 てき 电源,但 ただし 大 だい 多数 たすう 都 と 没 ぼつ 有 ゆう 保 ほ 护措施 ほどこせ ,甚至没 ぼつ 有 ゆう 围栏或 ある 警告 けいこく 标志。由 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。有 ゆう 一 いち 次 じ ,一名小偷曾打开了放射性隔间[5] ;而在另一起案 きあん 例 れい 中 ちゅう ,格 かく 鲁吉亚察伦吉哈区的 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,它们的 てき 屏 へい 蔽保护层已 やめ 被 ひ 剥 へず 离,其中两人因 いん 背 せ 负热源 げん 后 きさき 被 ひ 严重辐射烧伤而住院 いん 治 ち 疗。最 さい 终,这些设施被 ひ 回收 かいしゅう 并隔离[33] 。俄 にわか 罗斯境内 けいだい 大 だい 约有1000台 だい 这样的 てき 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ ,所有 しょゆう 这些发电机 つくえ 都 と 早 はや 已 やめ 超 ちょう 过所设计的 てき 10年 ねん 使用 しよう 期限 きげん 。大 だい 多数 たすう 发电机 つくえ 可能 かのう 已 やめ 不 ふ 再 さい 工作 こうさく ,需要 じゅよう 被 ひ 拆除。尽 つき 管 かん 有 ゆう 放射 ほうしゃ 性 せい 污染危险,它们中 ちゅう 的 てき 一些金属外壳还是已被金属拾 じつ 荒 あら 者 しゃ 剥 へず 去 ざ [34] 。
放射 ほうしゃ 性 せい 污染[ 编辑 ]
放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 存在 そんざい 放射 ほうしゃ 性 せい 污染 风险:如果装 そう 有 ゆう 燃料 ねんりょう 的 てき 容器 ようき 泄漏,放射 ほうしゃ 性 せい 材料 ざいりょう 可能 かのう 会 かい 造成 ぞうせい 环境污染。
对于航 こう 天 てん 器 き 而言,主要 しゅよう 关切的 てき 是 ぜ ,如果在 ざい 航 こう 天 てん 器 き 发射或 ある 随 ずい 后 きさき 接近 せっきん 地球 ちきゅう 的 てき 过程中 ちゅう 发生事故 じこ ,有害 ゆうがい 物 ぶつ 质可能会 のうかい 释放到 いた 大 だい 气中。因 よし 此,在 ざい 航 こう 天 てん 器 き 和 わ 其他地方 ちほう 使用 しよう 有害 ゆうがい 物 ぶつ 质已引起争 そう 议[35] [36] 。但 ただし 目前 もくぜん 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 桶 おけ 的 てき 设计不 ふ 太 ふと 可能 かのう 会 かい 出 で 现这种情况。例 れい 如,1997年 ねん 发射的 てき 卡西尼 あま -惠 めぐみ 更 さら 斯探测器的 てき 环境影 かげ 响研究 けんきゅう 充分 じゅうぶん 评估了 りょう 任 にん 务各阶段发生污染事故 じこ 的 てき 可能 かのう 性 せい 。在 ざい 发射后 きさき 最初 さいしょ 的 てき 3.5分 ふん 钟内,3台 だい 发电机 つくえ 中 ちゅう 的 てき 一 いち 台 だい 或 ある 多 た 台 だい (或 ある 129台 だい 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 加 か 热器 )发生放射 ほうしゃ 性 せい 泄漏事故 じこ 的 てき 概 がい 率 りつ 估计为1/1400;接 せっ 下 か 来 らい 进入轨道后 きさき 的 てき 泄漏概 がい 率 りつ 为1/476;在 ざい 此之后 きさき ,意外 いがい 泄漏的 てき 可能 かのう 性急 せいきゅう 剧降至 いたり 百 ひゃく 万 まん 分 ふん 之 の 一 いち 以下 いか [37] 。假 かり 如在发射阶段发生了 りょう 可能 かのう 造成 ぞうせい 污染的 てき 事故 じこ (如航天 てん 器 き 未 み 能 のう 到 いた 达轨道 どう ),则放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 实际造成 ぞうせい 污染的 てき 概 がい 率 りつ 估计约为十 じゅう 分 ふん 之 の 一 いち [38] 。 但 ただし 最 さい 终发射 しゃ 圆满成功 せいこう ,“卡西尼 あま -惠 めぐみ 更 さら 斯号”顺利到 いた 达了土星 どせい 。
这些同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 中 ちゅう 所用 しょよう 钚-238 的 てき 半 はん 衰 おとろえ 期 き 为87.74年 ねん ,而核 かく 武器 ぶき 和 わ 核 かく 反 はん 应堆中 ちゅう 使用 しよう 的 てき 钚-239 的 てき 半 はん 衰 おとろえ 期 き 为24110年 ねん 。半 はん 衰 おとろえ 期 き 较短的 てき 结果是 ぜ 钚-238的 てき 放射 ほうしゃ 性 せい 约为钚-239的 てき 275倍 ばい (即 そく 17.3居 きょ 里 さと (640吉 よし 贝克 )/克 かつ 比 ひ 0.063居 きょ 里 さと (吉 よし 贝克)/克 かつ [39] )。例 れい 如,3.6千 せん 克 かつ 钚-238每秒 まいびょう 发生的 てき 放射 ほうしゃ 性 せい 衰 おとろえ 变次数 すう 与 あずか 1吨钚-239相 そう 同 どう [40] 。由 よし 于两种同位 い 素的 すてき 放射 ほうしゃ 性 せい 致病率 りつ 几乎完全 かんぜん 相 しょう 同 どう ,因 いん 此,钚-238的 てき 毒性 どくせい 是 ぜ 钚-239的 てき 275倍 ばい 。
任 にん 何 なん 一种同位素发出的α あるふぁ 辐射都 と 不 ふ 会 かい 穿 ほじ 透 とおる 皮 かわ 肤,但 ただし 如果吸入 きゅうにゅう 或 ある 摄入钚,它可以照射 しょうしゃ 内 ない 脏,尤 ゆう 其危险的是 ぜ 骨骼 こっかく ,其表面 めん 可能 かのう 吸收 きゅうしゅう 同位 どうい 素 もと ,以及肝 かん 脏 ,在 ざい 那 な 里 さと 同位 どうい 素 もと 将 はた 被 ひ 汇集并浓缩。
事故 じこ [ 编辑 ]
已 やめ 经发生 せい 过几起 おこり 涉 わたる 及放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 供 きょう 电的航 こう 天 てん 器 き 事故 じこ :
第 だい 一 いち 次 じ 是 ぜ 1964年 ねん 4月 がつ 21日 にち 发生的 てき 卫星发射失 しつ 败,美国 びくに “子 こ 午 うま 仪5BN3”导航卫星未 み 能 のう 进入轨道,在 ざい 重 じゅう 返 かえし 至 いたり 马达加 か 斯加 以北 いほく 上空 じょうくう 时烧毁[41] 。它的斯纳普 ふ 9A型 がた 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 中 ちゅう 17000居 きょ 里 さと (630太 ふとし 贝克)的 てき 金属 きんぞく 钚燃料 ねんりょう 在 ざい 南半球 みなみはんきゅう 大 だい 气层中 ちゅう 烧毁,数 すう 月 がつ 后 きさき 在 ざい 该地区 ちく 检测到了 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 太 たい 空 そら 總 そう 署 しょ 安全 あんぜん 委 い 员会要求 ようきゅう 未来 みらい 发射的 てき 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 必须完 かん 整地 せいち 返 かえし 回 かい 地球 ちきゅう ,这反过来又 また 影 かげ 响了管 かん 道 みち 型 がた 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 的 てき 设计。
第 だい 二 に 次 じ 是 ぜ “雨 あめ 云 うん B1号 ごう ”气象卫星,其运载火箭 かせん 在 ざい 1968年 ねん 5月 がつ 21日 にち 发射后 きさき 不 ふ 久 ひさ 因 いん 轨道不 ふ 稳定而被下 か 令 れい 摧毁。从范登堡空军基地 ち 发射的 てき 斯纳普 ふ 9A型 がた 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 中 ちゅう 含有 がんゆう 相 しょう 对惰性 せい 的 てき 二 に 氧化钚 ,五个月后在圣巴巴拉海峡海底完好无损地被收回,没 ぼつ 有 ゆう 发现环境污染[42] 。
1969年 ねん ,第 だい 一辆月球车任务的发射失败,在 ざい 俄 にわか 罗斯大 だい 片 かた 地区 ちく 撒落了 りょう 钋-210 [43] 。
1970年 ねん 4月 がつ ,阿波 あわ 罗13号 ごう 任 にん 务失败,意味 いみ 着 ぎ 舱登月 がつ 舱 将 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。它所携带的 てき 这台斯纳普 ふ 27型 がた 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 中 ちゅう 含有 がんゆう 44500居 きょ 里 さと (1650太 ふとし 贝克)的 てき 二 に 氧化钚,装 そう 在 ざい 着 ちゃく 陆器腿 もも 上 じょう 的 てき 一 いち 个石墨 すみ 桶 おけ 中 ちゅう ,在 ざい 重 じゅう 入 いれ 地球 ちきゅう 大 だい 气层时被完 かん 好地 こうち 保存 ほぞん 下 か 来 らい ,正 せい 如事先 さき 规划的 てき 路 ろ 径 みち ,轨道的 てき 安 やす 排 はい 使 し 它能够落入 にゅう 在 ざい 太平洋 たいへいよう 汤加海 うみ 沟 6-9公 おおやけ 里深 さとみ 的 てき 海底 かいてい 。大 だい 气和海 かい 水取 みずとり 样没有 ゆう 发现钚-238污染,证实了 りょう 该燃料 ねんりょう 桶 おけ 在 ざい 海 うみ 床上 ゆかうえ 完 かん 好 こう 无损的 てき 假 かり 设。预计该燃料 ねんりょう 桶 おけ 中 ちゅう 的 てき 燃料 ねんりょう 至 いたり 少 しょう 还有10个半衰 おとろえ 期 き (即 そく 870年 ねん )。美国 びくに 能 のう 源 げん 部 ぶ 已 やめ 进行了 りょう 海水 かいすい 测试,并确定 てい 设计用 よう 于抵御 ご 重 じゅう 返 かえし 大 だい 气层的 てき 石墨 せきぼく 外 がい 壳是稳定的 てき ,不 ふ 会 かい 发生钚泄漏。随 ずい 后 きさき 的 てき 调查发现,该地区 ちく 的 てき 自然 しぜん 背景 はいけい 辐射没 ぼつ 有 ゆう 增加 ぞうか 。阿波 あわ 罗13号 ごう 事故 じこ 代表 だいひょう 了 りょう 一种极端的情况,因 いん 为飞船 せん 从地 ち 月 がつ 轨道空 そら 间 (地球 ちきゅう 大 だい 气层与月 がつ 球 だま 之 の 间的区域 くいき )返 かえし 回 かい 时的速度 そくど 极高。这次事故 じこ 验证了 りょう 新 しん 一代放射性同位素热能发电机的设计是高度安全的。
1996年 ねん ,俄 にわか 罗斯发射了 りょう 火星 かせい 96 ,但 ただし 未 み 能 のう 离开地球 ちきゅう 轨道,数 すう 小 しょう 时后又重 またしげ 返 かえし 大 だい 气层。航 こう 天 てん 器 き 上 じょう 的 てき 两台同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 总共携带了 りょう 200克 かつ 钚,并被认为能 のう 按设计要求 ようきゅう 在 ざい 重 じゅう 返 かえし 过程中幸 なかさいわい 存 そん 下 か 来 らい 。现在估计它们跌落在 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 走 はし 向 こう 的 てき 椭圆形 がた 区域 くいき 的 てき 某 ぼう 处,该椭圆区的 てき 中心 ちゅうしん 位 い 于智 さとし 利 り 伊 い 基 もと 克 かつ 以东32公里 くり 处[44] 。
阿波 あわ 罗14号 ごう 太 ふとし 空 そら 人 じん 安 やす 放 ひ 的 てき 一 いち 台 だい “核 かく 辅助动力系 けい 统计划27型 がた ”同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ ,与 あずか 阿波 あわ 罗13号 ごう 返 かえし 回 かい 时丢失 しつ 的 てき 热能发电机 つくえ 相 しょう 同 どう 。
1965年 ねん ,一 いち 台 だい 名 めい 为斯纳普 ふ 19C型 がた 的 てき 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 在 ざい 印度 いんど 楠 くすのき 达德维山山 やま 顶附近 きん 丢失。当 とう 时它们被安 やす 放 ひ 在 ざい 山 やま 顶附近 ふきん 的 てき 岩石 がんせき 中 ちゅう ,面 めん 临暴风雪。原本 げんぽん 安 あん 装 そう 后 きさき 为中情 じょう 局 きょく 远程自 じ 动站供 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 的 てき 遥 はるか 测数据 すえ 。总共有 きょうゆう 7件 けん 设备包 つつみ 被 ひ 雪崩 なだれ 卷 まき 入山 にゅうざん 谷中 たになか 的 てき 冰川,再 さい 也没被 ひ 找到,很可能 かのう 已 やめ 被 ひ 融 とおる 化 か 的 てき 冰川粉碎 ふんさい 。因 よし 此钚238 锆合金 きん 燃料 ねんりょう 氧化了 りょう 冰川下 か 以羽流 りゅう 形式 けいしき 移 うつり 动的土壤 どじょう 颗粒[45] 。
苏联很多为灯 ひ 塔 とう 和信 かずのぶ 标提供 ていきょう 电力的 てき "贝塔M型 がた "(Beta-M)放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ ,已 やめ 成 なり 为“失 しつ 控 ひかえ ”的 てき 辐射源 げん 。其中一些装置为获取废金属而被非法拆除(导致锶-90 源 みなもと 完 かん 全 ぜん 暴露 ばくろ )、另一些已落入海洋 かいよう 或 ある 因 いん 设计不当 ふとう 或 ある 物理 ぶつり 损坏使 し 屏 へい 蔽层出 で 现缺陷 けっかん 。美国 びくに 国防 こくぼう 部 ぶ 降 くだ 低 てい 威 い 胁合作 がっさく 计划表示 ひょうじ 担心,"贝塔M型 がた "(Beta-M)放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 材料 ざいりょう 可 か 被 ひ 恐怖 きょうふ 组织用 もちい 来 き 制 せい 造 づくり 脏弹 [5] 。
与 あずか 裂 きれ 变反应堆的 てき 比 ひ 较[ 编辑 ]
放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 与 あずか 裂 きれ 变反应堆使用 しよう 极不同 ふどう 的 てき 核 かく 反 はん 应方式 しき 。
核 かく 动力反 はん 应堆(包括 ほうかつ 用 よう 于太空 そら 的 てき 小型 こがた 反 はん 应堆)在 ざい 链式反 はん 应 中 ちゅう 进行受控裂 きれ 变,反 はん 应速率 りつ 可 か 以通过中子 なかご 吸收 きゅうしゅう 控 ひかえ 制 せい 棒 ぼう 来 らい 调节。因 よし 此功率 りつ 可 か 以根据 すえ 需要 じゅよう 而变化 か ,或 ある 完全 かんぜん 关闭(几乎)以进行 ぎょう 维护,但 ただし 需谨慎 まき 避免危险的 てき 高 だか 功 こう 率 りつ 水平 すいへい 下 か 的 てき 不 ふ 受控操作 そうさ ,甚至爆 ばく 炸或核 かく 熔毁 。
放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 中 ちゅう 不 ふ 会 かい 发生链式反 はん 应,热能是 ぜ 通 どおり 过自发的放射 ほうしゃ 性 せい 衰 おとろえ 变 产生的 てき ,其速率 りつ 不可 ふか 调节且稳定 てい 下降 かこう ,并只取 と 决于同位 どうい 素 もと 燃料 ねんりょう 的 てき 数量 すうりょう 及其半 はん 衰 おとろえ 期 き 。在 ざい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 中 ちゅう ,热能的 てき 产生不能 ふのう 随 ずい 需求变化,也无法 ほう 在 ざい 不 ふ 需要 じゅよう 时关闭,并且不可能 ふかのう 通 どおり 过降低 てい 功 こう 耗来节省更 さら 多 た 的 てき 能 のう 量 りょう 。因 よし 此,可能 かのう 需要 じゅよう 辅助电源(如可充 たかし 电电池 ち )来 らい 满足用 よう 电高峰 ほう 的 てき 需求,而且还必须始终提供 ていきょう 足 あし 够的冷却 れいきゃく ,包括 ほうかつ 在 ざい 太 ふとし 空 そら 任 にん 务发射 い 前 ぜん 和 わ 飞行早期 そうき 阶段。放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 不可能 ふかのう 出 で 现像核 かく 熔毁或 ある 核 かく 爆 ばく 炸那样的惊人事故 じこ ,但 ただし 一旦 いったん 火箭 かせん 爆 ばく 炸,或 ある 装置 そうち 在 ざい 重 じゅう 返 かえし 大 だい 气层时解体 かいたい ,则仍有 ゆう 放射 ほうしゃ 性 せい 污染的 てき 风险。
亚临界 かい 倍增 ばいぞう 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ [ 编辑 ]
由 よし 于钚-238的 てき 短 たん 缺 かけ ,目前 もくぜん 提出 ていしゅつ 了 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] 。在 ざい 这种放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 中 ちゅう ,放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素的 すてき α あるふぁ 衰 おとろえ 变也被 ひ 用 よう 于含有 がんゆう 合 あい 适元素 げんそ 如铍 的 てき α あるふぁ -中子 なかご 反 はん 应中,这样就产生 せい 了 りょう 长寿型 がた 的 てき 中子 なかご 源 げん 。由 よし 于系统在接近 せっきん 但 ただし 小 しょう 于1的 てき 临界状 じょう 态下工作 こうさく ,即 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,从而实现了 りょう 亚临界 かい 倍增 ばいぞう ,增加 ぞうか 了 りょう 背景 はいけい 中子 なかご 并从裂 きれ 变反应中产生出 で 能 のう 量 りょう 。尽 つき 管 かん 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 中 ちゅう 产生的 てき 裂 きれ 变数量 りょう 非常 ひじょう 少 すくな (它的伽 とぎ 马辐射 い 可 か 以忽略 りゃく 不 ふ 计),但 ただし 由 よし 于每次 じ 裂 きれ 变反应释放的 てき 能 のう 量 りょう 是 ぜ 每次 まいじ α あるふぁ 衰 おとろえ 变的30倍 ばい 以上 いじょう (200兆 ちょう 电子伏 ふく 特 とく ,而非6兆电子伏特),因 いん 此可以获得 とく 10%的 てき 能 のう 量 りょう 增益 ぞうえき ,这意味 いみ 着 ぎ 每次 まいじ 任 にん 务对钚238 的 てき 需求量 りょう 会 かい 减少。这一想 そう 法 ほう 于2012年 ねん 提 ひさげ 交给美国 びくに 太 たい 空 そら 總 そう 署 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年 ねん 又 また 转交爱达荷 に 州 しゅう 国家 こっか 实验室 しつ 进行可 か 行 ぎょう 性 せい 研究 けんきゅう [47] ,但 ただし 基本 きほん 要素 ようそ 仍未改 あらため 变。
星 ほし 际探测器用 よう 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ [ 编辑 ]
放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 已 やめ 被 ひ 建 けん 议应用 よう 于实际的星 ぼし 际先驱任务和星 ぼし 际探测器上 じょう [48] ,这方面 ほうめん 的 てき 一个示例是美国太空總署提出的“创新型 がた 星 ほし 际探测器”(2003年 ねん 至 いたり 今 いま )提案 ていあん [49] 。2002年 ねん ,为该类任务提出 ていしゅつ 了 りょう 使用 しよう 镅241 的 てき 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ [48] ,它可将星 しょうせい 际探测器的 てき 任 にん 务运行 ぎょう 时间延 のべ 长至1000年 ねん ,因 いん 为从长期来 らい 看 み ,能 のう 量 りょう 输出下降 かこう 的 てき 速度 そくど 比 ひ 钚慢[48] 。在 ざい 这项研究 けんきゅう 中 ちゅう 也检验了可 か 应用于同位 い 素 もと 热能发电机 つくえ 的 てき 其他同位 どうい 素 もと ,考察 こうさつ 了 りょう 诸如瓦 かわら /克 かつ 、半 はん 衰 おとろえ 期 き 及衰变产物 ぶつ 等 とう 特性 とくせい [48] 。1999年 ねん 的 てき 一 いち 项星际探测器提案 ていあん 建 けん 议使用 しよう 三种先进的放射性同位素能源(ARPS)[50] 。
放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 的 てき 电能可 か 为科学 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 器 き 提供 ていきょう 动力,称 しょう 这种方法 ほうほう 为“放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 电力推进”(REP)[48] 。
静 せい 电增强 ぞうきょう 型 がた 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热源[ 编辑 ]
已 やめ 提出 ていしゅつ 的 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] ,根 ね 据 すえ 提出 ていしゅつ 者 しゃ 的 てき 说法,使用 しよう 的 てき 测试源 げん 已 やめ 实现高 だか 达10%的 てき 提 ひさげ 增幅 ぞうふく 度 ど 。
型 かた 号 ごう [ 编辑 ]
常 つね 规的放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 是 ぜ 通 どおり 过放射 ほうしゃ 性 せい 衰 おとろえ 变来 らい 提供 ていきょう 动力,其特点 てん 是 ぜ 将 はた 热能转换为电能 のう ,但 ただし 为了进一步了解具体情况,在 ざい 此包括 ほうかつ 了 りょう 一些在概念上有所变化的系统。
太 ふと 空 むなし 核 かく 电力系 けい 统[ 编辑 ]
已 やめ 知的 ちてき 探 さがせ 测器/核 かく 动力系 けい 统及结局。核 かく 动力系 けい 统面临着各 かく 种各样的结局,例 れい 如,阿波 あわ 罗飞船 せん 的 てき 斯纳普 ふ 27型 がた 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ 被 ひ 留 とめ 在 ざい 了 りょう 月 がつ 球 だま 上 じょう [52] 。其他一些探测器也有小型放射性同位素加热器,如每架 か 火星 かせい 探 さがせ 测车都 と 有 ゆう 一 いち 台 だい 1瓦 かわら 的 てき 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 加 か 热器 。探 さがせ 测器使用 しよう 了 りょう 不同 ふどう 数量 すうりょう 的 てき 材料 ざいりょう ,例 れい 如火星 かせい 科学 かがく 实验室 しつ 携带的 てき “好奇 こうき 号 ごう ”火星 かせい 车上就有4.8千 せん 克 かつ 二 に 氧化钚-238[53] ,而卡西尼 あま 号 ごう 探 さがせ 测器上 じょう 则有32.7千 せん 克 かつ [54] 。
**山 やま 毛 げ 榉5型 がた 或 ある 布 ぬの 克 かつ 反 はん 应堆是 ぜ 一个快速增殖反应堆,它使用 しよう 基 もと 于半导体的 てき 热电偶将热量直接 ちょくせつ 转化为电能 のう ,不 ふ 是 ぜ 真正 しんせい 的 てき 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ [59] [60] 。
***斯纳普 ふ 10A型 がた 并非真正 しんせい 的 てき 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ ,它使用 しよう 浓缩铀燃料 ねんりょう ,氢化锆作为慢化 か 剂,液 えき 态钠钾合金 きん 冷却 れいきゃく 剂,用 よう 铍反射 はんしゃ 体 たい 激 げき 活 かつ 或 ある 停止 ていし [58] 反 はん 应堆为热电转换系统供热的方式 ほうしき 来 らい 发电[58] 。
****不 ふ 是 ぜ 真正 しんせい 的 てき 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 热能发电机 つくえ ,先 さき 进斯特 とく 林 りん 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 发电机 つくえ (ASRG)是 ぜ 一台使用放射性同位素供热来运行的斯特林 りん 发电装置 そうち (见斯特林 りん 放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと 发电机 つくえ )。
陆地型 がた [ 编辑 ]
名称 めいしょう 和 わ 型 がた 号 ごう
应用
最大 さいだい 输出值
放射 ほうしゃ 性 せい 同位 どうい 素 もと
最大 さいだい 能 のう 耗 (千 せん 克 かつ )
质量(千 せん 克 かつ )
电力(瓦 かわら )
热能(瓦 かわら )
贝塔M型 がた
废弃的 てき 前 ぜん 苏联 无人值守灯 とう 塔 とう 和信 かずのぶ 标
10
230
锶90
0.26
560
Efir-MA
30
720
?
?
1250
IEU-1
80
2200
锶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)
锶90
?
2(3) × 1050
哨兵 しょうへい 25型 がた [61]
美国 びくに 北 きた 极远程 ほど 监听站
9–20
钛酸锶(SrTiO3 )
0.54
907–1814
哨兵 しょうへい 100F型 がた [61]
53
氧化钛锶(Sr2 TiO4 )
1.77
1234
涟漪 X[62]
浮标、灯 ひ 塔 とう
33[63]
钛酸锶(SrTiO3 )
1500
另请参 さん 阅 [ 编辑 ]
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Notes
外部 がいぶ 連結 れんけつ [ 编辑 ]
任務 にんむ 攜帶組 ぐみ 件 けん 拍 はく 攝 と 圖像 ずぞう 觀測 かんそく 目標 もくひょう 相關 そうかん