中國造核電池將助“嫦娥三號”探月

明年，我國自主研發的核電池將隨“嫦娥三號”軟著陸月球，用于我國的著陸器和月球車上。月球上一個黑夜相當于地球上的14天，最低溫度可低至在零下180℃，核電池將為“嫦娥三號”的儀器保溫。

提起“核”，人們總想到核武器、核電站這樣的“大塊頭”。但是通過核衰變工作的核電池卻是另一番光景。明年，我國自主研發的核電池將隨嫦娥三號軟著陸月球，用于我國的著陸器和月球車上。屆時核電池將與太陽能電池一起工作，各司其職。

“不是混合動力驅動車”

同時使用太陽能和核能作為能源，那么月球車也是輛“混合動力車”嗎？并非如此。中國繞月探測工程首席科學家、中國科學院院士歐陽自遠告訴記者，“太陽能負責提供月球車各種儀器的工作能源和驅動月球車行駛，而核能負責在夜晚期間給月球車的儀器保溫。可以說，它們是‘各干各的’”。之所以這么分工，與月球環境和嫦娥三號要完成的任務密切相關。

歐陽自遠介紹，嫦娥三號降落在月球后在著陸器內會“放”出月球車，它將在幾公里的范圍內對月球進行區域性的精細巡視探測。白天，太陽能驅動月球車行駛并支持月球車上各種探測儀器開展探測；晚上，月球車休眠，等待天亮再工作。

與地球不同，月球的白晝、黑夜各持續大約14天，且夜晚溫度可低至零下180℃。而月球車上的儀器可承受的最低溫約零下40℃。這也就是說，如果在月球的漫漫寒夜中，沒有足夠能源給儀器保溫，全部儀器要凍壞，在下一個白晝來臨之時，月球車將無法“醒過來”。

那么，利用蓄電池把白天積累的太陽能在晚上釋放出來行不行呢？歐陽自遠表示，這樣做月球車將過于沉重，且蓄電池的延續工作時間也達不到14天。同樣的，其他電池也行不通，不僅提供的能量功耗和供能時長達不到標準，也難以抵抗月球黑夜的超低溫。

如此，核電池成了唯一的選擇。它可以“耐得住”月球惡劣環境，且長期提供能量使月球車上的儀器保持不低于零下40℃甚至更高的溫度環境。在它的保溫下，月球車可以“熬”過黑夜，等到白天繼續進行探測工作。

驅動好奇號的核電池

與嫦娥三號一樣，日前成功登陸火星的NASA（美國航空航天局）好奇號上也有核電池的身影。不同的是，火星車上的核電池和鋰電池取代了太陽能電池翼片，獨立驅動其行駛。所以，好奇號才算是“核動力驅動車”。

歐陽自遠表示，火星與地球的晝夜時長相仿，晝夜的溫差遠不如月球，因此黑夜給儀器帶來的影響不大。不過，火星離太陽比地球遠得多，在火星表面太陽能的能量密度比地球小得多，單靠太陽能難以驅動好奇號這個重量超過900公斤的龐然大物，需要核電池提供能量。當然，月球車和火星車都沒有必要“跑”得快，只需要以每小時幾米的速度前進，所以核能驅動的功率不必很大。

據NASA報道，好奇號上的核電池學名叫做“多任務放射性同位素熱電發生器”，重達45公斤，其中包含4.8公斤的核燃料——钚氧化物，長66厘米，直徑約64厘米，功率約140瓦，至少可以保證14年的供能。在核電池外部，有幾層保護材料，確保一旦出現意外時核燃料不會泄漏。

按照NASA的計劃，好奇號將行駛超過19公里，并將在火星表面爬坡。這時，核電池能夠驅動火星車前進并完成探測任務，還能夠與地球保持聯系。

核電池依靠放射性元素衰變供能

無論是嫦娥三號月球車，還是好奇號火星車，車上的核電池原料都是钚238。它的半衰期約為80年，衰變過程中釋放出能量，可保持二三十年的生命力。

由于使用了核燃料，核電池難免與核武器、核電站聯系在一起，令人產生爆炸、污染等擔憂。好奇號使用核電池就曾引發環保組織的強烈抗議，并推遲了發射日期。

對此，國家核電技術公司科研部處長朱書堂告訴記者，核武器、核電站的原理是核裂變，產生的能量大，過程劇烈，需要一系列控制系統，否則就會產生核爆炸。而核電池靠的是某些不穩定的原子核自然衰變（不穩定元素衰變后形成另外一種元素），這一過程中釋放出能量，一般為熱能，這一能量比核裂變產生的能量小很多。此外，核衰變比裂變“溫柔”得多，不存在核爆炸的危險，但是因其原料具有放射性，一旦發生泄漏有核污染的可能。

以嫦娥三號和好奇號所用的钚238來說，它在不斷地衰變中，射出阿爾法粒子，釋放出熱量，此時金屬表面會變得通紅，溫度可達五六百度，再經由溫差熱電轉換器形成電能，期間會有一定能量損失。

“之所以選擇钚238，是因為它的半衰期80余年，也就是說核電池內的钚238的原子數減少到一半需要80年”，歐陽自遠告訴記者。這樣的半衰期，意味著它衰變得比較快，可以讓核電池提供熱源。同時又不會衰減得過于快，能夠保證核電池二三十年內正常運轉。而有的放射性元素半衰期太短，核電池的使用壽命也太短；有的放射性元素半衰期過長，可以達到幾百萬年甚至幾十億年，核電池的功率太低。

我們需要核電池么？

朱書堂表示，早在上世紀五六十年代，核電池的理論就已出現，早已是一項比較成熟的技術。但是技術可行，并不意味著能夠完美“做”出核電池。尤其是核電池用于太空探索，更需要注意穩定性、安全性，還要盡量做得小、緊湊。因此，在控制技術達不到的情況下，很難做出核電池。

此外，我國之前沒有把核電池用于太空探索還有另一個原因：是否需要使用它。歐陽自遠介紹，之前嫦娥一號、二號都是月球探測衛星，太陽能電池足以完成探測的能源需求，完全沒有必要使用核電池。

同樣的，雖然嫦娥三號使用了核電池，也不意味著我國今后的太空探索都會用核電池。正如歐陽自遠所說，對于核電池不必“談核色變”，也不必認為它是太空中不可或缺的。

與此類似，朱書堂認為，核電池民用還不太現實。雖然目前有核電池汽車、核電池手機的設想，但是造價極高，又有其他能源可替代，完全沒有必要。