一、核电池是什么？核电池，又叫同位素电池，也叫原子电池，图1，它是一种利用放射性同位素衰变放出载能粒子，并将其能量转换为电能的装置，也被叫做“放射性同位素温差发电机”。核电池使用寿命长，不需要充电，可以说是电池的终结形式。  图1 核电池示意图 二、核电池工作原理1、不同于核弹的裂变原理，核电池用的是衰变原理。 以目前最常用的是钚-238，它在衰变过程中会产生一个α粒子，α粒子受阻减慢时，就会放出热量，如图2，根据测算，钚-238在衰变过程的功率密度为0.41w/g，半衰期高达87.7年。  图2 核衰变过程中，产生α粒子和热量 2、能量转换 放射性同位素衰变过程产生的热量要变成电能，还需要一个转换过程，所用的能量转换材料为热电材料, 它也是核电池的重要部件，其功能是将放射性同位素衰变时产生的热能转变为电能，如图3；  图3 热电原理 温差热电转换部分是由一些性能优异的半导体材料组成，把这些材料串联起来, P型半导体元件和N 型半导体元件就作为电池的两极。它与周围介质之间的温差通过半导体温差热电元件转变为电势差, 源源不断地发出电来。由于这个现象是德国物理学家塞贝尔发现的，产生的电动势称为温差电动势或者塞贝克电动势。 3、将上述放射性同位素和温差电堆组合在一起，就形成了核电池，如图4所示，放射性同位素提供热源；温差电堆，利用热电效应，把同位素产生的热量转换为电能。  图4 核电池工作原理 三、核电池结构核电池除了放射性同位素和温差电堆外，还需要辐射屏蔽层，防止辐射线泄漏出来；最外边是电池外壳，起保护电池内部结构和散热的作用，如图5所示。  图5 核电池的基本组成 四、核电池有什么特点？核电池体积小、重量轻、寿命长、抗干扰性强、使用简便可靠性高等优点，在航空航天、医学和军事等领域有非常重要的作用，特别核电池可以满足各种航天器对电源的长期、安全、可靠供电的要求, 被航天界普遍看好并广泛应用。NASA早在从20世纪60年代开始的一系列太空任务中，例如旅行者号探测器（Voyager）和环绕土星轨道上运行的卡西尼探测器(Cassini)，采用了核电池。这些空间探测器离太阳太远，因此无法使用太阳能电池阵列供电，而使用核电池就不存在上述问题。 五、其他类型核电池除了温差式核电外，还有别的其他形式的核电池，直接充电式核电池是利用放射源发射的带电粒子来产生电势差；气体电离式核电池和辐射伏特效应能量转换核电池是利用其发射的粒子束对介质的电离作用来产生电势；荧光体光电式核电池是利用其发射射线诱发荧光物质发光后通过光电转换成电能；而热致光电式核电池、热机转换电池原理和温差式核电池一样，都是利用放射源产生的热能来实现能量转换。 |
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