放射性同位素發(fā)電機

放射性物質(zhì)釋放高能量輻射，它在第一步就已通過包裹放射性同位素放在適當(dāng)?shù)娜萜髦袑⑵滢D(zhuǎn)換成熱能。應(yīng)用屏蔽來控制放射，這方面不僅僅只和載人飛行任務(wù)有關(guān)，同時也要防止干擾科學(xué)儀器。

放射性同位素的衰變提供了恒定的程度的熱量，放射性同位素發(fā)電機可以利用其中的熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)換成電力能源，或如斯特林發(fā)動機通過媒介轉(zhuǎn)換成機械能。前者提供了一個強魯棒性的系統(tǒng)，沒有移動部件或發(fā)動機的磨損，后者提供了更高的熱-電轉(zhuǎn)換效率，但提高了整體系統(tǒng)的復(fù)雜性。

放射性同位素發(fā)電機已經(jīng)在地面和空間應(yīng)用中成功應(yīng)用了超過十年。地面系統(tǒng)主要應(yīng)用于遠(yuǎn)程發(fā)電，因為供應(yīng)燃料發(fā)電機是不切實際的。同時放射性同位素發(fā)電機也已廣泛地應(yīng)用于空間中，尤其是到太陽系外的空間任務(wù)中。行星際航天任務(wù)和其他脫離地球引力場的航天任務(wù)可使用放射性同位素發(fā)電機。如航天任務(wù)執(zhí)行完畢后將發(fā)電機存入在高軌道上，則也可用于地球軌道。在任何情況下都須作出最終的處理。還有就是應(yīng)用于相對較低功耗的移動系統(tǒng)，如因為大小的原因而無法使用太陽能光伏板的火星表面探測車 。

放射性同位素發(fā)電機在應(yīng)用時要注意使用封閉系統(tǒng)加以保護(hù)，該系統(tǒng)的設(shè)計和構(gòu)造應(yīng)保證在可預(yù)見的軌道條件下在再人高層大氣時承受熱力和空氣動力，軌道運行條件在有關(guān)時包括高橢圓軌道或雙曲線軌道。一旦發(fā)生撞擊，封閉系統(tǒng)和同位素的物理形態(tài)應(yīng)確保沒有放射性物質(zhì)散入環(huán)境，以便可以通過一次回收作業(yè)完全清除撞擊區(qū)的放射性 。

放射性同位素發(fā)電機的研制，因空間應(yīng)用而受到重視。這項工作最早是在蒙德實驗室進(jìn)行的（該實驗在50年代初是由蒙薩托研究公司負(fù)責(zé)為原子能委員會進(jìn)行工作的)。后來(1960年)，由西屋公司完成《NAP-100》，即100瓦的核輔助發(fā)電機的研制工作?！禢AP-100》由140對由玻璃和云母熱絕緣的溫差電偶(碲化鉛-鍺，碲化鉍)構(gòu)成，最大電功率為131瓦，總效率達(dá)5.16%。

此后，在氣象站的促進(jìn)之下，研制成《SNAP-3》(3瓦的鍶⁹⁰核輔助發(fā)電機)和五臺《SNAP-7》，其中《SNAP-7》發(fā)電機的結(jié)構(gòu)如圖1，成為首批供實用的放射性同位素發(fā)電機。已用在海上浮標(biāo)、導(dǎo)航燈和聲納信標(biāo)等設(shè)備的電源中。為進(jìn)行月震實驗，《阿波羅-11》號的宇航員曾將一個同位素加熱器放在月面上運轉(zhuǎn)，《阿波羅-12》號的宇航員留在月球上的儀器的唯一電源就是《SNAP-27》，它經(jīng)受了月球表面極高溫差考驗，功率輸出為70瓦。航宇局的《先驅(qū)者》和《海盜》等不載人的行星際探測火箭，都使用了放射性同位素電源 。

如果將一個放射性同位素發(fā)電機的外殼剝開，如圖2我們將發(fā)現(xiàn)它有四個主要的部分。第一部分為外殼本身，其為一個薄薄的金屬罐用來防止內(nèi)部受到污染 ，通常也用來做為散熱器。第二部分為大量的輻射屏蔽物質(zhì)，雖然這些有時對于發(fā)射α粒子的燃料并沒有必要。第三部分就是排列整齊的熱電元或是熱離子轉(zhuǎn)換體，用以把同位素衰變時所放出熱的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?。最后，在發(fā)電機的中心部分便是整個能量的來源即燃料套。大多數(shù)放射性同位素發(fā)電機的形狀均呈圓柱形柱 。

放射性同位素發(fā)電機由于主要是在外層空間使用，因此必須要遵循相關(guān)法則，主要是《關(guān)于在外層空間使用核動力源的原則》。1992年聯(lián)合國大會通過《關(guān)于在外層空間使用核動力源的原則》，各國在外層空問使用核動力源應(yīng)遵守下列規(guī)則：

1.涉及在外層空間使用核動力源的活動應(yīng)按照國際法，尤其是《聯(lián)合國憲章》和《外空條約》進(jìn)行。

2.在外層空間使用核動力源應(yīng)限于用非核動力源無法合理執(zhí)行的航天任務(wù)。

3.載有核動力源的空間物體的設(shè)計應(yīng)包括冗余設(shè)備、故障糾正系統(tǒng)、牽制和隔離以及部件相互獨立等功能。以防止或盡量減少公眾接觸輻射。

4.核反應(yīng)堆的設(shè)計應(yīng)能使其在達(dá)到運行軌道前不進(jìn)入臨界狀態(tài)．使之用后存放在足夠高度的軌道上，以確保該系統(tǒng)在進(jìn)入大氣層前放射性物質(zhì)衰變到安全的水平；放射性同位素發(fā)電機的設(shè)計應(yīng)使其能承受再入大氣層和地面撞擊，同時不將放射性物質(zhì)散人環(huán)境。

5.發(fā)射核動力源的國家應(yīng)公開對該系統(tǒng)的安全評價，萬一該系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致重返地球時，發(fā)射國應(yīng)通知有關(guān)國家并幫助消除任何有害影響。

6.各國應(yīng)按照《外空條約》和《責(zé)任公約》。為其設(shè)計使用核動力源的外空活動承擔(dān)責(zé)任。在損害賠償方面，除應(yīng)按公平合理原則確定賠償外，還應(yīng)包括償還有適當(dāng)和足夠依據(jù)的搜索、回收和清理工作的費用，其中包括第三方提供援助的費用 。

儀器由輻射源和輻射檢測器兩部分組成。用放射性同位素作為人工輻射源。它不會造成樣本的破壞，可用于現(xiàn)場記錄和/或遙測系統(tǒng)。把檢測器部分安放在雪場的地基上，另一部分安裝在高出最大雪深的高度上。隨著雪的積聚，計數(shù)速率隨雪水當(dāng)量增加而成比例地減小。放射性同位素可采用鈾，輻射源呈環(huán)形，環(huán)形中央是單柱檢測器，這種系統(tǒng)已成功地用于測量雪水當(dāng)量達(dá)500mm，或雪深為150cm的積雪。