區(qū)別一:
核電站的反應(yīng)堆,里面主要進(jìn)行的是裂變反應(yīng),也就是在一個中子的轟擊下,鈾235分裂成兩個中等大小的原子核,并放出兩到三個中子。
而核電池主要使用钚238,通過钚238的自身衰變,放出阿爾法粒子并產(chǎn)生熱量。這熱量被用來發(fā)電。
圖為钚238
钚是第94號元素,它是自然界中天然存在的質(zhì)量最重的元素,比鈾還要重。其穩(wěn)定的同位素是钚244,半衰期大約是八千萬年。
而钚238的半衰期為87.74年,衰變時釋放阿爾法粒子,同時放出大量熱,這使得即使它的量很少,钚238在某些條件下也能自燃。
钚能自燃,這使它看起來就像一塊還在發(fā)光的余燼。
1千克钚238的熱功率相當(dāng)于一個570瓦功率的電爐,且持續(xù)時間以數(shù)十年計,從不間斷。
好奇號上采用的核電池,也是利用钚-238,在任務(wù)初期可以在任何狀況下穩(wěn)定地提供大約125瓦的功率輸出,而14年后功率還可以保持在100瓦左右。
區(qū)別二:
核電站中裂變產(chǎn)生的熱,是通過冷卻劑循環(huán)把熱量帶出來,接著冷卻劑加熱第二回路的水,產(chǎn)生高溫蒸氣沖擊汽輪機并發(fā)電。而核電池是采用熱電效應(yīng)來發(fā)電。
我們先來演示一下熱電效應(yīng):
上圖中的兩個杯子,左面的裝著冷水,右邊的一會兒加入熱水。
把熱水倒入右邊的杯子中
電風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動了
金屬中都有自由電子,而自由電子具有的能量和速度各不同,什么因素能決定電子的能量和速度?熱是一個重要的因素之一,當(dāng)金屬導(dǎo)體的兩端有溫度差異時,電子更容易從熱的那一端擴散到冷的那一端,形成電壓,這就是熱電效應(yīng)。
熱電效應(yīng)示意圖
圖為“卡西尼-惠更斯號”上的核電池,1997年10月升空的“卡西尼-惠更斯號”,攜帶有3塊核電池,核電池燃料為钚238,它被制成二氧化钚的陶瓷壓塊,1997年時可提供880瓦的功率,十多年后,也就是2010年,“卡西尼-惠更斯號”上的核電池還能提供670瓦的功率。
圖為宇航員艾倫˙賓從阿波羅12號上取出的核電池的畫面。
實際上,從阿波羅12號,一直到阿波羅17號都使用了核電池,型號為snap-27。
被遺棄在月球上的核電池snap-27,其使用了3.8千克的钚238,
熱能功率達(dá)1480瓦,轉(zhuǎn)化的電功率為73瓦。
核電池?zé)犭娹D(zhuǎn)化率不是很高,然而,核電池也不光只可以用來發(fā)電,尤其是在月球上,長達(dá)半個月的黑夜,其溫度可達(dá)零下兩百多攝氏度。而核電池提供的熱能可以使航天器上的某些敏感部件經(jīng)受住低溫的考驗。
另外,前段時間上映的電影《火星救援》,里面的男主角也是在火星上挖出了之前埋在火星上核電池取暖,這才得以開車遠(yuǎn)行的。
左起第一個為機遇號火星車,第二個像一個玩具車,它是探路者號,中間為工程師,最右邊的是好奇號,好奇號沒有使用太陽能面板,依靠核電池供電,你瞧它那塊頭。
核電池讓好奇號擁有充足的能量,使它得以發(fā)射激光融化巖石以供研究。
圖為好奇號上的核電池
從1961年核能第一次應(yīng)用于太空,到現(xiàn)在已有半個多世紀(jì),如今,人類在太空探索中正越來越多地利用核能。在未來,人類若想在太空探索上取得更多的進(jìn)步,或者說若想沖出太陽系,遨游并探索外面的精彩宇宙,那么核技術(shù)和核能是一個必選的方案。
也許這就是事實,靠山吃山離不開山,靠海吃海離不了海。
擺脫不了對太陽光的依賴,又怎能沐浴在另一顆恒星的光芒下?