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又称同位素电池，它是利用放射性同位素衰变放出载能粒子(如α粒子、β粒子和γ射线)并将其能量转换为电能的装置。按提供的电压的高低,核电池可分为高压型(几百至几千V)和低压型(几十mV—1V 左右)两类按能量转换机制,它可分为直接转换式和间接转换式。更具体地讲,包括直接充电式核电池、气体电离式核电池、辐射伏特效应能量转换核电池、荧光体光电式核电池、热致光电式核电池、温差式核电池、热离子发射式核电池、电磁辐射能量转换核电池和热机转换核电池等。其中直接充电式核电池、气体电离式核电池属于直接转换式,应用较少。目前应用最广泛的是温差式核电池和热机转换核电池。核电池取得实质性进展始于20世纪50年代,由于其具有体积小、重量轻和寿命长的特点,而且其能量大小、速度不受外界环境的温度、化学反应、压力、电磁场等影响,因此,它可以在很大的温度范围和恶劣的环境中工作。
类型
核电池可分为高电压型和低电压型两种类型。
按能量转换机制，它可分为九类之多：直接充电式核电池、气体电离式核电池、辐射伏特效应能量转换核电池、荧光体光电式核电池、热致光电式核电池、温差式核电池、热离子发射式核电池、电磁辐射能量转换核电池和热机转换核电池等。
目前应用最广泛的是温差式核电池和热机转换核电池。[1]
高电压型高电压型核电池以含有β射线源（锶-90或氚）的物质制成发射极，周围用涂有薄碳层的镍制成收集电极，中间是真空或固体介质。以氚为放射源的试验电池,直径为9.5毫米，长度为13.5毫米，电压500伏时电流为160皮安，12年衰降50%（若用锶-90，25年衰降50%）。
低电压型低电压型核电池又分为温差电堆型、气体电离型和荧光－光电型三种结构。温差电堆型的原理同以放射性同位素为热源的温差发电器相同，故又称同位素温差发电器。气体电离型核电池是利用放射源使两种不同逸出功的电极材料间的气体电离，再由两极收集载流子而获得电能。这种电池有较高的功率。荧光－光电型核电池利用放射性同位素衰变时产生的射线激发荧光材料发光，再使用光电转换板（太阳能电池板）将荧光转化为电力。这种电池效率较低。
应用卫星在太空中邀游的卫星，它对电源的要求特别严格，既要重量轻、体积小，能经受强烈的振动，而且还要求使用寿命长。因此，国外在70年代初期相继发射的几个木星探测器上，都装有用氧化钚和钼制做的高性能核电池。后来发射的火星探测器，也装有类似的核电池。 
在气象卫星雨云号上也安装了放射性同位素电池。这种气象卫星环绕地球周围的轨道飞行，可以用来拍摄云图，或者对大气层和地球表面的地形进行勘察和调查。
在探查木星的卫星——先驱号上面装置了四个30瓦的放射性同位素电池。
1976年，火星的卫星飞船“海盗号”在火星表面成功地进行了无人着陆，在这个卫星船上也安置了两个35瓦的放射性同位素电池。
美国“好奇号”火星车
“好奇”号重量超过900公斤，是2004年登陆火星的“勇气”号和“机遇” 
号重量的约5倍，其着陆过程将首次使用一种被称作“天空起重机”的辅助设备助降。由于难度高、风险大，美国航天局称之为“恐怖7分钟”。
“好奇”号的动力由一台多任务放射性同位素热电发生器提供，其本质上是一块核电池。该系统主要包括两个组成部分：一个装填钚-238二氧化物的热源和一组固体热电偶，可以将钚-238产生的热能转化为电力。这一系统设计使用寿命为14年，也高于太阳能电池板。该系统足以为“好奇”号同时运转的诸多仪器提供充足能量。[2]
中国“嫦娥三号”月球车
随“嫦娥三号”登月的我国首辆月球车，也将装载核动力装置。这将使我国成为继美俄之后，第三个将核动力 应用于太空探测的国家。在电动汽车上的应用电动汽车是环保型汽车发展的一个方向,电动汽车所用的电池多为化学电池,体积庞大,增加了自身的负载,且也同样存在充电后使用时间短和寿命短的问题。当前,世界上有部分科学家大胆地提出在电动汽车上使用核电池的设想。随着航天、航空、深海等领域用核电池的成熟,核电池必将在汽车这一能源大户中得到应用。 
因此,可以预计在21世纪科学家们将会在电动汽车上应用一种长期工作不需维修、高效大功率、小体积、低成本的核电池。
中国在自主研发的核电池上迈出大步月球在绕地球公转的同时进行自转，周期27.32166日，正好是一个恒星月，所以我们看不见月球背面。这种现象我们称“同步自转”，几乎是卫星世界的普遍规律。由于月球自转和公转都是28天，所以“月球夜”会长达14天(月球日即白昼也有14天)。由于月球昼夜要半个月交替一次，温差高达300℃，那里是零下150度到180度，太冷了，月球车上的所有的仪器全部要冻坏。普通电池无法应对。现在所使用的各种高级的蓄电池，什么锂电池、氢电池，各种各样的电池对我们来说都没有用。长时间经受极大温差对我国月球探测器是个极大挑战。迫使我们一定要想出新的办法，于是我们国家自己研制了原子能的电池，欧阳自远院士说，我国的月球车实际上在同时使用太阳能和核能作为能源。黑暗中的月面，温度骤降到零下100多摄氏度，为防止车载仪器被冻坏，休眠中的月球车就得靠核电池的能量来保温，并维持与地面的通讯。而一旦新一个白昼来临，太阳能电池就能重新驱动月球车工作。
中国第一块放射性同位素电池于1971年3月12日诞生于中科院上海原子核所，以钋210为燃料，输出电功率为1.4瓦，热功率35.5瓦，并进行了模拟太空应用的地面试验。随着我国核电站数量的增加，由乏燃料后处理提取的镎237原料的逐渐积累，为后来开发钚238电池，提供了物质基础。
据欧阳自远院士介绍，近年来，我国在自主研发的核电池上迈出了大步。我国月球车搭载的核电池，是由中国原子能科学研究院牵头研发的。
从中国原子能科学研究院该院官方网站上，可以得知，从2004年开始，该院正式启动航天用同位素电池的研发；到2006年，研制出我国第一颗钚238同位素电池；2008年通过了专家组的鉴定。这颗电池的研制成功，填补了我国长期以来在该研究领域的空白，标志着我国在核电源系统研究上迈出了重要的一步。
核电池的用武之地不仅仅局限于太空。在高山、深海、南北极乃至人体中到处可以找到它的影踪。心脏起搏器用的核电池重量仅40克，体积很小，寿命可达十年。病人免除了经常做开胸手术的痛苦。在极地、海岛、高山、沙漠、深海等条件恶劣、交通不便的地方都是RTG的大显身手之地。自动无人气象站、浮标和灯塔、地震观察站、飞机导航信标、微波通讯中继站、海底电缆中继站等都可以使用免维护、长寿命的RTG供电。
据原子能院的官网文章介绍，第一颗“国产”同位素电池的各项指标均超过了预期要求，研制全过程安全无误，功率为百毫瓦级。这将保证中国首次将核能用于航天器。据悉，为了保证着陆器的能源供应，嫦娥三号就是使用了这种原子能电池(RTG同位素电池)。
我国首次实用核电池将随“嫦娥三号”软着陆月球，并用于嫦娥三号的着陆器和月球车上。这种原子能电池可以连续工作30年。有了它，再不怕月球晚上温度骤降到零下150度到180度。完全可以确保探测器上仪器不至于被冻坏。为防止车载仪器被冻坏，夜间休眠中的月球车可以靠核电池放出来的热量保温。而一旦新一个白昼来临，太阳能电池就能替代核电池，重新驱动月球车工作。
对嫦娥三号来说，核电池中的钚金属块238它相当于一个热源。这一热源对将在月球环境下生存的嫦娥三号的保温作用是至关重要的。其释放出的热量及经过温差热电转换器的转换形成的电流，充分满足了嫦娥三号的能量需求。它的能力虽不足以让火箭升空，却可以用于小规模供电，支持嫦娥三号所带月球车低速移动；支持嫦娥三号所带设备正常工作；支持嫦娥三号与地球之间的通讯。 [4]
中国第一个钚－238同位素电池
中国第一个钚－238同位素电池是在中国原子能科学研究院诞生的，同位素电池的研制成功标志着中国在核电源系统研究上迈出了重要的一步。
2004年，原子能院同位素所承担了“百毫瓦级钚－238同位素电池研制”任务，在两年时间里要完成总体设计和一系列相关工艺研究，研制出样品。
同位素所和协作单位并按制定的研究方案开展了大量的模拟实验、示踪实验、热实验等工作。最终检测表明电池性能完全达到了技术指标要求，辐射防护检测的各项指标均符合国家安全要求。中国第一个钚－238同位素电池诞生了。
小型核电池
虽然在很久之前核电池就已经应用在航天领域，但是在因为大小的限制，在地球上核电池的应用还很少。大多数核电池通过固态半导体截获带电粒子，因为粒子的能量非常高所以半导体随着时间的推移将受到损伤，为了能让电池长期使用，核电池被制造的非常大。
中国第一块放射性同位素电池于1971年3月12日诞生于中科院上海原子核所，以钋210为燃料，输出电功率为1.4瓦，热功率35.5瓦，并进行了模拟太空应用的地面试验。随着我国核电站数量的增加，由乏燃料后处理提取镎237原料的逐渐积累，为今后开发钚238电池提供了物质基础。从2004年开始，中国原子能科学研究院启动了太空同位素电池的研发，2006年该院研制出我国第一颗钚238同位素电池。
我国将于2013年发射“嫦娥三号”探测器在月球进行软着陆并施放月球车。前不久月球探测工程首席科学家欧阳自远院士接受媒体采访时透露，中国月球车将配备核电池来帮助月球车进行“冬眠”，等到太阳再次在月面上升起时，电池自动重启，月球车开始进入工作状态，这样的核电池可持续工作30年。[6]
目的：为微型机电系统或者纳米级机电系统找到合适的能量来源。
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发表于 2013-11-23 15:52
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