核电池的原理和应用有哪些

核电池可分为高电压型和低电压型两种类型，下面我们一起来看看核电池的原理和应用有哪些。

    核电池的原理和应用有哪些

    分类

    核电池是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。按提供的电压的高低，核电池可分为高压型和低压型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。

    核电池的结构

    核电池可以分割成三大部分：1、核反应堆；2、磁流体发电；3、热力循环系统，再有一个附属部分即防辐射、隔热，耐高温、耐压的材料的选择。

    1、核反应堆便是使链式反应能够有控制地进行的装置，也称原子反应堆或反应堆。核反应堆分为两大部分：反应堆和热交换器。

    反应堆主要由核燃料、减速剂、控制棒、载热剂和保护层组成。

    减速剂是在反应堆中用来降低中子速度的物质，使中子减速一般使用碰撞的方式。

    控制棒是用来控制链式反应速率和功率大小的装置，一般用能够强烈吸收中子的物质来做的。

    热交换器又称换热器，是将存有核能转化为内能的重水与外界进行传递的装置。

    2磁流体发电

    磁流体是由强磁性离子，基液（也叫媒体）以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状溶液。

    磁流体发电是一种新型的高效发电方式，它把热能转化为机械能的过程，因此这种发电效率较高，可达到60%以上。

    3热循环系统

    热循环系统是指发电管道从换热器中出来，然后循环的发电管道再进入换热器的部分，如果把核反应堆比作心脏，那么热力循环系统便是血管。

    核电池的放射性同位素

    放射性同位素是核电池中的心脏部分，作为核电池的能量来源，同位素放射源都必须满足以下条件：半衰期长（以保证电池的长寿命）、功率密度高、放射性危险性小、容易加工、经济和易于屏蔽等。现有的放射性同位素超过2500多种，其中可用于核电池的核素有近十种，如90Sr、147Pm、238Pu、60Co、63Ni等。空间应用中最为合适的是衰变中放出α粒子的放射性同位素，如238Pu和210Po，它们的外照射剂量低，所需屏蔽重量小，可以大大节省发射费用。目前美国在空间飞行器上均使用238Pu。在偏僻地区使用的核电池，可以选用90Sr作为放射源。90Sr经济易得，它本身就是裂变堆的主要放射性废物之一，可以从核电站的放射性废物中提取，仅全世界核电站每年产生的核废料中就有5000kgSr，用它发电既是对核电站废料中的放射性同位素的再利用，也是能源短缺时代的一个考虑。

    核电池的应用

    核电池具有结构紧凑，运行可靠，不受周围环境影响，能长期工作而无须看管等优点，可广泛应用于众多领域，在生活和生产中发挥着日益显着的作用，人们不必“谈核色变”。

    航天领域的应用

    宇宙航行对电源的要求非常高，除了功率必须满足要求外，还要求体积小、重量轻和寿命长，能经受宇航中各种苛刻条件的考验。尽管太阳能电池广泛应用在人造地球卫星上，但是当航天器运行到地球背面，或在月球上漫长的黑夜，或在向远离太阳的其他星球飞行中，太阳能电池就显得力不从心，强烈的宇宙射线的照射甚至可能使能量转换元件失效。而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。1961年美国发射的第一颗人造卫星“探险者1号”，上面的无线电发报机就是由核电池供电的。1976年，美国的“海盗1”、“海盗2号”两艘宇宙飞船先后在火星上着陆，人类在短短5个月中得到的火星情况比以往历史上所积累的全部情况还要多，它们的工作电源也是核电池。由于火星表面温度的昼夜差超过100℃，如此巨大的温差，一般化学电池是无法工作的。据报道，我国自行研制的两款月面巡视探测器（通称月球车），也将利用根据同位素衰变原理发明的核电池。随着人类航天活动的日益拓展，必然对空间电源提出新的需求，同位素电池成为航天技术进步的重要工具。

    医学领域的应用

    医学上，长寿命的核电池已经广泛应用于心脏起搏器，全世界已有成千上万的心脏病患者植入了核电池驱动的心脏起搏器，挽救了他们的生命，使他们能够重新享受人生。根据身体的活动情况，一台心脏泵大约需要10~15瓦的电力，足以同一盏写字台荧光灯相比拟。

    以前在无法解决能源问题时，人们只能把能源放在体外，但连接体外到体内的管线却成了重要的感染渠道。现在植入人体内的微型核电池体积仅18mm3，重量仅100多克，150mg，238Pu作核电池的放射源可以连续使用10年以上。目前在神经模拟器和人工血压调节器等医疗器械中也开始广泛使用放射性同位素电池。

    深海等区域的应用

    大海深处，也是核电池的用武之地。一些海底设施如海下声呐、各种海下科学仪器、海底油井阀门的开关、海底电缆的中继站等需要的能源必须保证寿命长，通常的太阳能电池、燃料电池和其他化学电池很难胜任，只得派核电池去了。军事上，核电池用于作海底潜艇导航信标，能保证航标每隔几秒钟闪光一次，几十年内可不换电池。人们还将核电池用于水下监听器的电源用来监听敌方潜水艇的活动，在这方面，它既能安全可靠地工作，又花费成本少、结构也简单，可以说是一位值得信赖的“好手”。

    地面上有许多终年积雪冻冰的高寒地区、遥远荒凉的孤岛、荒无人烟的沙漠，还有南极、北极等，也需要建立气象站和导航站。用其他电源，更换和维修极其困难。如果若用核电池，可建成自动气象站或自动导航站，实现自动记录和自动控制，常年无须更换和维修电源。最近，有报道称微型核电池已被成功地引入手机电池领域，一旦投产，手机即可终身免充电。也有科学家大胆地提出在电动汽车上使用核电池的设想，或许将来使用核电池的汽车，在车辆使用周期结束后，电还没用完。随着核电池安全、效能和成本等问题的解决和技术的不断成熟，其应用领域必然会更广阔。