1945年8月9日上午11：02分，美軍把一個(gè)代號(hào)為“胖子”的原子彈投到了日本長(zhǎng)崎。“胖子”的“心臟”部分是由钚制成的。有趣的是，這種比“魔鬼”還可怕的放射性元素制造的核電池也能為人類遨游太空和身體治療提供幫助。
國(guó)內(nèi)某門戶網(wǎng)站近日編譯的一則消息稱，美國(guó)在橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室內(nèi)已經(jīng)開始生產(chǎn)钚-238，意味著該工廠自1980年代停工后重新恢復(fù)了钚-238的生產(chǎn)。美國(guó)宇航局科學(xué)家稱，這樣做能夠?yàn)樘栂瞪羁杖蝿?wù)提供足夠的核電池。預(yù)計(jì)未來兩至三年，钚-238可以大量生產(chǎn)，滿足未來深空任務(wù)的需求。這個(gè)消息經(jīng)過媒體的“發(fā)酵”，這兩天已經(jīng)引爆了國(guó)內(nèi)的相關(guān)概念股。只是，核電池的“門檻”可不是一般的高，普通企業(yè)恐怕很難進(jìn)入“核電池概念股”的序列。
“钚-238是可以做核電池的。”輻射防護(hù)和環(huán)境保護(hù)專家、中國(guó)工程院院士潘自強(qiáng)對(duì)筆者說。
2012年8月6日，重達(dá)1噸到美國(guó)“好奇號(hào)”火星探測(cè)器緩緩地在火星表面上成功著陸。細(xì)心的人們從電視畫面中發(fā)現(xiàn)，“好奇號(hào)”和它的兩個(gè)前輩“勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”長(zhǎng)得并不一樣，它身上少了兩支長(zhǎng)長(zhǎng)的“翅膀”——太陽能電池板。取而代之的是一臺(tái)重約45公斤、發(fā)電功率為140瓦的核電池。
“好奇號(hào)”這塊核電池由兩部分組成：裝有钚-238二氧化物的熱源和一組固體熱電偶。后者是一種半導(dǎo)體，可以把钚-238衰變產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為電能。
目前，航天器使用的空間電源主要有三類：化學(xué)電池、太陽能電池和核電池。但與前兩者相比，核電池的優(yōu)勢(shì)就像是一只站在螞蟻面前的大象那樣顯而易見。因?yàn)橥凰厮プ儠r(shí)釋放的能量大小和釋放速度對(duì)外界環(huán)境的陽光、溫度、化學(xué)反應(yīng)、壓力、電磁場(chǎng)等影響全部“免疫”。
根據(jù)中國(guó)核電巨頭中核集團(tuán)主辦的《中國(guó)核工業(yè)報(bào)》在2014年報(bào)道，空間核動(dòng)力包括空間核電源和核推進(jìn)，用來給航天器提供電能和推進(jìn)動(dòng)力。空間核動(dòng)力是軍民兩用技術(shù)，可以滿足通信衛(wèi)星、軍用衛(wèi)星、空間站、空間運(yùn)輸、空間武器、空間作戰(zhàn)平臺(tái)、深空探測(cè)、外星基地等對(duì)電能和推進(jìn)動(dòng)力的需求。
空間核動(dòng)力的能量來源是核能。目前，空間核動(dòng)力利用的主要是核反應(yīng)堆產(chǎn)生的裂變能和放射性同位素的衰變能。根據(jù)不同的任務(wù)需求、通過不同的方式，空間核動(dòng)力裝置可以把核能轉(zhuǎn)變成電能和推進(jìn)動(dòng)力。
對(duì)核電池利用最早的國(guó)家是對(duì)核能利用最早的美國(guó)和前蘇聯(lián)。公開資料顯示，早在20世紀(jì)50年代，美國(guó)和前蘇聯(lián)就正式開始研發(fā)空間核動(dòng)力技術(shù)，主要著眼于裝備軍用衛(wèi)星、戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈等，并投入了難以想象的財(cái)力。
以美國(guó)為例，《中國(guó)核工業(yè)報(bào)》發(fā)現(xiàn)，到本世紀(jì)初，美國(guó)至少已在26次空間任務(wù)中使用核動(dòng)力。從2003年起，美國(guó)開始執(zhí)行“普羅米修斯”計(jì)劃，意在研究帶有核電推進(jìn)系統(tǒng)的星際宇宙飛船以探測(cè)木星最大的天然衛(wèi)星。
而蘇聯(lián)解體后，俄羅斯接其衣缽，對(duì)核動(dòng)力進(jìn)行了更為深入的探索和利用。2009年，俄羅斯宣布了功率為兆瓦級(jí)“核飛船”的研制計(jì)劃。2014年，俄羅斯組裝出了為未來核動(dòng)力飛船反應(yīng)堆服務(wù)的“熱源”——核燃料釋熱元件。這些核燃料使用的是高濃縮二氧化鈾。如一切順利，這些核動(dòng)力裝置將于2018年建成。迄今，俄羅斯已從國(guó)家預(yù)算中為研制相關(guān)反應(yīng)堆、發(fā)動(dòng)機(jī)和太空艙總共撥款170億盧布(約合31億元人民幣)。
潘自強(qiáng)對(duì)筆者說，中國(guó)對(duì)同位素電池也進(jìn)行了研究。
筆者從中核集團(tuán)旗下中國(guó)原子能科學(xué)研究院官方網(wǎng)站公布的信息中注意到，2015年8月12日，該院工作人員對(duì)來訪的國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局系統(tǒng)官方介紹了同位素電池的相關(guān)情況。
而在2013年12月16日，中國(guó)航天科技集團(tuán)空間技術(shù)研究院嫦娥三號(hào)巡視器總體副主任設(shè)計(jì)師吉龍做客中新網(wǎng)《新聞大家談》時(shí)介紹，“嫦娥三號(hào)論證的過程當(dāng)中，對(duì)核電池的使用與否進(jìn)行過詳細(xì)的分析和論證”。盡管最后“嫦娥三號(hào)沒有使用核電池”，吉龍表示，國(guó)內(nèi)很多單位還在對(duì)核電池進(jìn)一步探索和優(yōu)化，相信以后的航天系統(tǒng)會(huì)越來越廣泛地應(yīng)用這種核電池。
“核電池以前還用在心臟起搏器中。”潘自強(qiáng)對(duì)筆者說。
公開資料顯示，使用重量?jī)H為40克核電池的心臟起搏器壽命可長(zhǎng)達(dá)十年，使得患者免除了經(jīng)常開胸做手術(shù)的痛苦。
“但(核電池心臟起搏器)現(xiàn)在用得不多了。” 潘自強(qiáng)認(rèn)為，這可能與核電池價(jià)格極其高昂等因素有關(guān)。
公開資料顯示，美國(guó)密蘇里大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在2014年對(duì)外宣稱，他們已經(jīng)敲開了新一代水性核電池的大門。該技術(shù)應(yīng)用范圍包括汽車在內(nèi)。但潘自強(qiáng)認(rèn)為“用核電池來開汽車”是不可能的。
最現(xiàn)實(shí)的問題是，潘自強(qiáng)解釋，核電池不僅價(jià)格是“天價(jià)”，而且廣泛使用容易造成核擴(kuò)散。他因此認(rèn)為，核電池可以用在一些“不計(jì)成本”的事業(yè)方面，但不可能像普通商品那樣走進(jìn)人們的生活。