為什麼太空探測器的電池不用鈾而用鈈?
RTG裡面的鈈,是鈈238,而不是我們一般在核武器中看到的鈈239。
之所以用鈈238,主要是因為它的半衰期比較短:87.74年。而放射性同位素電池的功率,是和它的核材料的半衰期成負相關的。
例如說另外一些常見的RTG材料:鍶90,也是一種短半衰期的材料:28.79年。
再說一下為什麼不用鈾。
鈾的問題在於它的同位素大都非常穩定(半衰期基本上都在百萬年以上),唯一一個短半衰期的鈾232,還是一個強γ射線源。
γ射線的穿透力是相當可怕的,哪怕用鉛這種高密度材料也都得是成噸的才有效果,所以它的大量生產和提取,都是很成問題的。更何況在衛星上,所有重量都是斤斤計較的,更不可能帶著厚厚的鉛板。
順帶說一下:也正是因為γ射線的穿透力極強,所以它能幾乎毫無衰減的穿越星際,帶來恆星核反應(尤其是新星、超新星、黑洞等形成過程中)的第一手資料,所以γ射線探測在天文學上非常火熱。
而鈈238就溫和很多,自發衰變放出的是α射線,這玩意是常見射線中穿透力最弱的---據說幾張紙就能擋住。所以無論是生產還是使用,都比較方便。
另外:
@Jin Dwight
我其實懷疑你說的RTG材料來源於核武器的說法。
因為核武器中用的鈈,是鈈239,半衰期24100年,幾乎是不可能拿來做RTG的。而RTG中的鈈238,雖然和鈈239隻差了一個中子,但是兩者的相互轉換是很困難的。一般來說,同一種元素,增加或減少一個中子的反應,其實是非常罕見的:一般常見的α、β衰變,都會導致質子數變化。雖然某些情況下會發生自發的中子釋放,但是這些一般都是半衰期極短的同位素,一般都可以視作為核反應過程中的過渡產物(類似於化學反應中的高能態的中間體:幾乎不可能獨立穩定存在)。
我在wiki里查了一下,說鈈238,一般是在反應堆里,用中子轟擊鎿237而獲得的(但是這段話剛好被標上了「來源請求」,所以暫且認為是存疑吧):
Production[edit]
Reactor-grade plutonium from spent nuclear fuel contains various isotopes of plutonium. Pu-238 makes up only one or two percent, but it may be responsible for much of the short-term decay heat because of its shorthalf-life relative to other plutonium isotopes. Reactor-grade plutonium is not useful for producing Pu-238 for RTGs because difficult isotopic separation would be needed.
Pure plutonium-238 is prepared by neutron irradiation of neptunium-237,
[citation needed]
one of the minor actinides that can be recovered from spent nuclear fuel during reprocessing, or by the neutron irradiation of americium in a reactor.
[1]
In both cases, the targets are subjected to a chemical treatment, including dissolution in nitric acid to extract the plutonium-238. A 100 kg sample of light water reactor fuel that has been irradiated for three years contains only about 700 grams of neptunium-237, and the neptunium must be extracted selectively. Significant amounts of pure Pu-238 could also be produced in a thorium fuel cycle.
[2]
美國人喜歡用鈈而已。
一是為了銷毀這東西,限制核武器條約里銷毀的核彈頭裡是鈈。《----這條錯的,謝謝 @洋耗子 的指正
二是鈈衰變能量比鈾高25%左右(單個粒子)然後因為鈈的半衰期比鈾短了太多,衰變過程中單位時間放出的能量會多很多很多。。。
三是鈾可以給一般的反應堆用,鈈除了造核彈,就是同位素電池和少數改裝MOX燃料的反應堆了。鈾的需求量更大
另外可以不用鈈,蘇聯有過用鍶90的rtg,功率密度較低
謝邀。
主要原因就跟 @洋耗子 說的一樣,同位素電池的燃料選擇主要考慮點是半衰期。不使用
U 232 的原因是其放射線類型不適合。
這邊補充一下,適合的燃料半衰期一般在數十年到一百年間,這主要是由任務周期長短決定的。同位素電池的能量釋放功率與其半衰期的倒數成一次關係,而我們希望選用的燃料能夠在任務周期內都有穩定的輸出,所以目前一般會選擇半衰期在數十年間的同位素為燃料。
另外一個選擇的因素是其放射線的種類,一般希望其放射線主要以alpha射線為主。Beta射線由於常常受磁場影響發生 bremsstrahlung 而生出 x-ray,所以不適合同位素電池。而 gamma 射線穿透性太強,也不適合。
常見的燃料除了 Pu
238 跟 Sr
90 外,還有 Po
210 。Am
241 也被認為是可能的燃料,但就我所知目前只有原型機測試過。
@Yui Yoshioka 謝邀。
看這篇http://xw.qq.com/space/20151210054244
半衰期大約88年是優勢之一。
另一個優點是鈈238衰變的放射線主要是阿爾法放射線,相比於伽馬射線,阿爾法射線的穿透力最弱,因此很好屏蔽,屏蔽材料可以很薄,很輕,體積很小,相對安全。
如果從提問者的角度,要說明的一點是
太空電池利用的是同位素衰變的能量,而不是聚變或裂變。
在此基礎上,具體同位素的選擇可以看前面的回答
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